Основные виды газового разряда.

Искровой разряд. Искровой разряд возникает при значительных напряжённостях электрического поля (около 30000 В/см) в газе при нормальном или повышенном давлении. Он имеет вид ярко светящегося разветвленного канала, мгновенно возникающего между электродами. Исследования показывают, что искровой канал может начинать расти от положительного или отрицательного электрода или из некоторой точки между электродами. Канал образуется и начинает расти в точках, в которых концентрация ионов случайно оказалась больше. Разряд сопровождается выделением большого количества тепла, ярким свечением и треском. Газ в канале разряда разогревается до очень высокой температуры (порядка 10⁴ К). Эти явления вызываются электронно-ионными лавинами, возникающими в канале. Примером самого мощного искрового разряда является молния. В молнии диаметр канала составляет ~ 10 см, а сила тока достигает сотен тысяч ампер.

Искровой разряд находит применение: в электроискровой обработке металлов, для предохранения линий электропередачи от перенапряжения (искровой разрядник), применяется для воспламенения газовых смесей, например в двигателях внутреннего сгорания т.п.

Коронный разряд. Коронный разряд возникает при нормальном и повышенном давлении газа в неоднородном электрическом поле. Вблизи заострённых частей электродов наблюдается слабое фиолетовое свечение, сопровождающееся легким шипением. Он часто возникает около проводов высокого напряжения у вершин мачт и других остроконечных предметов. Коронный разряд обусловлен ударной ионизацией газовых молекул электронами и ионами, разогнанными до высоких скоростей электрическим полем.

На коронном разряде основано действие счётчиков заряженных частиц, а так же молниеотвода. Сильное электрическое поле, возникающее в атмосфере во время грозы, вызывает коронный разряд у вершин молниеотвода. Этот разряд непрерывно отводит в землю атмосферные электрические заряды и не позволяет им скапливаться вблизи здания.

Дуговой разряд. Дуговой разряд был открыт в 1802 г. В.В. Петровым. Имеет вид ослепительно яркого достаточно длительного свечения. Возникает при сравнительно небольших напряжениях (60-100 В) между двумя близко расположенными электродами (угольными или металлическими). При нормальном давлении он имеет высокую температуру 5000-6000 К. Плотность тока в дуговом разряде достигает несколько тысяч ампер на мм². Дуговой разряд обусловлен в основном термоэлектронной эмиссией раскалённого катода. Первоначальный нагрев происходит за счёт теплоты, выделяемой током в месте соприкосновения электродов, имеющем большое сопротивление. После этого электроды раздвигают и эмитируемые электроны вызывают ударную ионизацию. Электроны, бомбардируя анод, создают в нем углубление (кратер) и нагревают его до очень высокой температуры.

В настоящее время дуговой разряд используется для сварки и резки металлов, выплавки специальных сталей (дуговая печь), для освещения (в прожекторах), получения ультрафиолетовых лучей в кварцевых лампах (дуговой разряд в парах ртути) и т.д.

Тлеющий разряд. Наблюдается при пониженных давлениях газа (порядка нескольких кПа) и большой напряжённости электрического поля (80 В/см). Разряд имеет вид спокойного святящегося столба (область 4 на рисунке 24.3), заполняющего почти всё пространство между электродами газоразрядной трубки. В газоразрядной трубке наблюдается несколько областей различного свечения. Основную роль в поддержании самостоятельного тлеющего разряда играют области 1 и 2 в катодной части. Здесь происходит ускорение электронов и положительных ионов, выбивающих электроны с поверхности катода. В области свечения 2 происходит ударная ионизация молекул электронами, приводящая к образованию положительных ионов. Свечение в области 4 обусловлено возбужденными молекулами газа. Этот участок не играет заметной роли в поддержании самостоятельного разряда и поэтому при изменении длины трубки изменяется и длина этого участка.

Так как в разряженном газе мала концентрация ионов, то, во-первых, не происходит пробоя газа, а во-вторых общая энергия, выделяющаяся в газе оказывается небольшой, в связи с чем свечения газа остаётся холодным.

Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, лампах дневного света. В промышленности используется катодное распыление (выбивание молекул с поверхности катода) для напыления тонких пленок на поверхность тел, помещенных в газоразрядную камеру.