開斷電路時電弧產生的物理過程
當觸頭開斷電路，在間隙中產生電弧時，電路仍然是導通的。這就說明已分開的觸頭間的氣體由絕緣狀態變成了導電狀態。那么，究竟有哪些物理過程在這個氣體由不導電的狀態變成導電狀態過程中起作用了呢?下面就此進行一些分析。
金屬材料表面在某些情況下能發射出自由電子，這種現象叫表面發射。自由電子的產生是由于金屬內的電子得到能量，克服內部的吸引力而逸出金屬。一個電子逸出金屬所需能量叫逸出功，其單位用電子伏(ev)表示。不同金屬材料逸出功的大小不一樣。
從物質原子的結構而言，是由原子核與若干電子構成的。如果外界加到電子上的能量足夠大，能使電子克服原子核的吸引力作用而成為自由電子，這種現象稱為游離。游離所需的能量叫游離能。不同的物質其游離能不同。
觸頭開斷電路時，產生電弧的原因主要有：陰極熱發射電子；陰極冷發射電子；碰撞游離和熱游離等。
1.陰極熱發射電子
觸頭開斷過程中，觸頭間的接觸面積逐漸減小，接觸處的電阻越來越大，電流密度也逐漸增大，觸頭表面的溫度劇增，金屬內由于熱運動急劇活躍的自由電子就克服內部的吸力而從陰極表面發射出來，這種主要是由于熱作用所引起的發射稱為熱發射。
溫度越低、逸出的功越大時，熱發射的電流密度越小。
2.陰極冷發射電子
在觸頭剛剛分開發生熱發射的同時，由于觸頭之間的距離很小，線路電壓在這很小的間隙內形成很高的電場，此電場將電子從陰極表面拉出，形成強電場發射。
在強電場發射中，并不需要熱功的參與，所以強電場發射也稱做冷發射。
當金屬的溫度越低、陰極表面電場越小時，電子發射的數量就越少。
通常陰極電子的發射，同時包含了熱發射和冷發射的過程，只是不同的材料熱發射和冷發射的程度各不相同。
3.碰撞游離
由于這兩種發射的作用，大量電子從陰極表面進入弧隙。它們在電場的作用下，獲得動能而加速，隨著觸頭的分開不斷地撞擊氣體的原子或分子（中性粒子），當此粒子具有的動能大于中性粒子的游離能時，該中性粒子則分解為帶電荷的自由電子和正離子，這一現象叫作碰撞游離（或稱電場游離）。碰撞游離后出現的自由電子在電場作用下又可同其它中性粒子發生新的撞擊和游離，使得自由電子和正離子數累進增加。弧隙中的中性氣體就變為導電的自由電子與正離子。在電場作用下，它們向陰極、陽極運動，電弧形成，電路并未斷開。若電子撞擊中性粒子不足以使其立即游離，但經多次撞擊，中性粒子所獲得能量也使其發生了游離，這種過程稱為累積游離。在帶電粒子中，由于電子體小質輕，自由行程長，容易加速而獲得能量，故其游離作用比正、負離子大得多。
4.熱游離
隨著電弧的形成，在電弧燃燒時，弧隙中氣體溫度很高，氣體中的中性原子或分子由于熱運動而發生互相撞擊，其結果也造成游離，這就是熱游離。熱游離實質上也是碰撞游離，只不過發生碰撞的原因是高溫引起而不是電場引起的。所以溫度越低，熱游離愈弱；相反溫度愈高，熱游離愈強。
中性粒子熱游離的程度與溫度的高低、氣壓的大小、物質的游離能大小有關。在高溫狀況下，金屬材料容易發生氣化，金屬蒸氣的游離能比氣體的小得多。當氣體中混有金屬蒸氣時，游離程度更加迅速。
由上可見，電弧的產生，第一是由于熱的作用，發生熱發射和熱游離；第二是由于電場的作用，發生冷發射和碰撞游離，在氣隙間出現大量電子流，使氣體由絕緣體變成導體。應該注意的是，在整個過程中幾種物理作用并不是截然分開的，而是交叉進行或同時存在的。電弧燃燒期間，起主要作用的是熱游離。因而，使電弧迅速冷卻是熄滅電弧的主要方法。
從能量的角度來說，電弧燃燒時要從電源不斷向電弧內部輸入能量，而這個能量又不斷轉變為電弧的熱量通過傳導、對流及輻射三種方式散失。
設輸入弧隙的功率為ph(w)，電弧散失功率為ps(w)，則
當ph＝ps時，電弧電流不變，穩定燃燒；
當ph>ps時，電弧電流變大，電弧越燃越烈；
當ph<ps時，電弧電流變小，電弧逐漸熄滅。
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