Електричний струм у газах

Проходження струму через газ називають газовим розрядом. У металах і напівпровідниках носії струму існують завжди, незалежно від процесів, які пов’язані з проходженням струму; електричне поле лише зумовлює впорядкований рух зарядів. Гази в нормальному стані є ізоляторами, і носії струми в них відсутні. Лише за деяких умов у газах можуть з’явитися носії зарядів (іони, електрони), при цьому виникає електричний розряд.

Носії струму в газах можуть виникати в результаті зовнішніх дій, які не пов’язані з наявністю електричного поля. У цьому разі говорять про несамостійну провідність газу. Несамостійний розряд може бути викликаний нагріванням газу до високої температури (термічна іонізація), дією рентгенівських, ультрафіолетових і γ — променів.

Якщо носії струму виникають у результаті процесів у газі, що зумовлені прикладеним до газу електричним полем, то провідність називають самостійною.

Характер газового розряду залежить від хімічної природи газів і електродів, температури й тиску газу, форми, розмірів і взаємного розташування електродів, від напруги й густини струму тощо. Газовий розряд може набувати різноманітних форм і супроводжуватись свіченням і звуковими ефектами (шипіння, буркотіння і тріск).

Несамостійний газовий розряд

Нехай газ знаходиться в скляній колбі між плоскими електродами (рис. 3.21) і зазнає постійної за інтенсивністю дії рентгенівських промінів. Дія іонізатора спричинює іонізацію деяких молекул (атомів) газу (тобто появу вільних електронів і позитивних іонів). За не дуже низького тиску електрони зазвичай захоплюються нейтральними молекулами (атомами), які стають негативно зарядженими іонами.

Наряду з процесом іонізації в газі відбувається рекомбінація іонів (нейтралізація різнойменних іонів під час зіштовхування або возз’єднання позитивного іона та електрона в нейтральну молекулу). Між процесами іонізації та рекомбінації в газі встановлюється динамічна рівновага. Тому кількість іонів в одиниці об’єму газу стає постійним.

Якщо до аноду і катоду (рис. 3.21) прикласти напругу U й змінювати її від нуля до деякого значення Uk , то отримаємо вольт-амперну характеристику газового розряду (рис. 3.22).

З вольт-амперної характеристики (рис. 3.22) видно, що за збільшення напруги від нуля до U1 струм збільшується внаслідок того, що під час збільшення напруженості електричного поля E всебільша кількість пар іонів набувають впорядкованого руху. На цій дільниці за слабких електричних полів газовий розряд підкоряється закону Ома, й густину струму можна з достатньою точністю визначити за формулою

де U+ , U− — рухомість позитивних і негативних іонів; e′, n0 — заряд і концентрація одновалентних іонів.

У разі подальшого збільшення напруги від U1 до U2 струм у ланцюгу залишається постійним (струм накопичення). Це зумовлене тим, що джерело іонізації створює цілком сталу кількість пар іонів за одиницю часу. За достатньо великих значеннях різниці потенціалів (починаючи з U2 і більше) струм починає різко зростати (крива cd). Це пояснюється тим, що створені зовнішнім іонізатором електрони за час вільного пробігу встигають набути енергії, яка є достатньою для того, щоб, зіштовхнувшись з молекулою (атомом), викликати її іонізацію (іонізацію ударом). Вільні електрони, які при цьому виникли, розігнавшись у полі, викликають іонізацію молекул (атомів) газу. Таким чином, відбувається лавиноподібне «розмноження» первинних іонів, які створені зовнішнім іонізатором, і підсилення розрядного струму. Але процес не втрачає характеру несамостійного розряду також, оскільки після припинення дії зовнішнього іонізатора розряд також припиняється.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *