Тема: Електричний струм в газах.

1. Електричний розряд у газах

У природному стані газ - діелектрик. У звичайних умовах у газі майже немає вільних носіїв заряду, рух яких могли б створити електричний струм. Для того, щоб газ став провідником, необхідно створити в ньому вільні заряджені частки, тобто перетворити нейтральні молекули (або атоми) в іони.

Рисунок 1

Закріпимо дві металеві пластини паралельно одна одній, з’єднаємо одну зі стрижнем, а другу з корпусом електрометра й повідомимо їм різнойменні заряди. Електрометр не заряджається. Через повітря між пластинами при невеликих значеннях напруги електричний струм не проходить.

Ізолюючі властивості газів (повітря) пояснюються відсутністю в них вільних електричних зарядів: атоми й молекули газів у природному стані є нейтральними.

Рисунок 2

Нагріємо повітря між дисками полум'ям спиртівки. Кут відхилення стрілки електрометра швидко зменшується, тобто зменшується різниця потенціалів між дисками конденсатора — конденсатор розряджається. Таким чином, нагріте повітря між дисками стає провідником і в ньому встановлюється електричний струм.

Електричний струм крізь газ називають газовим розрядом.

2. Іонізація газу. Несамостійний розряд.

Розглянутий вище досвід показує, що в повітрі між дисками під дією полум'я з'явилися заряджені частки. Ретельними дослідженнями було встановлено, що носіями електричних зарядів у газах є іони й електрони.

При нагріванні газу (повітря) молекули починають рухатися швидше. При цьому деякі молекули починають рухатися так швидко, що частина з них при зіткненнях розпадається на позитивно заряджені іони й електрони. Чим вище температура, тим більше утвориться іонів.

Процес утворення в газі позитивних та негативних йонів та вільних електронів називається іонізацією газу.

Нагрівання газу до високої температури не єдиний спосіб іонізації молекул або атомів газу. Нейтральні атоми або молекули газу можуть іонізуватися під впливом інших факторів, найважливішими з яких є рентгенівські промені й випромінювання радіоактивних речовин, ультрафіолетові промені й т.д. Фактори, що викликають іонізацію газу, називаються іонізаторами. Газовий розряд, що відбувається лише за наявності зовнішнього іонізатора, називається несамостійним газовим розрядом.

Процес іонізації газу завжди супроводжується протилежним йому процесом відновлення нейтральних молекул з різнойменно заряджених іонів внаслідок їх електричного (кулонівського) притягання. Такий процес називають рекомбінацією заряджених часток.

Рисунок 3

При зміні напруги між електродами, сила струму через газ зростає не пропорційно напрузі й ріст струму вповільнюється. При досягненні певної напруги ріст струму взагалі припиняється й при подальшій зміні напруги, струм залишається постійним, що не залежить від напруги. Такий струм називають струмом насиченості.

Причиною встановлення струму насичення є повне припинення процесу рекомбінації. Починаючи із цього моменту, всі іони, створювані іонізатором, беруть участь в утворенні струму, і струм досягає максимального значення, що визначається іонізаційною здатністю даного іонізатора. Якщо після досягнення насичення не має потреби для своєї підтримки в зовнішньому іонізаторі, його називають самостійним розрядом.