Електричний струм в газах

У звичайних умовах гази є ізоляторами (в них немає достатньої кількості вільних зарядів) і стають провідниками лише тоді, коли вони якимось чином іонізовані. Ионизаторами можуть служити рентгенівські промені, космічні промені, ультрафіолетові промені, радіоактивне випромінювання, інтенсивне нагрівання та ін.

Процес іонізації газів полягає в тому, що під дією іонізаторів від атомів відривається один або кілька електронів. В результаті цього замість нейтрального атома виникають позитивний іон і електрон. Частина утворилися електронів може бути при цьому захоплена іншими нейтральними атомами, і тоді з’являються негативно заряджені іони. Відрив електрона від атома вимагає витрат певної енергії – енергії іонізації Wi, яка вимірюється роботою проти сили тяжіння електрона ядром атома: Wi = eUi, де е – заряд електрона, Ui – потенціал іонізації для даної речовини.

Енергія іонізації залежить від хімічної природи газу й енергетичного стану електрона в атомі. Так, для відриву першого електрона від атома азоту витрачається енергія 14,5 еВ, а для відриву другого електрона – 29,5 еВ, для відриву третього – 47,4 еВ.

Електрони і позитивні іони, що виникли під час дії іонізатора, не можуть довго існувати окремо і при зіткненнях знову утворюють нейтральні атоми або молекули. Це явище називається рекомбінацією. Тому після припинення дії іонізатора електричний струм в газі зникає. Провідність газу, створену зовнішніми ионизаторами, але не пов’язану з електричним полем, називають несамостійною.

Якщо при іонізації для відриву електрона від атома необхідна енергія, то при рекомбінації ця енергія виділяється здебільшого у вигляді світлового випромінювання. При достатній інтенсивності рекомбінації електричний струм в газах супроводжується помітним світінням. При безперервній дії іонізатора і відсутності електричного поля в газі встановлюється рухлива рівновага між іонізацією молекул і рекомбінацією іонів, що характеризується певною концентрацією іонів.

При приміщенні іонізованого газу в електричне поле на вільні заряди діють електричні сили і вони дрейфують паралельно лініям напруженості: електрони і негативні іони – до анода, позитивні іони – до катода. На електродах іони перетворюються на нейтральні атоми, віддаючи або приймаючи електрони, тим самим замикаючи ланцюг. У газі виникає електричний струм. Електричний струм у газах називається газовим розрядом. Таким чином, провідність газів має іонно-електронний характер.

Посилання на основну публікацію