4.Электрический ток в газах. Способы ионизации газов.

Способы ионизации газов

В обычных условиях газы являются хорошими диэлектриками.

Электрические свойства газов связаны в первую очередь с ионизацией молекул или атомов.

Способы ионизации молекул и атомов:

1. Нагревание. При температурах начиная с нескольких тыс. градусов всякий газ частично ионизуется и превращается в плазму. Плазма это полностью или частично ионизированный газ.

2. Воздействие электромагнитного излучения:

•ультрафиолетового излучения;

•рентгеновского излучения;

•гамма-излучения.

3. Воздействие заряженных частиц: альфа-, бета-частиц, космического излучения.

4. Электронный удар

При электрическом разряде движущийся электрон соударяется с нейтральным атомами и выбивает из них него один или несколько атомных электронов, в результате чего нейтральный атом превращается в положительный ион, а в газе появляются новые электроны.

5. Захват электронов. При ионизации часть образовавшихся электронов может быть захвачена другими нейтральными атомами, и тогда появятся еще и отрицательные ионы.

Количественные характеристики ионизации газов

Интенсивность ионизации - число пар противоположных по знаку заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени. Ионизация атома требует затраты определенной энергии.

Работа ионизации - работа против сил взаимодействия между вырываемым

электроном и остальными частицами атома (или молекулы).

Ионизация зависит от

1). химической природы газа;

2). энергетического состояния вырываемого электрона в атоме или молекуле.

Рекомбинация ионов

После прекращения действия ионизатора количество ионов в газе с течением времени уменьшается и, в конце концов, ионы исчезают вовсе. Причины – тепловое движение: 1). положительные ионы и электроны соударяются друг с другом и образуют нейтральный атом.

2). отрицательный ион может отдать свой избыточный электрон положительному иону и оба иона превратятся в нейтральные атомы. Этот процесс взаимной нейтрализации ионов называется рекомбинацией ионов. При рекомбинации освобождается, равная энергии, затраченной на ионизацию. Частично она излучается в виде света, и поэтому рекомбинация ионов сопровождается свечением (свечение рекомбинации).

Механизм электропроводности газов

Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. При отсутствии внешнего поля заряженные частицы, как и нейтральные молекулы движутся хаотически. Если ионы и свободные электроны оказываются во внешнем электрическом поле, то они приходят в направленное движение и создают электрический ток в газах.

Таким образом, электрический ток в газе представляет собой направленное движение положительных ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов к аноду. Полный ток в газе складывается из двух потоков заряженных частиц: потока, идущего к аноду, и потока, направленного к катоду.

На электродах происходит нейтрализация заряженных частиц, как и при прохождении электрического тока через растворы и расплавы электролитов.

Особенности электропроводности газов

1.В газах отсутствует выделение веществ на электродах (в отличие от электролитов). Газовые ионы, подойдя к электродам, отдают им свои заряды, превращаются в нейтральные молекулы и диффундируют обратно в газ.

2. При прохождении тока через газы заряд переносится в основном электронами (более подвижны). В газах сочетается: электронная проводимость (металлы), с ионной проводимостью (растворы и расплавы электролитов).

Электрический разряд в газах

Газовый разряд – процесс прохождения электрического тока через газ. Существует множество видов электрического разряда в газе. Вид газового разряда обусловлен:

.исходным состоянием газа (состав, давление и т. д.),

.внешним воздействием на газ,

.формой, материалом и расположением электродов,

.геометрией возникающего в газе электрического поля и т. п.

Законы прохождения электрического тока в газе сложнее, чем в металлах и электролитах.

Несамостоятельный газовый разряд – разряд при котором электропроводность газа создается внешними ионизаторами.

Самостоятельный газовый разряд – разряд, сохраняющийся после прекращения действия внешнего ионизатора.

Типы самостоятельного разряда

В зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения

электродов, а также от приложенного к электродам напряжения возникают

различные виды самостоятельного разряда:

1.Тлеющий разряд. 2.Коронный разряд. 3.Искровой разряд. 4.Дуговой разряд. 5.Плазма.