Електричний струм в газах: визначення

Як правило, речовини, перебуваючи в газоподібному стані, являють собою електричний ізолятор, оскільки його молекули або атоми містять однакову кількість позитивних і негативних електричних зарядів і в цілому є нейтральними. Проходження електричного струму в газах може відбуватися в разі будь-якого впливу ззовні, явище якого прийняти називати електричним несамостійним розрядом. Давайте з Вами подивимося, які саме чинники сприяють проходженню електричного струму в газах.

Добре відомо, що при нагріванні газу можна домогтися появи його електричної провідності. Це відбувається внаслідок того, що частина молекул або атомів газу трансформується в електрично заряджені іони. А вони вже можуть легко утворювати електричний ланцюг всередині газового проміжку. Сам же процес відриву від атома заряджених частинок називається іонізацією атома речовини.

Крім цього електрон може бути відірваний від молекули або атома при взаємному зіткненні двох різних атомів, в разі, коли їх кінетична енергія більше енергії зв’язку самої негативно зарядженої частинки. Енергія (кінетична) теплового руху молекул або атомів прямо пропорційна температурі, з цієї причини зі збільшенням температури газу підвищується кількість зіткнень атомів, що супроводжується іонізацією.

При іонізації значної частини молекул або атомів утворюється плазма. Величина іонізації (термічної) плазми безпосередньо залежить від наявної температури. Іони і електрони плазми (іонізованого газу) можуть вільно переміщатися під дією поля (електричного). Слід зауважити, що при низьких температурах гази являють собою хороші діелектрики, а при високих температурах вони звертаються в плазму і починають добре проводити електрику. Електричний струм в газах може вільно протікати. Крім того, енергія, яка необхідна для відриву заряджених частинок від молекули або атома, може бути також передана світлом.

Якщо почати підвищувати електричну напруженість поля, то при певному значенні (залежить від самого речовини, тиску) в газі почне з’являтися струм і без впливу зовнішніх чинників (різних іонізаторів). Процес проходження електричного струму через газ, який не залежить від впливу зовнішніх факторів, прийнято називати самостійним розрядом (електричним).

Головним механізмом газової іонізації при самостійному розряді є іонізація молекул і атомів за коштами удару електрона. Іонізація даного роду стає можливою в тому випадку, коли вільний електрон при своєму пробігу набирає енергію, що перевищує існуючу енергію зв’язку електрона з тим чи іншим атомом.

Давайте розглянемо процес розвиток електричного самостійного розряду в газі. І так, вільний електрон під дією поля набирає прискорення. У разі якщо напруженість поля достатня, частка при своєму вільному пробігу настільки сильно збільшує енергію, що при зіткненні з молекулою відразу ж ионизует її. Перший вільний електрон, який викликав іонізацію, і другий вільний електрон, який звільнився в результаті іонізації, під дією поля знову ж набувають деяке прискорення у напрямку від наявного катода до анода. Кожен з електронів при подальших зіткненнях звільнятимуть ще по одній частці, і сумарна кількість електронів стане вже чотири. Далі все повторюється, і це число буде 8,16,32,64 і так далі. Кількість звільнених електронів наростає лавиноподібно до того моменту, поки вони не прийдуть до анода.

Щільність іонів в іонізованої плазмі в міру розвитку електричного самостійного розряду підвищується, а опір проміжку розряду знижується. Величина електричного струму в газі, а точніше ланцюга розряду, як правило, визначається внутрішнім електричним опором самого джерела живлення і опором інших елементів ланцюга (дроти, контакти і т.д.).

Посилання на основну публікацію