Газовий розряд і його типи
Отже, електричний струм у газах обумовлений впорядкованим рухом заряджених частинок під дією прикладеного до них електричного поля. Наявність таких зарядів, в свою чергу, можливе завдяки різним чинникам іонізації.
Так, термоионизация вимагає значних температур, але відкрите полум’я у зв’язку з деякими хімічними процесами сприяє іонізації. Навіть при порівняно невисокій температурі у присутності полум’я фіксується поява в газах електричного струму, і досвід з провідністю газу дозволяє легко в цьому переконатися. Треба помістити полум’я пальника або свічки між обкладками зарядженого конденсатора. Ланцюг, розімкнена перш за повітряного зазору в конденсаторі, замкнеться. Включений в ланцюг гальванометр покаже наявність струму.
Електричний струм у газах називається газовим розрядом. Потрібно мати на увазі, що для підтримки стабільності розряду дію іонізатора повинно бути постійним, так як із-за постійної рекомбінації газ втрачає електропровідні властивості. Одні носії електричного струму в газах – іони – нейтралізуються на електродах, інші – електрони, потрапляючи на анод, направляються до «плюса» джерела поля. Якщо іонізуючий чинник перестане діяти, газ негайно знову стане діелектриком, і струм припиниться. Такий струм, залежний від дії зовнішнього іонізатора, називається несамостійним розрядом.
Особливості проходження електричного струму через гази описуються особливою залежністю сили струму від напруги – вольт-амперною характеристикою.
Розглянемо розвиток газового розряду на графіку вольтамперної залежності. При підвищенні напруги до деякого значення U1 струм наростає пропорційно йому, тобто виконується закон Ома. Зростає кінетична енергія, а отже, і швидкість зарядів у газі, і цей процес випереджає рекомбінацію. При значеннях напруги від U1 до U2 таке співвідношення порушується; при досягненні U2 всі носії зарядів досягають електродів, не встигаючи рекомбінувати. Всі вільні заряди задіяні, і подальше підвищення напруги не веде до збільшення сили струму. Такий характер руху зарядів називається струмом насичення. Таким чином, можна сказати, що електричний струм в газах також зумовлено особливостями поведінки іонізованого газу в електричних полях різної напруженості.
Коли різниця потенціалів на електродах досягає певного значення U3, напруга стає достатнім, щоб електричне поле викликало лавиноподібну іонізацію газу. Кінетичної енергії вільних електронів вже вистачає для ударної іонізації молекул. Швидкість їх при цьому в більшості газів становить близько 2000 км/с і вище (вона розраховується за наближеною формулою v=600 Ui, де Ui – іонізаційний потенціал). У цей момент відбувається пробій газу та істотне зростання струму за рахунок внутрішнього джерела іонізації. Тому такий розряд називається самостійним.
Наявність зовнішнього іонізатора в даному випадку вже не грає ролі для підтримки в газах електричного струму. Самостійний розряд в різних умовах і при різних характеристиках джерела електричного поля може мати ті чи інші особливості. Виділяють такі типи самостійного розряду, як тліючий, іскровий, дуговий і коронний. Ми розглянемо, як веде себе електричний струм в газах, коротко для кожного з цих типів.
