іонізація газів

Гази є діелектриками, якщо вони знаходяться в звичайних фізичних умовах. В цьому випадку гази складаються в основному з нейтральних атомів і молекул, а заряджені частинки (електрони, іони), наявні в деякому обсязі газу лише в незначній кількості, не можуть утворити помітного струму. Однак з нейтральних молекул і атомів можуть утворитися заряджені частинки - іони, якщо з яких-небудь причин число електронів в них зміниться: цей процес носить назву іонізації. Іонізований газ є провідником.

Якщо направити струмінь повітря в газовий проміжок, а на шляху струменя, поза проміжку, помістити ионизующее полум'я, то гальванометр покаже деякий струм.

Іонізація відбувається під дією космічних променів, рентгенівського та ультрафіолетового випромінювання, високої температури, електричного поля.

Досвід показує, що перераховані іонізующей чинники самі по собі не можуть викликати значного зростання числа заряджених частинок в одиниці об'єму, тим більше, що поряд з іонізацією йде зворотний процес утворення нейтральних молекул і атомів, званий рекомбинацией.

Електропровідність газу, що виникла в результаті зовнішнього іонізуючого впливу, називається несамостійною. Якщо зовнішній іонізующей фактор перестає діяти, то в силу рекомбінації електропровідність газу зникає. Найбільше значення має іонізація атомів і молекул газу, що викликається зіткненням їх швидкорухомих електронами. При такому зіткненні енергія рухомого електрона частково або повністю передається нейтральному атома або молекули.

Визначення іонізації газів.

При достатньої енергії удару від нейтрального атома або молекули відривається один або кілька електронів, замість нейтрального атома або молекули з'являються позитивні іони. Можливо також зчеплення електрона з нейтральним атомом або молекулою, що призводить до утворення негативного іона. Процес утворення іонів при зіткненні нейтральних атомів і молекул швидкорухомих електронами називається ударною іонізацією.

В результаті іонізації кількість електронів збільшується, це призводить до зростання числа зіткнень і, отже, до ще більшого збільшення числа заряджених частинок.

У ионизованном стані газ є провідником. Електропровідність газу, підтримувана завдяки ударної іонізації дією зовнішнього електричного поля, називається самостійним розрядом.

Розрізняють декілька видів самостійного розряду в газі: тихий, тліючий, іскровий, дуговий.

Тихий розряд виникає при відносно високих тисках газу (наприклад, атмосферному), коли поле в розрядному проміжку між електродами дуже нерівномірно через малого радіусу кривизни електродів.

Тихий розряд зазвичай спостерігається близько електродів в тих місцях, де напруженість електричного поля досягає деякого значення, званого критичним для даного газу, і супроводжується світінням - короною.

При передачі електричної енергії на високій напрузі навколо проводів лінії нерідко можна спостерігати (особливо в сиру погоду) тихий (коронний) розряд, який приносить шкоду, викликаючи, зокрема, додаткові втрати енергії.

Мал. 1 Вольт-амперна характеристика лампи тліючого розряду.

Тліючий розряд. При низькому тиску (близько 1 мм рт. Ст.) В довгій скляній трубці можна отримати тліючий розряд, якщо між електродами, розташованими у її кінців, прикласти напругу в декілька сотень вольт. Різні гази при тліючому розряді дають світіння різного кольору. Завдяки цьому лампи тліючого розряду застосовуються в декоративних цілях

Залежність струму в лампі тліючого розряду від напруги між електродами (вольт-амперна характеристика) нелінійна, причому в деякому інтервалі зміни струму напруга залишається постійним (ділянка БВ на рис. 1). На цьому малюнку точка А характеристики відповідає запалювання приладу, точка В - початку дугового розряду. Газорозрядні прилади тліючого розряду використовуються для стабілізації напруги.

Іскровий розряд виникає між холодними електродами при великому внутрішньому опорі джерела живлення. Іонізація газу, що почалася під дією електричного поля, набуває лавиноподібний характер, в результаті чого газовий проміжок стає провідним, і між електродами проскакує іскра. При цьому різко зменшується опір газового проміжку.

По відстані між електродами, при якому виникає пробій повітря, можна судити про величину напруги між електродами. На цій основі для вимірювання дуже високих напруг застосовуються кульові розрядники.

При великої потужності джерела живлення іскровий розряд може перейти в дугового, більш стійкий самостійний розряд в газі при атмосферному або підвищеному тиску.

Такого роду розряд носить назву електричної дуги або дуги Петрова, так як вперше спостерігався в 1803 р професором В. В. Петровим. Характерною особливістю дугового розряду є те, що він супроводжується сліпучим світлом і сильним нагріванням електродів (до 3000 ° С і більше).

Світлове дія електричної дуги використовується для спеціального освітлення (прожектори, проекційні апарати), а теплове дію - для зварювання та плавлення металів.

Електрична дуга, що виникає при виключенні електричних установок - явище небажане, так як її теплове дію руйнує контакти відключають апаратів (рубильників, контакторів, вимикачів). Тому доводиться приймати спеціальні заходи, в результаті чого вимикають апарати значно ускладнюються, збільшуються їх розміри.