Електричний струм в газі

Сукупність явищ, обумовлених проходженням електричного струму через газ отримала назву електричного розряду в газі.

Іонізація газу. Іонізацією газу називають процес утворення в нейтральному газі іонів — позитивно або негативно заряджених атомів.

Розрізняють поверхневу і об'ємну іонізацію газу. Причиною поверхневої іонізації є емісія електронів з поверхні твердих тіл (катодів іонних приладів) за рахунок додаткової енергії, яка повідомляється атомам цих тіл при нагріванні (термоелектронна емісія), освітленні (поверхневий фотоефект), ударам швидкісних частинок (вторинна емісія) та ін. Атоми газу, взаємодіючи з позитивно зарядженою поверхнею катоду, який випромінює електрони, можуть перетворюватися в іони.

Однак основним видом іонізації газу є об'ємна іонізація, яка проходить в об'ємі газу. Частіше всього вона відбувається внаслідок співудару атомів газу з швидкісними частинками (електронами або іонами). Такий процес вибивання нових електронів і утворення додатних іонів називається іонізацією при співударі, або ударною іонізацією. Якщо отримані після іонізації вільні електрони мають достатню енергію, наприклад, отримавши її" в прискорюю чому електричному полі, то кожний з них може іонізувати новий атом і т. д. Таким чином, можливе лавиноподібне наростання кількості електронів і іонів.

Збудження атомів газу. Якщо на шляху вільного пробігу електрон не набуває енергії, достатньої для ударної іонізації, то при зіткненні з атомом проходить збудження нейтрального атома - переведення електрона на більш високий енергетичний рівень. Такий стан атома називається збудженим, а енергія, необхідна для його збудження, енергією збудження. В збудженому стані атом зазвичай знаходиться недовго, після чого переходить в нормальний стан. При такому переході атом віддає отриману ним раніше додаткову енергію в вигляді кванта електромагнітного випромінювання. Це випромінювання супроводжується свіченням газу, якщо випущені промені відносяться до видимої частини електромагнітного спектра.

Рекомбінація. Крім іонізації і збудження атомів, в газі проходить і зворотній процес утворення нейтральних атомів: рекомбінація позитивних і негативних іонів між собою або позитивних іонів і електронів, тобто повернення збуджених атомів в нормальний стан і розпад від'ємних іонів на нейтральні атоми і електрони.

Рекомбінація приводить до зменшення кількості заряджених частинок, тобто до деіонізації газу.

Зазвичай рекомбінація супроводжується виділенням променевої енергії. В більшості випадків при цьому спостерігається свічення газу.

Контрольні питання і вправи

1. Чому маса електрона відрізняється від маси іона?
2. Які критерії покладені в основу поділу речовин на провідники, напівпровідники та діелектрики?
3. Чому електрони, розташовані на зовнішніх орбітах атома, повۥзані з ядром слабше, ніж електрони, які знаходяться на ближчих до ядра орбітах?
4. В однорідному електричному полі електрон проходить різницю потенціалів 9 В. початкова швидкість дорівнює нулю. Визначити кінцеву швидкість електрона, який рухається в вакуумі, та його кінетичну енергію.
5. Як рухається електрон в електричному полі, якщо його початкова швидкість була направлена під кутом до вектора напруженості цього поля?
6. Коли траєкторією руху електрона в магнітному полі буде спіраль?
7. Яка різниця між поверхневою та обۥємною іонізацією?
8. Що супроводжує рекомбінацію іонів?