Электрический ток в газах. Газы при температу­рах и давлениях, близких к атмосферному, являются хорошими изоляторами

Газы при температу­рах и давлениях, близких к атмосферному, являются хорошими изоляторами. Это объясняется тем, что га­зы при обычных условиях состоят из ней­тральных атомов и молекул и не содержат свободных зарядов (электронов и ионов). Газ становится проводником электричест­ва, когда некоторая часть его молекул ионизуется, т. е. произойдет расщепление нейтральных атомов и молекул на ионы и свободные электроны. Для этого газ надо подвергнуть действию какого-либо ионизатора.

При ионизации газов под действием какого-либо ионизатора происходит вырывание из электронной оболочки атома или молекулы одного или нескольких электронов, что приводит к об­разованию свободных электронов и поло­жительных ионов. Электроны могут при­соединяться к нейтральным молекулам и атомам, превращая их в отрицательные ионы. Следовательно, в ионизованном газе имеются положительные и отрицательные ионы и свободные электроны. Прохожде­ние электрического тока через газы на­зывается газовым разрядом.

Ионизация газов может происходить под действием различных ионизаторов: сильный нагрев (столкновения быстрых молекул становятся настолько сильными, что они разбиваются на ионы), короткое электромагнитное излучение (ультрафиолетовое, рентгеновское и - излучения), корпускулярное излучение (потоки элек­тронов, протонов, -частиц) и т. д. Для того чтобы выбить из молекулы (атома) один электрон, необходимо затратить оп­ределенную энергию, называемую энер­гией ионизации,значения которой для атомов различных веществ лежат в преде­лах 4 - 25 эВ.

Одновременно с процессом ионизации газа всегда идет и обратный процесс - процесс рекомбинации:положительные и отрицательные ионы, положительные ионы и электроны, встречаясь, воссоединя­ются между собой с образованием ней­тральных атомов и молекул. Чем больше ионов возникает под действием ионизато­ра, тем интенсивнее идет и процесс ре­комбинации.

Строго говоря, электропроводность га­за нулю не равна никогда, так как в нем всегда имеются свободные заряды, обра­зующиеся в результате действия на газы излучения радиоактивных веществ, имею­щихся на поверхности Земли, а также космического излучения. Эта незначитель­ная электропроводность воздуха (интен­сивность ионизации под действием указан­ных факторов невелика) служит причиной утечки зарядов наэлектризованных тел да­же при хорошей их изоляции.

Рассмотрим цепь, содержащую газовый промежуток (рис. 12.9 а), подвергающийся непрерывному, постоянному по интенсивности воздействию ионизатора. В результате ионизации газ приобретает некоторую электропроводность и в цепи потечет ток , зависимость которого от приложенного напряжения дана на рис. 12.9 б.

Рис. 12.9

На начальном участке кривой ток воз­растает пропорционально напряжению, т. е. линейно. При дальней­шем увеличении напряжения рост тока замедляется и, наконец, прекращается совсем (горизонтальный участок). Этому участку соответствует ток насыщения , когда все ионы и электроны, создаваемые внешним ионизатором за единицу времени, за это же время до­стигают электродов. При дальнейшем увеличении напряжения ток снова резко возрастает, что объясняется возникновением самостоятельного разряда за счет ударной ионизации.