¿Qué fenómenos ocurren en un arco de bajo voltaje entre electrodos de cobre y grafito, y por qué el resultado depende de la polaridad del electrodo?

Estaba jugando con una fuente de alimentación de laboratorio, dibujando arcos entre electrodos de varios materiales. Noté fenómenos que encontré interesantes, y realmente no podía explicarme:

El electrodo circular es una moneda de 5 céntimos de euro, que está compuesto de acero con un baño de cobre bastante grueso. El electrodo largo y delgado es una mina de lápiz mecánico de 0,7 mm de diámetro (compuesta principalmente de grafito) que se ha calentado previamente lentamente hasta que esté al rojo vivo para expulsar cualquier componente volátil que de otro modo se vaporizaría rápidamente y lo dividiría.

La fuente de alimentación es una fuente de alimentación de laboratorio de modo de conmutación de 30 V, 10 A con límites de voltaje y corriente configurables. Ambos límites se establecen en sus valores máximos.

Ánodo de grafito, cátodo de cobre

Cuando el cable positivo se conecta al electrodo de grafito, se consume rápidamente en un arco constante después de hacer contacto. En la superficie de cobre queda un residuo negro, quebradizo, duro y escamoso, presumiblemente grafito que se ha derretido o ha sufrido una deformación plástica.

CH1 es la corriente del arco, 1 A = 23 mV. CH2 es la caída de voltaje, medida en una ubicación menos que ideal, los terminales de la fuente de alimentación. A la derecha se muestra una parte ampliada de la forma de onda completa.

Encuentro esto sorprendente considerando el alto punto de fusión del grafito y la presencia de oxígeno en la atmósfera. El revestimiento de cobre sufre daños sorprendentemente pequeños.

Cátodo de grafito, ánodo de cobre

Cuando el cable negativo está conectado al electrodo de grafito, es difícil encender un arco. En cambio, se forma un contacto óhmico y el electrodo se calienta extremadamente rápido a temperaturas incandescentes. Cuando finalmente se inicia un arco tirando suavemente del cátodo, el grafito apenas se consume, pero el cobre experimenta fuertes picaduras.

CH1 es la corriente del arco, 1 A = 23 mV. CH2 es la caída de voltaje, medida en una ubicación menos que ideal, los terminales de la fuente de alimentación. A la derecha se muestra una parte ampliada de la forma de onda completa.

¿Por qué el sistema se comporta de manera tan diferente cuando se invierte la polaridad? ¿De qué está compuesto exactamente el residuo negro y cómo se deposita?