Електричний струм в газах: визначення, особливості та цікаві факти

Іонізація

Процес лавиноподібного збільшення числа вільних зарядів у газі називають іонізацією. Відповідно, газ, в якому присутня значна кількість заряджених частинок, називається іонізованим. Саме в таких газах створюється електричний струм.

Процес іонізації пов’язаний з порушенням нейтральності молекул. Внаслідок відриву електрона виникають позитивні іони, приєднання електрона до молекули призводить до утворення негативного іона. Крім того, в іонізованому газі багато вільних електронів. Позитивні іони і особливо електрони – головні носії заряду при електричному струмі в газах.

Іонізація відбувається, коли частці повідомляється деяка кількість енергії. Так, зовнішній електрон в складі молекули, отримавши цю енергію, може покинути молекулу. Взаємні зіткнення заряджених часток з нейтральними призводять до вибивання нових електронів, і процес приймає лавиноподібний характер. Кінетична енергія частинок також зростає, що значно сприяє іонізації.

Звідки береться енергія, що витрачається на збудження електричного струму в газах? Іонізація газів має кілька джерел енергії, відповідно до яких прийнято іменувати та її типи.

  • Іонізація електричним полем. В цьому випадку потенціальна енергія поля перетворюється в кінетичну енергію частинок.
  • Термоионизация. Підвищення температури також призводить до утворення великої кількості вільних зарядів.
  • Фотоіонізації. Суть цього процесу в тому, що енергію електронам повідомляють кванти електромагнітного випромінювання – фотони, якщо вони мають досить високу частоту (ультрафіолетові, рентгенівські, гамма-кванти).
  • Ударна іонізація є результатом перетворення кінетичної енергії частинок, що зіштовхуються в енергію відриву електрона. Поряд з термоионизацией, вона служить основним фактором порушення в газах електричного струму.
Цікаве:  Метрологія. Історія розвитку метрології: причини появи, необхідність, теорії, історичні факти та етапи становлення науки

Кожен газ характеризується певною пороговою величиною – енергією іонізації, необхідної для того, щоб електрон міг відірватися від молекули, подолавши потенційний бар’єр. Ця величина для першого електрона становить від декількох вольт до двох десятків вольт; для відриву наступного електрона від молекули потрібно більше енергії і так далі.

Слід враховувати, що одночасно з іонізацією в газі протікає зворотний процес – рекомбінація, тобто відновлення нейтральних молекул під дією кулонівських сил притягання.