當觸頭開斷，在觸頭間隙中有電弧燃燒時，電路仍然導通。這說明此時觸頭間隙的氣體由絕緣狀態(tài)變成了導電狀態(tài)。氣體呈導電狀態(tài)的原因是由于原來的中性氣體分解為電子和離子，即氣體被游離，此過程稱為氣體的游離過程。氣體游離出來的電子和離子在電場作用下各朝對應的極運動，便形成電流，從而造成觸頭雖然已開斷，但電路卻并未切斷。但當電弧熄滅之后電路就不再導通了。這說明此時觸頭間隙的氣體恢復了介質強度，又呈現絕緣狀態(tài)，即氣體已經消除游離而恢復為中性。那么，氣體是怎么游離和消游離的呢？
一、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(tài)變成了導電狀態(tài)。那么，究竟有哪些物理過程在這個氣體由不導電的狀態(tài)變成導電狀態(tài)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(fā)射出自由電子，這種現象叫表面發(fā)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(fā)射電子；陰極冷發(fā)射電子；碰撞游離和熱游離等。
1.陰極熱發(fā)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(fā)射出來，這種主要是由于熱作用所引起的發(fā)射稱為熱發(fā)射。
溫度越低、逸出的功越大時，熱發(fā)射的電流密度越小。
2.陰極冷發(fā)射電子
在觸頭剛剛分開發(fā)生熱發(fā)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(fā)射。
在強電場發(fā)射中，并不需要熱功的參與，所以強電場發(fā)射也稱做冷發(fā)射。
當金屬的溫度越低、陰極表面電場越小時，電子發(fā)射的數量就越少。
通常陰極電子的發(fā)射，同時包含了熱發(fā)射和冷發(fā)射的過程，只是不同的材料熱發(fā)射和冷發(fā)射的程度各不相同。
3.碰撞游離
由于這兩種發(fā)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(fā)生新的撞擊和游離，使得自由電子和正離子數累進增加?；∠吨械闹行詺怏w就變?yōu)閷щ姷淖杂呻娮优c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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)生熱發(fā)射和熱游離；第二是由于電場的作用，發(fā)生冷發(fā)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?yōu)殡娀〉臒崃客ㄟ^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(wěn)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。
二、電弧熄滅的物理過程
當電弧穩(wěn)定燃燒時是處在熱動平衡狀態(tài)，此時不可能有電子和離子的積累。這說明電弧中氣體游離現象的同時還存在一個相反的過程，我們稱之為消游離。消游離就是正、負帶電粒子中和而變成中性粒子的過程。消游離的方式分兩類：復合和擴散。
1．復合
帶異性電荷的粒子相遇后相互作用中和而變成中性粒子稱為復合。復合按其作用的地點不同可分為：
(1)表面復合：帶正、負電荷的粒子附在金屬或絕緣材料表面上，相互吸引而中和電荷，變成中性粒子。
(2)空間復合：帶正、負電荷的粒子在放電間隙中相互吸引而中和電荷，變成中性粒子。自由電子與正離子相遇，相互吸引而中和電荷而變成中性粒子，稱為直接復合。由于自由電子的運動速度比正離子大得多，所以直接復合的機率很小。往往自由電子粘合在中性粒子上，再與正離子相遇而復合，中和電荷形成兩個中性粒子。這種過程稱間接復合。因為正、負離子的運動速度相當，間接復合的機率大，約為直接復合的上千倍。自由電子粘合在中性粒子上形成負離子的強弱與氣體的種類和純凈度有關。氟原子及其化合物SF6分子與自由電子的粘合作用很強，所以稱為負電性氣體。SF6的復合能力很強，是比較理想的消游離絕緣介質?，F已應用在高壓斷路器中。
顯而易見，帶電粒子運動速度是直接影響復合作用大小的重要因素。降低溫度、減小電場強度可使粒子運動速度減小，易于復合；帶電粒子濃度增大時，復合機會增多，復合作用也可以加強，在電弧電流不變的條件下，設法縮小電弧直徑，則粒子濃度可增大；此外，加入大量的新鮮氣體分子，也可增強復合作用。
復合過程總是伴隨著能量的釋放。釋放出來的能量成為加熱電極、絕緣物及氣體的熱源，同時也向四周散發(fā)。
2．擴散
帶電粒子從電弧區(qū)轉移到周圍介質中去的現象稱為擴散。電弧是一個電子和離子高度密集的空間，同時其中溫度很高。它和氣體分子一樣，有均勻地分布在容積中的傾向，這樣電子便從弧隙中向四周擴散，擴散出來的電子（或離子）因冷卻互相結合而成為中性分子，這種過程的進行不在電弧的內部，而在電弧的表面空間進行。
擴散的方向一般為從高溫、高濃度區(qū)向低溫、低濃度區(qū)。擴散使電弧中的帶電粒子減少。擴散出來的帶電粒子因冷卻很容易相互結合，中和電荷而形成中性粒子。擴散速度與電弧內外濃度差、溫度差成正比。電弧直徑愈小，弧區(qū)中帶電粒子濃度愈大；電弧與周圍介質溫差愈大，擴散速度均愈大。因此，加速電弧的冷卻是提高擴散作用的有效方法。
綜上所述，電弧中存在著游離和消游離兩方面的作用。當游離作用占優(yōu)勢時電弧就會產生和擴大；當消游離作用占優(yōu)勢時，電弧就趨于熄滅；當游離作用和消游離作用處于均衡狀態(tài)時，則弧隙中保持一定數量的電子流而處于穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。游離與消游離作用與許多物理因素有關，如電場強度、溫度、濃度、氣體壓力等。那么，我們可以根據這些物理因素的變化影響情況，找出一些切實可行的方法，減小游離，增加消游離，使觸頭斷開電路時產生的電弧盡快地熄滅。