Усі гази у природній стані не проводять електричного струму. У чому можна переконатися із наступного досвіду:
Візьмемо електрометр з приєднаними щодо нього дисками плоского конденсатора і зарядимо його. При кімнатної температурі, якщо повітря досить сухим, конденсатор помітно не розряджається – становище стрілки электрометра не змінюється. Щоб помітити зменшення кута відхилення стрілки электрометра, потрібен тривалий час. Це свідчить, що електричний струм повітря між дисками дуже малий. Цей досвід показує, що повітря є поганим провідником електричного струму.
Видоизменим досвід: нагріємо повітря між дисками полум’ям спиртівки. Тоді кут відхилення стрілки электрометра швидко зменшується, тобто. зменшується різницю потенціалів між дисками конденсатора – конденсатор розряджається. Отже, нагрітий повітря між дисками став провідником, у ньому встановлюється електричний струм.
Изолирующие властивості газів пояснюються тим, що мені немає вільних електричних зарядів: атоми і молекули газів у природному стані є нейтральними.
- Ионизация газів.
іонізацією газів.
ионизаторами.
Ионизация атома вимагає витрати певної енергії – енергії іонізації. Для іонізації атома (чи молекули) необхідно зробити роботу проти сил взаємодії між вырываемым електроном й іншими частинками атома (чи молекули).
Ця робота має назву роботою іонізації A і . Величина роботи іонізації залежить від хімічної природи газу та енергетичного стану вырываемого електрона в атомі чи молекулі.
рекомбинацией іонів.
У явищах електричного розряду в газах великій ролі грає іонізація атомів електронними ударами. Цей процес відбувається у тому, що рухомий електрон, у якого достатньої кінетичною енергією, при зіткненні з нейтральним атомом вибиває потім із нього чи кілька атомних електронів, у результаті нейтральний атом перетворюється на позитивний іон, а газі з’являються нові електрони (звідси буде розглянуто пізніше).
У таблиці нижче дано значення енергії іонізації деяких атомів.
| Елемент | He | Ne | Ar | Hg | Na | K | Rb |
| Енергія іонізації, эВ | 24,5 | 21,5 | 13,9 | 10,4 | 5,12 | 4,32 | 4,68 |
- Механізм електропровідності газів.
Механізм провідності газів нагадує механізм провідності розчинів і розплавів електролітів. За відсутності зовнішнього поля заряджені частки, як і нейтральні молекули рухаються хаотично. Якщо іони і вільні електрони стають під зовнішньому електричному полі, всі вони майже остаточно дійшли спрямоване рух і аналітиків створюють електричний струм в газах.
Отже, електричний струм в газі є спрямоване рух позитивних іонів до катоду, а негативних іонів і електронів до аноду . Повний струм в газі складається з цих двох потоків заряджених частинок: потоку, йде до аноду, і потоку, спрямованого до катоду.
На електродах відбувається нейтралізація заряджених частинок, як і за проходженні електричного струму через розчини і розплави електролітів. Однак у газах відсутня виділення речовин на електродах, як це має місце у розчинах електролітів. Газові іони, підійшовши до електродах, віддають їм свої заряди, перетворюються на нейтральні молекули і дифундують знову на газ.
Ще один розбіжність у електропровідності ионизованных газів і розчинів (розплавів) електролітів у тому, що негативний заряд під час проходження струму через гази переноситься основному не негативними іонами, а електронами, хоча провідність з допомогою негативних іонів він може грати певну роль.
У такий спосіб газах поєднується електронна провідність, така провідності металів, з іонній провідністю, як і провідності водних розчинів і розплавів електролітів.
- Несамостоятельный газовий розряд.
несамостійною газовим розрядом.
Нижче зображений графік залежності сили струму від напруги при несамостоятельном розряді в газі. Для побудови графіка використовувалася скляна трубка з цими двома впаянными в скло металевими електродами. Ланцюг зібрано як показано малюнку нижче.
+ —
При деякому певному напрузі настає такого моменту, у якому все заряджені частки, які утворюються в газі ионизатором за секунду, досягають у цей час електродів. Подальше підвищення напруги не можуть призвести до підвищення числа які іонів. Струм сягає насичення (горизонтальний ділянку графіка 1).
I
-
U
- Самостійний газовий розряд.
самостійним газовим розрядом
Якщо після досягнення насичення продовжувати збільшувати різницю потенціалів між електродами, то сила струму за досить великому напрузі стане різко зростати (графік 2).
Це означає, що у газі з’являються додаткові іони, утворювані впливом ионизатора. Сила струму може підвищитися на сотні й тисячі разів, а число заряджених частинок, що виникають у процесі розряду, може бути таким великим, що зовнішній іонізатор здадуть вже непотрібен підтримки розряду. Тому іонізатор тепер можна прибрати.
