Электрический ток в газах. Несамостоятельный и самостоятельный разряды. Понятие о плазме

В обычных условиях газ является изолятором, т.к. в нем нет достаточного количества свободных электронов. Для ионизации газа, т.е. для отрыва электрона от нейтральной молекулы, необходимо затратить определенную энергию – энергию ионизации.

В итоге получаются положительные ионы, электроны и отрицательные ионы (если свободный электрон прилипает к нейтральному атому или молекуле). Наряду с процессом ионизации происходит и процесс рекомбинации – объединение ионов в нейтральные молекулы.

Электрический ток в газах представляет собой направленное движение свободных электронов, а также положительных и отрицательных ионов. Проводимость газов ионно-электронная.

В электрическом поле электроны и отрицательные ионы движутся к положительному электроду (аноду), а положительные ионы – к отрицательному (катоду).

Электрический ток через газ называется газовым разрядом.

Ионизировать газ можно, воздействуя на него ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, радиоактивным и космическим излучением, нагревая газ до высоких температур (термическая ионизация).

Мерой процесса ионизации называется интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположно заряженных частиц, возникающих в единице объема газа за единицу времени.

Несамостоятельным газовым разрядом называется прохождение тока в газе при наличии внешнего ионизатора. Электропроводность газов в этом случае называется несамостоятельной проводимостью.

Самостоятельный газовый разряд - разряд, который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора. Проводимость газа при этом – самостоятельная проводимость.

Вольт-амперная характеристика

газового разряда имеет вид:

Участок 0-1-2-3 обусловлен действием на газ внешнего ионизатора и характеризует несамостоятельную проводимость газа.

На участке 3-4, при достаточно большом напряжении на электродах газоразрядной трубки, газ обладает самостоятельной проводимостью.

0-1 – ток возрастает за счет ослабления рекомбинации подвижных носителей зарядов в газе. При этом выполняется закон Ома для тока в газе:

1-2 – переходная область, характеризуется отклонением от закона Ома.

2-3 – область насыщения, когда все заряженные частицы достигают электродов. Возникает ток насыщения I_н при соответствующем напряжении U_н.

3-4 – при напряжении U_з – напряжение зажигания, при котором несамостоятельный газовый разряд переходит в самостоятельный. Процесс такого перехода – электрический пробой газа. При этом число ионов лавинообразно растет. Основную роль здесь играет ударная ионизация.

Явление ударной ионизации заключается в отрыве от атома или молекулы газа одного или нескольких электронов, вызванном соударением с нейтральными атомами или молекулами носителей тока, разогнанных сильным электрическим полем. При этом должно выполняться условие (для одноатомного газа):