Іонізація газів

Гази є діелектриками, якщо вони знаходяться в звичайних фізичних умовах. В даному випадку гази складаються в основному з нейтральних атомів і молекул, а, заряджені частинки (електрони, іони), наявні в певному обсязі газу тільки в незначній кількості, не можуть утворити помітного струму. Але з нейтральних молекул і атомів можуть утворитися заряджені частинки - іони, якщо від якихось обставин число електронів в їх зміниться: цей процес носить назву іонізації. Іонізований газ є провідником.

Іонізація відбувається під дією космічних променів, рентгенівського і ультрафіолетового випромінювання, високої температури, електричного поля.

Досвід показує, що перераховані іонізующей причини самі по собі не можуть викликати значного збільшення числа заряджених частинок в одиниці об`єму, тим паче, що разом з іонізацією йде зворотний процес утворення нейтральних молекул і атомів, іменований рекомбинацией.

Електропровідність газу, що з`явилася в результаті зовнішнього іонізуючого впливу, іменується несамостійною. Якщо зовнішній іонізующей фактор перестає діяти, то в силу рекомбінації електропровідність газу зникає. Найбільше значення має іонізація атомів і молекул газу, що викликається зіткненням їх швидкорухомих електронами. При такому зіткненні енергія пересувається електрона частково або повністю передається нейтральному атома або молекули.

При достатньої енергії удару від нейтрального атома або молекули відривається один або кілька електронів, замість нейтрального атома або молекули виникають позитивні іони. Може бути також зчеплення електрона з нейтральним атомом або молекулою, що призводить до утворення негативного іона. Процес утворення іонів при зіткненні нейтральних атомів і молекул швидкорухомих електронами іменується ударної іонізацією.

В результаті іонізації кількість електронів зростає, це призводить до зростання числа зіткнень і, як слід, до ще більшого підвищення числа заряджених частинок.

У ионизованном стані газ є провідником. Електропровідність газу, підтримувана завдяки ударної іонізації дією зовнішнього електричного поля, іменується самостійним розрядом.

Розрізняють декілька видів самостійного розряду в газі: тихий, тліючий, іскровий, дуговий.

тихий розряд з`являється при відносно великих тисках газу (наприклад, атмосферному), коли поле в розрядному проміжку між електродами дуже нерівномірно через малого радіусу кривизни електродів.

Тихий розряд зазвичай спостерігається близько електродів в тих місцях, де напруженість електричного поля досягає деякого значення, званого критичним для даного газу, і супроводжується світінням - короною.

При передачі електричної енергії на найвищому напрузі навколо проводів смуги часто можна спостерігати (особливо в сиру погоду) тихий (коронний) розряд, який приносить шкоду, викликаючи, а саме, додаткові втрати енергії.

Тліючий розряд.При низькому тиску (близько 1 мм рт. Ст.) В довгій скляній трубці можна отримати тліючий розряд, якщо між електродами, розташованими у її кінців, прикласти напругу в декілька сотень вольт. Різні гази при тліючому розряді дають світіння різного кольору. Завдяки цьому лампи тліючого розряду використовуються в декоративних цілях

Мал. 1 Вольт-амперна риса лампи тліючого розряду.

Залежність струму в лампі тліючого розряду від напруги між електродами (вольт-амперна характеристика) нелінійна, при цьому в якомусь інтервалі конфігурації струму напруга залишається незмінним (ділянка БВ на рис. 1). На цьому малюнку точка А властивості відповідає запалювання приладу, точка В - початку, дугового розряду. Газорозрядні прилади тліючого розряду вживаються для стабілізації напруги.

іскровий розряд з`являється між прохолодними електродами при великому внутрішньому опорі джерела живлення. Іонізація газу, що почалася під дією електричного поля, набуває лавиноподібний характер, в результаті чого газовий просвіт стає провідним і між електродами проскакує іскра. При цьому різко зменшується опір газового проміжку.

По відстані між електродами, при якому з`являється пробою повітря, можна судити, про величину напруги між електродами. На цій базі для вимірювання дуже великих напруг використовуються кульові розрядники.

дугового розряд. При великої потужності джерела живлення іскровий розряд може перейти в дугового, більш стійкий самостійний розряд в газі при атмосферному або підвищеному тиску.

Такого роду розряд носить назву електронної дуги або дуги Петрова, тому що в перший раз спостерігався в 1803 р доктором В. В. Петровим. Характерною особливістю дугового розряду буде те, що він супроводжується сліпучим світлом і сильним нагріванням електродів (до 3000 ° С і більше).

Світлове дію електронної дуги вживається для спеціального освітлення (прожектори, проекційні апарати), а термічна дія - для зварювання та плавлення металів.

Електронна дуга, що виникає при виключенні електронних установок, - явище непотрібне, бо її термічна дія руйнує контакти відключають апаратів (рубильників, контакторів, вимикачів). Тому доводиться вживати особливих заходів, в результаті чого вимикають апарати істотно ускладнюються, зростають їх розміри.