11.Электрический заряд в вакууме и газах. Несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд.

Газы в нормальном состоянии состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электричества. Проводниками электрического тока могут быть только ионизированные газы. В ионизированных газах кроме нейтральных молекул и атомов содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы. Ионы в газах могут возникать под действием высоких температур, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей и т.д. во всех этих случаях происходит вырывание из атома или молекулы одного или нескольких электронов. Этот процесс называется ионизацией. Он приводит к освобождению электронов и образованию положительных ионов. Освободившиеся электроны могут присоединиться к нейтральным атомам и образуются отрицательные ионы. Ионы и электроны делают газ проводником электричества.

Процесс прохождения электрического тока через газ называется газовым разрядом. Газовые разряды подразделяются на два вида: самостоятельные и несамостоятельные.

Разряд в газе называют несамостоятельным, если для его поддержания необходим внешний источник ионизации. После прекращения действия ионизатора положительные и отрицательные ионы газа соединяются между собой и образуют нейтральные молекулы и атомы. Этот процесс называют рекомбинацией. В результате нее проводимость газа падает, или возвращается к своему исходному значению. После выключения ионизатора убывание концентрации ионов n(t) описывается уравнением: где - постоянная величина, коэффициент рекомбинации, q- заряд положительных ионов, которые создает источник ионизации в единице объема в единицу времени. Через некоторое время процессы ионизации и рекомбинации должны скомпенсировать друг друга и в газе установится постоянная концентрация ( , которая тем больше, чем мощнее источник ионизации и чем меньше коэффициент рекомбинации Процесс спадания концентрации ионов после прекращения действия ионизатора значительно ускоряется, если газ находится во внешнем электрическом поле Е. Рассмотрим случай, когда ток в ионизируемом внешним источником газе течет между двумя плоскими электродами, параллельными друг другу, и в этом случае ионы и электроны находятся в однородном электрическом поле напряженности Е, равной отношению приложенного к электродам напряжения U к расстоянию l между ними. В цепи устанавливается некоторая постоянная сила тока I. это значит, что ионы электроны в ионизированном газе движутся с постоянными скоростями: -подвижность электрона, подвижность иона. Эти коэффициенты зависят от сорта газа, его плотности, температуры. Плотность электрического тока выражается через концентрацию электронов ne и ионов n_i, их заряды – e и e_i и скорости установившегося движения v_e и v_i: j=-en_ev_e+e_in_iv_i. Можно показать, что для несамостоятельного газового разряда в слабых электрических полях выполняется з-н Ома: т.е. плотность тока о пропорциональна напряженности приложенного электрического поля E.

При самостоятельном разряде образование новых электронов и ионов происходит в результате внутренних процессов в самом газе. Нарастание тока происходит лавинообразно и называется электрическим пробоем газа. Различны следующие виды самостоятельного разряда:

-тлеющий разряд (при низких давлениях в трубке)

-коронный разряд (при сравнительно высоких давлениях вблизи заостренных участков проводника)

-электрическая дуга(при соприкосновении двух угольных или металлических электродов выделяется большое кол-во теплоты)