Які самі різкого збільшення сили струму на великих напругах? Розглянемо яку або пару заряджених частинок (позитивний іон і електрон), утворену завдяки дії зовнішнього ионизатора. Він з’явився в такий спосіб вільний електрон починає рухатися позитивного электроду – аноду, а позитивний іон – до катоду. На своєму шляху електрон зустрічає іони і нейтральні атоми. У проміжках між двома послідовними зіткненнями енергія електрона збільшується з допомогою роботи сил електричного поля.
I
-
U
іонізацією електронним ударом.
Але одне іонізація електронним ударом може забезпечити підтримки самостійного заряду. Справді, усе ж виникаючі в такий спосіб електрони рухаються у напрямку до аноду і з досягненні анода «вибувають із гри». Задля підтримки розряду необхідна емісія електронів з катода («емісія» означає «випущення»).
Емісія електрона то, можливо обумовлена кількома причинами.
Позитивні іони, які утворилися у зіткненні електронів з нейтральними атомами, при своєму русі до катоду набувають під впливом поля велику кінетичну енергію. При ударах таких швидких іонів про катод із поверхні катода вибиваються електрони.
термоэлектронной емісією.
При самостійному розряді нагрівання катода може статися з допомогою бомбардування його позитивними іонами. Якщо енергія іонів дуже велика, то вибивання електронів з катода немає і електрони испускаются внаслідок термоэлектронной емісії.
- Різні типи самостійного розряду та його технічне застосування.
Залежно від властивостей і стан газу, характеру і розташування електродів, і навіть від докладеної до електродах напруги виникають різні види самостійного розряду. Розглянемо кілька їх.
- Тлеющий розряд.
катод темне простір,
Основну роль підтримці тліючого розряду грають два області, його катодного частини. Характерною ознакою цього розряду є різке зниження потенціалу поблизу катода, що з великий концентрацією позитивних іонів за українсько-словацьким кордоном I і II областей, зумовленої порівняно малої швидкістю руху іонів у катоду. У катодному темному просторі відбувається сильне прискорення електронів і позитивних іонів, выбивающих електрони з катода. У сфері тліючого світіння електрони виробляють інтенсивну ударну іонізацію молекул газу та втрачають свою енергію. Тут утворюються позитивні іони, необхідних підтримки розряду. Напруженість електричного поля була в цій галузі мала. Тлеющее світіння переважно викликається рекомбинацией іонів і електронів. Протяжність катодного темного простору визначається властивостями газу та матеріалу катода.
У сфері позитивного стовпа концентрація електронів і іонів приблизно однакова і дуже великий, що зумовлює велику електропровідність позитивного стовпа і не дуже зниження ньому потенціалу. Свечение позитивного стовпа визначається світінням порушених молекул газу. Поблизу анода знову спостерігається порівняно різку зміну потенціалу, що з процесом генерації позитивних іонів. Нерідко позитивний стовп розпадається деякі світні ділянки – страти, розділені темними проміжками.
електронні
каналовыми променями.
- Коронний розряд.
Коронний розряд виникає нормального тиску в газі, котрий у сильно неоднорідному електричному полі (наприклад, близько остриев чи дротів ліній високої напруги).
При коронному розряді іонізація газу та його світіння відбуваються лише поблизу коронирующих електродів. Що стосується коронирования катода (негативна корона) електрони, викликають ударну іонізацію молекул газу, вибиваються з катода при бомбардуванню його позитивними іонами. Якщо коронируют анод (позитивна корона), народження електронів відбувається внаслідок фотоионизации газу поблизу анода. Корона – шкідливе явище, що супроводжується витіканням струму та втратою електричної енергії. Для зменшення коронирования збільшують радіус кривизни провідників, які поверхню роблять максимально гладкою. При досить високу напругу між електродами коронний розряд перетворюється на іскрової.
При підвищеному напрузі коронний розряд на вістрі набуває вигляду що виходять з шпичаки і перемежованих у часі світлих ліній. Ці лінії, мають ряд зламів і вигинів, утворюють подобу пензля, унаслідок чого такий розряд називають кистевым .
Заряженное грозове хмару індукує лежить на поверхні Землі під собою електричні заряди протилежного знака. Особливо великий заряд накопичується на вістрях. Тому перед грозою чи під час грози нерідко на вістрях й гострих кутках високо порушених предметів спалахують схожі на пензлики конуси світла. З давнини це світіння називають вогнями святого Эльма.
Особливо свідками цього явища стають альпіністи. Іноді лажі як металеві предмети, а й кінчики волосся вся її голова прикрашають маленькими світними пензликами.
З коронним розрядом доводиться вважатися, маючи
