Łuk elektryczny to zjawisko fizyczne polegające na  wyładowaniu elektrycznym w wyniku przepływu prądu przez gaz (zazwyczaj powietrze), który staje się przewodnikiem. Proces ten zachodzi, gdy pomiędzy dwoma przewodnikami (elektrodami), znajdującymi się w pobliżu siebie, występuje powodująca jonizację powietrza, wystarczająco duża różnica potencjałów. Jonizacja sprawia, że gaz staje się przewodzący, co prowadzi do przepływu prądu elektrycznego w postaci świetlistego, gorącego wyładowania. Łuk elektryczny charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą, dochodzącą nawet do kilku tysięcy stopni Celsjusza, oraz intensywnym światłem oraz bardzo małym wewnętrznym oporem elektrycznym.

Łuk elektryczny powstaje, gdy napięcie między dwoma punktami (elektrodami) jest na tyle wysokie, że dochodzi do przebicia elektrycznego, a gaz w przestrzeni między elektrodami ulega jonizacji. W normalnych warunkach powietrze jest izolatorem, ale pod wpływem dużego napięcia cząsteczki gazu tracą elektrony, co prowadzi do powstania swobodnych nośników ładunku – jonów i elektronów. Jonizacja gazu tworzy plazmę, która przewodzi prąd, co z kolei powoduje powstanie łuku elektrycznego.

Przykłady powstania łuku elektrycznego

Spawanie elektryczne

W spawaniu łukowym, łuk elektryczny jest wykorzystywany do stapiania metali. Powstaje on między elektrodą (drutem spawalniczym) a materiałem, który ma być zespawany. Wysoka temperatura łuku elektrycznego topi metal, umożliwiając łączenie dwóch elementów w trwały sposób. Łuk spawalniczy może osiągać temperatury rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza.

Ograniczniki przepięć

W systemach energetycznych łuk elektryczny może powstawać podczas zwarć lub przeciążeń, gdy napięcie między przewodnikami gwałtownie wzrasta. W takich sytuacjach, dla ochrony systemu, stosuje się specjalne urządzenia zwane ogranicznikami przepięć. Łuk powstający w tych urządzeniach jest kierowany przez specjalne kanały, gdzie jest bezpiecznie gaszony.

Wyłączniki elektryczne (przekaźniki i styczniki)

W momencie otwierania (najczęstsza wytuacja) lub zamykania obwodów o wysokim napięciu, może dojść do powstania łuku elektrycznego między rozłączającymi się stykami. W wyłącznikach elektrycznych stosowane są różne mechanizmy gaszenia łuku, np. za pomocą sprężonego powietrza lub oleju, aby uniknąć uszkodzeń sprzętu.

Iskry i łuki podczas awarii linii energetycznych

W przypadku uszkodzeń linii wysokiego napięcia, takich jak zerwane przewody lub zwarcia, łuk elektryczny może powstawać między przewodnikami a ziemią. Tego rodzaju wyładowania są niebezpieczne, ponieważ mogą prowadzić do pożarów oraz poważnych uszkodzeń infrastruktury energetycznej.

Pioruny

Piorun to naturalny przykład powstania łuku elektrycznego. W atmosferze dochodzi do jonizacji powietrza w wyniku nagromadzenia ładunków elektrycznych w chmurach, a wyładowanie, w postaci pioruna, przepływa przez powietrze, które staje się przewodnikiem. Łuk elektryczny towarzyszący piorunowi może mieć temperaturę powyżej 30 000°C.

Właściwości łuku elektrycznego

Wysoka temperatura: Łuk elektryczny generuje ekstremalnie wysoką temperaturę, która może topić metale i inne materiały.

Intensywne światło: Łuk elektryczny emituje jasne światło, które może być niebezpieczne dla wzroku, dlatego w zastosowaniach technicznych, takich jak spawanie, konieczne jest stosowanie odpowiednich osłon.

Szybkość: Łuk może powstawać w bardzo krótkim czasie, na przykład podczas zwarcia, i trwać ułamek sekundy, ale może również być stabilny, jak w przypadku spawania.

Gaszenie łuku elektrycznego we wzmacniaczu lampowym

Łuk elektyczny we wzmacniaczu lampowym może pojawić się w momencie odłączania zasilania anodowego na przełączniku napięcia podłączonego do uzowojenia wtórnego transformatora zasilającego. Możne tego uniknąć stosując przełączniki na odpowiednio wysokie napięcia, lub za pomocą szeregowego połączenia styków w przełączniku w celu zwiększenia szczeliny pomiędzy nimi. Sposób ten pozwala podzielić łuk na dwie lub więcej części. Proces ten określany jest jako gaszenie łuku elektrycznego.