Вопрос 23. Электрический разряд в газах: ионизация, вольт- амперная характеристика, виды газового разряда. Плазма

Газы при нормaльных условиях представляют собой хорошие изоляторы, т.к. состоят из нейтральных атомов и молекул. Свойства проводников они приобретают, если нек-рая часть молекул газов ионизуется, т.е. происходит расщепление частиц газов на ионы и свободные эл-ны. Для этого «разрыва» необходима определённая энергия, к-рую именуют энергией ионизации; её величины лежат в пределах 4…25 eV. Ионы возникают за счет действия высоких температур, рентгеновского и УФ – излучения, столкновений молекул газа с высокоэнергетичными частицами. После прекращения действия ионизатора положительные и отрицательные ионы соединяются ¾ заряды тем самым нейтрализуются.

Схема наблюдения ЭТ через газ в эксперименте обычно включает два плоских электрода, между к-рыми за счёт источника ЭДС м-т устанавливаться регулируемая разность потенциалов. Зависимость тока через газ от нарастающего напряжения U выражается вольт-амперной характеристикой (ВАХ ). При относит-но слабых электрич. полях связь плотности тока с напряжённостью в газе также подчиняется закону Ома:  (  заряд иона,  их концентрация,  коэффициенты подвижности. При более высоких величинах напряжённости поля  расстояние между электродами) характерно насыщение тока, затем следует область самостоятельного разряда, где сила тока с увеличением разности потенциалов вновь нарастает. Это явление в процессе ЭТ ч/з газ называют самостоятельным разрядом (СР) в связи с тем, что ионизация газа и ток носителей заряда тогда способны продолжаться уже в условиях прекращения действия ионизатора. Ионизация на этом этапе объясняется тем, что носители ЭЗ набирают энергию вблизи электродов и «разгоняются» в ЭП, при соударениях ионизуя молекулы газа.

Различают 4 вида СР.

1. Тлеющий газовый разряд – СР при низком давлении, в к-ром катод испускает электроны вследствие ударов по нему положит. ионов, разогнанных электрич. полем, и фотонов. Эмитировавшие электроны и образуют далее проводимость в газе.

2. Искровой разряд наблюдается обычно в газах при давлении выше атмосферного ¾ здесь характерны искровые каналы.

3. Коронный разряд возникает при сравнит-но высоких давлениях окружающего газа (порядка атмосферного) в сильно неоднородном электрич. поле. Поверхность одного из электродов д-на обладать высокой кривизной. Коронным разрядом объясняется известное в природе явление ¾ т.н. огни святого Эльма.

4. Дуговой разряд протекает при изменении расстояния между электродами. Ток при сближении электродов достигает десятков и сотен ампер, а напряжение на искровом промежутке снижается до неск-ких десятков вольт. Факел разряда имеет высокую температуру, поэтому разряд используют в устройствах электросварки.

За участком СР (на ВАХ - значения U бóльшие, чем в области (3)) происходит электрич. пробой в газовой среде, к-рый сопровождается лавинным (т.е., особо интенсивным) ходом ионизации газа, приводящим к образованию плазмы. Плазмой называют ионизованный квазинейтральный газ, занимающий объём, достаточный для того, чтобы в нем не происходило сколько-нибудь заметного нарушения квазинейтральности из-за тепловых флуктуаций. Квазинейтральность плазмы означает, что количество положит. и отрицат. ЭЗ в подобном сильно ионизованном газе почти одинаковы. Ионосфера над земной поверхностью – слабо ионизованная плазма. Плазмой образованы Солнце и звёзды. У поверхности Земли плазма в природе возникает в канале молнии.