Електричний струм в газах

Гази, на відміну від металів і електролітів, складаються з електрично нейтральних атомів і молекул і в нормальних умовах не містять вільних носіїв струму (електронів та іонів). Тому гази в нормальних умовах є діелектриками.

Носії електричного струму в газах можуть виникнути тільки в процесі іонізації газів, тобто в процесі утворення іонів в газі.

Процес іонізації газів відбувається під впливом зовнішніх впливів (зовнішніх іонізаторів): сильного нагрівання, ультра-фіолетових і рентгенівських променів.

Процес іонізації газів відбувається наступним чином.

1. Під впливом зовнішніх факторів електрони відриваються від атомів або молекул. При цьому атоми (молекули) газів перетворюються в позитивні іони.

2. Негативні іони в газах можуть виникнути, якщо атоми (молекули) приєднують до себе електрони.

Мірою іонізації газів є інтенсивність іонізації, яка вимірюється числом пар протилежно заряджених частинок, що виникають в одиниці об'єму газу за одиницю часу.

Протилежним процесу іонізації газів є процес рекомбінації.

Процес рекомбінації газів відбувається наступним чином.

1. Позитивні та негативні іони можуть при зіткненнях нейтралізувати один одного, утворюючи звичайні нейтральні молекули.

2. При зближенні електрона і позитивного іона вони можуть знову об'єднуватися в нейтральний атом.

Електричний струм в газах називається газовим розрядом.

Газовий розряд буває двох видів:

1. Самостійний газовий розряд.

2. Несамостійний газовий розряд.

Газовий розряд (провідність газу) називають несамостійним. якщо він створюється під впливом будь - яких зовнішніх факторів.

Газовий розряд (провідність газу) називають самостійним. якщо він створюється в газі під дією самого електричного поля, існуючого між електродами (анодом і катодом).

Газ, в якому значна частина атомів або молекул іонізована, називається плазмою.

У стані плазми знаходиться переважна (близько 99%) частина речовини Всесвіту.

При нагріванні газу він стає провідником. Отже, в газі відбувається іонізація. При цьому нейтральні атоми газу розпадаються на позитивні іони і вільні електрони.

Несамостійний газовий розряд

1. При подачі різниці потенціалів в трубці виникає електричний струм.

2. При невеликої різниці потенціалів не всі утворюються іони досягають електродів.

3. У міру збільшення різниці потенціалів між електродами трубки частка заряджених частинок, що досягають електродів, збільшується. При цьому збільшується і сила струму в ланцюзі.

4. Настає момент, при якому всі заряджені частинки, що утворюються в газі за одиницю часу (секунду), досягають за цей час електродів. При цьому подальшого зростання струму не відбувається. Дане максимальне значення сили струму називають струмом насичення.

5. Якщо дію іонізатора припинити, то припиниться і струм в ланцюзі, тобто газовий розряд, так як інших джерел іонів немає. Якщо прибрати зовнішній іонізатор, то нових іонів не утворюється, а ті, що є, досягнутий електрода або рекомбінують.

Залежність сили струму від напруги при несамостійному газовому розряді.

Самостійний газовий розряд

При збільшенні різниці потенціалів між електродами трубки сила струму знову зростає. Отже, в газі з'являється додаткове джерело утворення іонів. Переважну роль починає грати різниця потенціалів між катодом і анодом. Якщо поступово збільшувати напругу між електродами, то при деякому значенні напруги швидкість електронів стає настільки велика, що при зіткненні електрона з молекулою відбувається непружних удар, в результаті якого:

1. Молекула газу, залишаючись нейтральною, може перейти в «збуджений» стан, при якому її внутрішня енергія стає більше, ніж внутрішня енергія «збудженому» молекули.

2. Молекула буде іонізована (це можна розглядати як крайню ступінь збудження). Процес іонізації газу, який виникає в результаті зіткнення електрона з молекулою газу, називають ударної іонізацією. Електрони, що відірвалися в результаті іонізації від молекул, в свою чергу можуть під дією поля отримати енергію, достатню для іонізації. Внаслідок цього концентрація іонів, а разом з нею і електропровідність газу, сильно зростає. Якщо прибрати зовнішній іонізатор, то розряд не припиниться. Так як такий розряд не потребує для своєї підтримки в зовнішньому іонізатор, його називають самостійним газовим розрядом.

Залежність сили струму

від напруги при

самостійному газовому розряді.

Види самостійного розряду:

Приклади іскрового розряду - іскри, що виникають при розчісуванні волосся, при розрядці конденсатора.

Для різання і зварювання металевих конструкцій, для плавки металів використовують високу температуру плазми дугового розряду.

В даний час трубки з тліючим розрядом знаходять практичне застосування як джерело світла - газорозрядні лампи.

Використовується світлове випромінювання ламп денного світла, газорозрядних ламп вуличного освітлення; електрична дуга застосовується в кінопроекційному апараті; ртутно-кварцова лампа знайшла застосування в поліклініках і лікарнях.