23.Электропроводность газов. Границы применимости закона Ома.

Газы в нормальном состоянии являются хорошими диэлектриками (например, чистый, неионизированный воздух). Однако, если газы содержат в себе влагу с примесью органических и неорганических частиц и при этом они ионизированы, то они проводят электричество. Ионизация газа, т.е. расщепление его нейтральных молекул на положительные и отрицательные ионы, которая происходит под действием внешних факторов, называется несамостоятельной или несобственной. Внешними факторами могут быть: рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи, космические излучения, а также сильный термический разогрев газа. Если к газу приложить сильное электрическое поле с большой напряженностью, под действием кинетической энергии нейтральные молекулы будут интенсивно распадаться на положительные и отрицательные ионы, что приводит к появлению самостоятельной или собственной ионизации.

Изменение величины тока в зависимости от напряжения, приложенного к объему газа, выражается графически в виде кривой, называемой вольтамперной характеристикой.

U_н - напряжение насыщения;

U_и – напряжение ионизации;

U_пр– напряжение пробоя.

На первом участке ампер-вольтной характеристики газа до U_н выполняется закон Ома, т.е. зависимость линейна, что объясняется ионизацией нейтральных молекул газа на положительные и отрицательные ионы и их частичной рекомбинацией (частичным соединением в нейтральные молекулы).

На втором участке при увеличении напряжения до значения U_и ток не изменяется, что обусловлено выносом разноименных ионов на электроды и уменьшением их концентрации в межэлектродном промежутке.

Участки I и II ампер-вольтной характеристики газа соответствуют несамостоятельной ионизации.

С дальнейшим же повышением напряжения (область III) скорость заряженных частиц резко возрастает, вследствие чего происходят частые соударения их с нейтральными частицами газа. При этих упругих соударениях электроны и ионы передают часть накопленной ими энергии нейтральным частицам газа. В результате электроны отделяются от своих атомов. При этом образуются новые электрически заряженные частицы: свободные электроны и ионы.

Ввиду того что летящие заряженные частицы соударяются с атомами и молекулами газа очень часто, образование новых электрически заряженных частиц происходит весьма интенсивно. Этот процесс называется ударной ионизацией газа.

После пробоя газообразного диэлектрика (UU_пр) теоретически напряжение падает до нулевого значения, а ток бесконечно возрастает (режим короткого замыкания в газообразном диэлектрике).

Границы применимости закона Ома.

Смысл закона Ома заключается в том, что средняя скорость направленного движения носителей тока пропорциональна напряжённости электрического поля, то есть пропорциональна действующей на частицы силе.

Закон Ома выполняется для металлов, полупроводников, электролитов, то есть для тех веществ, в которых носители тока испытывают большое число соударений. При этом данный закон выполняется при не слишком сильных полях, когда роль соударений велика.

Закон Ома не выполняется при токах в вакууме (например, в кинескопах, радиолампах, ускорителях частиц), так как в этих случаях носители тока практически не испытывают столкновений.

Закон Ома очень ограниченно выполняется в плазме, так как в плазме обычно непостоянно число носителей тока.

Если бы закон Ома выполнялся во всех случаях прохождения тока через вещество, то электроника, построенная на нелинейной зависимости тока от напряжения, перестала бы существовать.