Электрический ток в газах

1. Природа тока в газах

Газ в обычных условиях является диэлектриком, то есть не проводит электрический ток. Чтобы газ начал проводить ток, необходимо:

1. Ионизировать его, то есть создать свободные заряженные частицы:

   • Электроны — отрицательные носители;

   • Ионы — положительные носители.

2. Подать электрическое поле, которое заставит эти частицы двигаться.

Так как газ разрежен, частицы сталкиваются друг с другом редко, а значит, ток зависит от числа ионов и их энергии.

2. Механизм ионизации

Газ может ионизироваться несколькими способами:

• Термическая ионизация — при высоких температурах атомы газа теряют электроны.

• Электронная бомбардировка — электроны, ускоренные электрическим полем, сталкиваются с атомами, выбивая новые электроны.

• Фото-ионизация — фотон с достаточной энергией выбивает электрон из атома.

• Химическая ионизация — реакция газов приводит к появлению ионов.

После ионизации газ становится плазмой — смесью ионов и свободных электронов, способную проводить ток.

3. Виды разрядов в газах

Ток в газе может протекать в разных режимах:

1. Несамостоятельный разряд

• Требуется внешнее ионизирующее воздействие (например, радиоактивное излучение или ультрафиолет).

• Пример: разряд в газоразрядном приборе при слабом токе.

2. Самостоятельный разряд

• Газ сам ионизируется под действием электрического поля.

• Пример: искровой разряд, дуговой разряд, свечи молнии.

3. Тлеющий разряд

• Ток малый, свет слабый.

• Применяется в неоновых лампах и индикаторах.

4. Дуговой разряд

• Ток большой, свет яркий, температура высокая.

• Используется в сварочных аппаратах и дуговых лампах.

4. Закон Ома для газов

В газах закон Ома выполняется только в ограниченных условиях:

• При малых токах и постоянной температуре и концентрации ионов.

​

Но при больших напряжениях ток растёт нелинейно из-за ионизации и возникновения разрядов.

5. Наглядная схема тока в газах

На схеме показано:

• катод и анод;

• движение электронов и ионов;

• направление условного тока;

• образование свечения в газе.

6. Применение тока в газах

• Газоразрядные лампы — лампы накаливания, неоновые вывески, плазменные лампы.

• Индикаторы и датчики — счётчики газа, газоразрядные приборы.

• Сварка и дуговые процессы — дуговой разряд используется для нагрева металлов.

• Физические эксперименты — изучение плазмы, разрядов и электрических свойств газов.

7. Факторы, влияющие на ток в газах

• Напряжение между электродами — чем больше, тем выше ток и вероятность разряда.

• Давление газа — разряд легче возникает при низком давлении.

• Тип газа — разные газы ионизируются по-разному.

• Температура — при нагреве ток увеличивается из-за большей подвижности ионов.

8. Вопросы для самопроверки

1. Почему газ обычно не проводит ток?

2. Какие частицы переносят заряд в газе?

3. Какие способы ионизации газа вы знаете?

4. В чем разница между несамостоятельным и самостоятельным разрядом?

5. Что такое тлеющий и дуговой разряд?

6. Почему закон Ома выполняется в газах только при малых токах?

7. Приведите примеры применения электрического тока в газах.