Електричний струм у газах

Проаналізуємо цю криву.

На ділянці ОА (малі напруги) графік показує, що сила струму пропорційна напрузі. На цьому проміжку відбувається збільшення кількості іонів, що проходять за одиницю часу через перетин розряду, а отже, збільшується і сила струму, оскільки швидкість заряджених частинок зростає з посиленням поля. Але незалежно від швидкості руху, кількість частинок, що проходить через розряд за одиницю часу, не може бути більшою за кількість частинок, що утвориться в газі під впливом іонізатора. Ця величина і визначає значення струму насичення. Наведемо приклад розрахунку струму насичення (Iнас). Нехай іонізатор створює за 1 секунду 2 мільйони пар іонів, кожен із яких має заряд 1,5•10-19 Кл. Тоді величина струму насичення дорівнюватиме найбільшому зарядові, що проходить через газ за 1 секунду:

Як бачимо, величина струму насичення залежить від іонізуючої здатності іонізатора, а не від напруги.

Трапляються випадки, коли струму насичення немає. Це відбувається, якщо іонізуюча здатність іонізатора настільки велика, що навіть при великих напругах електричне поле не встигає відводити всі утворені іони. Подібну картину ми можемо спостерігати в розчинах електролітів, коли швидкість утворення іонів у результаті електричної дисоціації дуже велика.

Іонізаторами газів можуть виступати різні зовнішні впливи. Наприклад, у результаті сильного нагрівання швидкість молекул зростає, і їхні зіткнення стають настільки сильними, що вони розбиваються на іони. Таким чином, іонізатором виступає сильне нагрівання. Крім того, іонізувати газ може короткохвильове електромагнітне випромінювання (УФ, рентгенівське, у-випромінювання), корпускулярне випромінювання (потоки електронів, протонів, а-частинок) тощо.

Для того щоб вибити з молекули або атома один електрон, треба витратити певну енергію, необхідну для здійснення роботи іонізації — роботи проти сил взаємодії між електроном, що виривається, та іншими частинками атома або молекули. Вона називається енергією іонізації. Зазвичай її значення коливається для різних атомів у межах від 4 до 25 еВ. Величина роботи іонізації залежить від хімічної природи газу й енергетичного стану електрона, що виривається, в атомі або молекулі.

Процес іонізації має кількісну характеристику — інтенсивність іонізації. Вона вимірюється числом пар іонів, протилежних за знаком, що виникають в одиниці об'єму газу за одиницю часу.У газах одночасно з процесом іонізації протікає конкурентний процес — рекомбінація. Він полягає в тому, що позитивні і негативні іони (або позитивні іони й електрони) при зіткненні з'єднуються між собою. При цьому утворюються нейтральні атоми або молекули. Процес рекомбінації відбувається тим інтенсивніше, чим більше іонів виникає в процесі іонізації. Якщо припинити дію іонізатора, то незабаром кількість іонів у газі зменшуватиметься і зрештою іони зникнуть практично повністю.

При рекомбінації частинок вивільняється певна енергія, що дорівнює енергії, витраченій на іонізацію. Частково вона випромінюється у вигляді світла, тому рекомбінація іонів супроводжується свіченням (свічення рекомбінації).

Електропровідність газів ніколи не дорівнює нулю, тобто вільні заряди в газі є завжди. Іонізаторами в цьому випадку є випромінювання радіоактивних речовин, що є на поверхні Землі, і космічне випромінювання. Інтенсивність іонізації під впливом цих факторів невелика. Але навіть така незначна електропровідність призводить до серйозних наслідків, наприклад витоку зарядів наелектризованих тіл навіть при добрій їх ізоляції.

Самостійний розряд

Самостійним розрядом у газі називають такий розряд, що зберігається після припинення дії зовнішнього іонізуючого фактора.

Самостійний розряд виникає в газі за певних умов. Якщо напругу між електродами постійно підвищувати, то у певний момент сила струму різко зросте.

Такий стрибок кривої пояснюється таким фактом: число іонів у газі різко зростає, тому що зі збільшенням напруги поле передає іонам настільки велику енергію, що при зіткненні таких іонів із нейтральними молекулами останні

розбиваються на іони та електрони. При цьому загальна кількість іонів буде визначатися дією самого поля. Цей процес називається ударною іонізацією.