Электрический ток

1. Электрический  разряд в газах

В естественном состоянии  газ диэлектрик. В обычных условиях в газе почти нет свободных  носителей заряда, движение которых  могло бы создать электрический  ток.

Для того чтобы газ стал поводящим , необходимо создать в нем свободные заряженные частицы, т.е. превратить нейтральные молекулы (или атомы) в ионы.

Процесс протекания тока через  газы называется электрическим разрядом в газах

2. Ионизация газа. Несамостоятельный разряд.

При появлении электрического тока происходит ионизация газа.

 Распад молекул газа  на электроны и положительные  ионы называется ионизацией газа.

Нейтральные атомы или  молекулы газа могут ионизоваться, т.е. приобретать электрический заряд, под воздействием  ряда факторов. Факторы, вызывающие ионизацию газа, называются ионизаторами

Таким образом электрический  ток в газах- это направленное движение положительных ионов и свободных электронов.

Прохождение электрического тока через газы при постоянном воздействии  на газ внешнего ионизатора представляет собой несамостоятельный разряд.

При изменении напряжения между электродами, сила тока через  газ возрастает не пропорционально  напряжению и рост тока замедляется. При достижении определенного напряжения рост тока вообще прекращается и при  дальнейшем изменении напряжения, ток  остается постоянным, не зависящим от напряжения.

Такой ток называют током насыщения.

Разряд, происходящий  без  внешнего ионизатора называется самостоятельным

3. Различные   типы самостоятельных разрядов, условия возникновения

С ростом напряжения между  электродами увеличивается и  кинетическая энергия носителей  тока в газе. При достаточно высоком  напряжении эта энергия становится настолько большой, что в момент столкновения движущегося электрона  с нейтральной молекулой газа в результате удара она может  потерять свой электрон и превратиться в положительный ион. Это явление  называют ударной ионизацией.

Как положительные ионы так и электроны движутся в поле с одинаковой напряженностью, но длина свободного пробега электрона во много больше длины свободного пробега положительного иона. Следовательно основную роль в ударной ионизации играют свободные электроны.

Чтобы  в газе возник самостоятельный  разряд недостаточно наличие  одного лишь процесса ударной ионизации. Нужно  еще, чтобы за счет процессов происходящих в газе при разрядке, непрерывно возникали электроны, которые после  ускорения принимали  бы участие  в ударной ионизации. Таких процессов  может оказаться несколько.

 Иногда они действуют  одновременно, иногда один из  них играет доминирующую роль  – это зависит от давления  газа, его температуры и напряженности  поля.

Вторичная электронная эмиссия  с катода возникает в том случае, если кинетическая энергия положительных  ионов оказывается достаточной, чтобы ударом выбить из катода электроны. Этот процесс обеспечивает тлеющий разряд

Тлеющий   разряд

Для получения тлеющего разряда  удобно использовать стеклянную трубку длины  около полуметра, содержащую два металлических электрода

Самостоятельный разряд , возникающий в газе при пониженном давлении , называют тлеющим

При данном разряде газ  хорошо проводит электричество, значит в газе все время поддерживается сильная ионизация.

Причина ионизации является ударная ионизация и выбивание  электронов из катода положительными ионами.

Дуговой   разряд

Электрическая дуга может  возникнуть не только между угольными , но и между металлическими электродами. Дуговой разряд возникает во всех случаях, когда вследствие разогрева катода основной причиной ионизации становится термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия  с катода (вырывание электронов с  поверхности металла под действием  температуры) возникает в том  случае, если катод имеет высокую  температуру.

Именно этот процесс обеспечивает дуговой разряд

 

Коронный  разряд

Возникновение ионной лавины не всегда приводит к искре, а может вызвать и разряд другого  типа – коронный разряд.

Коронный разряд представляет собой слабый ток через газ при атмосферном давлении, возникающий под действием неоднородного электрического поля, высокой напряженности. Коронный  разряд сопровождается слабым свечением газа и тихим шумом.

При повышенном напряжении коронный заряд на острие имеет вид светящейся кисти — системы тонких светящихся линий, которые выходят из острия, имеют изгибы и изломы, изменяющиеся с течением времени. Такая разновидность  коронного разряда называется кистевым разрядом.

Искровой   разряд

При искровом разряде необходимо создать достаточно сильное поле, чтобы электроны и ионы на длине свободного пробега успевали  набрать энергию, необходимую для ионизации нейтральных атомов. Например, чтобы возник самостоятельный разряд при нормальном атмосферном давлении, надо создать напряжение 30 000 В на каждый сантиметр длины силовой линии. Если расстояние между электродами ключа очень мало, искра возникает при напряжениях в несколько вольт или даже долях вольта.

5.  Техническое применение

Тлеющий разряд применяется  в газоразрядных трубках, неоновых лампах, цифровых индикаторах, лампах дневного света.

Дуговой разряд применяется  в ртутных лампах высокого давления, при сварке металлов, в электроплавильных  печать.

Искровой разряд, длится тысячные доли секунды при высоком напряжении и применяется при обработке металлов.

Коронный разряд применяется  в электрофильтрах для очистке газов от твердых частиц. Отрицательно то, что данный разряд вызывает утечку энергии на высоковольтных линиях