ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗАХ

Электропроводность веществ определяется в основном наличием свободных электронов. Электроны внешних атомных оболочек в твердых и жидких веществах находятся на примерно равных расстояниях от ядер различных атомов. Поэтому действующие на них электростатические силы уравновешены, и эти так называемые свободные электроны могут практически беспрепятственно передвигаться между атомами в веществе. Чем больше свободных электронов, тем меньше электрическое сопротивление вещества. Электропроводность ряда жидкостей (растворов) объясняется также наличием свободных ионов — молекул, у которых есть избыток или недостаток электронов.

Но любое электропроводящее вещество, переходя в газообразное состояние, теряет свою электропроводность. В газе все электроны прочно связаны с атомами, свободных электронов нет, и поэтому газ является непроводящим веществом — идеальным диэлектриком.

Обычно очень слабая электропроводность газов объясняется присутствием в газе разрушенных в результате различных процессов атомов — ионов и электронов. Разрушение атомов газа объясняется тем, что в газ проникают радиоактивное излучение и кванты света, которые обычно называют «посторонним ионизатором».

Обычно в атмосфере всегда имеются ионы. В зависимости от местных условий их насчитывается примерно 10— 104 в 1 см3 газа. Коротковолновое излучение Солнца, в основном не достигающее поверхности Земли из-за поглощения его атмосферой, образует на высоте 100 км большое количество ионов: в 1 сж3 газа насчитывается 108 ионов при наличии 1014 нейтральных молекул газа.

К электродам С и D, находящимся в газе, приложена некоторая разность потенциалов V от регулируемого источника напряжения В. Ток, проходящий в газе через электроды, измеряется прибором Л. Практически мы здесь измеряем сопротивление газового промежутка С — D.

Чтобы убедиться, что это так, построим на графике зависимость величины тока / от напряжения на электродах V. Когда разность потенциалов на электродах равна нулю, тока нет, ионы могут с одинаковой вероятностью попасть на любой из электродов. Если на электроды будет приложено напряжение, ионы, имеющие положительный заряд, начнут двигаться к отрицательному электроду, а отрицательные ионы и электроны устремятся к положительному электроду С, через прибор А потечет электрический ток.

Причина этого явления сразу не совсем понятна. Когда мы имеем дело с проводником, обладающим со на электродах. Вольтамперная характеристика газового разряда противлением, то для того, чтобы заставить двигаться электроны, необходимо к концам проводника приложить некоторую разность потенциалов. Эта разность потенциалов определяется известным законом Ома

Все это становится понятным, если учесть, что в газе идет не только ионизация за счет различных излучений, но и рекомбинация сталкивающихся ионов противоположных знаков. Ионы движутся не только под действием сил электрического поля, но и участвуют в общем тепловом хаотическом движении молекул газа, причем скорость хаотического движения может быть значительно больше скорости направленного движения. Поэтому при малой разности потенциалов вероятность встречи ионов очень велика и рекомбинация происходит очень часто.

Этот ток очень мал. Но с увеличением напряжения скорость направленного движения ионов увеличивается, они меньшее время находятся в газовом промежутке и вероятность встречи двух ионов уменьшается.