70. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ
Электрический разряд в газе. Возьмем электрометр с присоединенными к нему дисками плоского конденсатора и зарядим его (рис. 167). При комнатной температуре, если воздух достаточно сухой, конденсатор заметно не разряжается. Это показывает,
Рис. 167
Рис. 168
что электрический ток в воздухе, вызываемый разностью потенциалов между дисками, очень мал. Следовательно, электрическая проводимость воздуха при комнатной температуре очень мала. Воздух можно считать диэлектриком.
Нагреем воздух между дисками горящей спичкой (рис. 168). Заметим, что стрелка электрометра быстро приближается к нулю, — значит, конденсатор разряжается. Следовательно, нагретый газ является проводником и в нем устанавливается ток.
Процесс протекания тока через газ называют газовым разрядом.
Ионизация газов. Мы видели, что при комнатной температуре воздух очень плохой проводник. При нагревании проводимость воздуха возрастает. Увеличение проводимости воздуха можно вызвать и иными способами, например действием различных излучений: ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др.
При обычных условиях газы почти полностью состоят из нейтральных атомов или молекул и, следовательно, являются диэлектриками. Вследствие нагревания или воздействия излучения часть атомов ионизируется — распадается на положительно заряженные ионы и электроны (рис. 169). В газе могут образовываться и отрицательные ионы: они появляются благодаря присоединению электронов к нейтральным атомам.
Ионизация газов при нагревании объясняется тем, что по мере нагревания молекулы движутся быстрее. При этом некоторые молекулы начинают двигаться так быстро, что часть из них при столкновениях распадается, превращаясь в ионы. Чем выше температура, тем больше образуется ионов.
Проводимость газов. Механизм проводимости газов похож на механизм проводимости растворов и расплавов электролитов. Разница состоит в том, что отрицательный заряд переносится в основном не отрицательными ионами, как в водных растворах или расплавах электролитов, а электронами, хотя проводимость за счет отрицательных ионов также может играть определенную роль. Таким образом, в газах сочетается электронная
Рис. 169
Рис. 170
проводимость, подобная проводимости металлов, с ионной проводимостью, подобной проводимости водных растворов или расплавов электролитов. Существенно еще одно различие. В растборах электролитов образование ионов происходит вследствие ослабления внутримолекулярных связей ионов в молекулах под действием молекул растворителя (молекул воды). В газах образование ионов происходит либо при нагревании, либо за счет действия внешних ионизаторов, например излучений.
Рекомбинация. Если ионизатор перестанет действовать, то можно заметить, что заряженный электрометр снова будет сохранять заряд. Это показывает, что после прекращения действия ионизатора газ перестает быть проводником. Ток прекращается после того, как все ионы и электроны достигнут электродов.
Кроме того, при сближении электрона и положительно заряженного иона они могут вновь образовать нейтральный атом. Схематически это изображено на рисунке 170. Такой процесс называют рекомбинацией заряженных частиц.
В отсутствие внешнего поля заряженные частицы исчезают только вследствие рекомбинации и газ становится диэлектриком. Если действие ионизатора неизменно, то устанавливается динамическое равновесие, при котором число вновь образующихся пар заряженных частиц равно среднему числу пар, исчезающих вследствие рекомбинации.
