Учебное пособие: Емісія електронів. Електричний струм в газах

Газ буде провідним, якщо створити в ньому вільні носії зарядів, а для цього треба частину його атомів та молекул іонізувати.

Іонізація газу – це процес розщеплення атома, чи молекули на електрон і позитивний іон.

Газ може бути іонізованим під впливом ультрафіолетових, рентгенівських, радіоактивних променів, видимого світла, при нагріванні тощо.

Рис. 1

Якщо відірваний від атома електрон приєднається до нейтрального атома чи молекули то утворюється негативний іон.

Рис.2

Отже в газі можуть бути електрони, позитивні та негативні іони.

Оскільки атоми або молекули є стійкими системами заряджених частинок, то для їхньої іонізації треба виконати роботу проти сил взаємодії між електроном, що виривається, та іншими частинками атома або молекули.

Робота, яку необхідно виконати, щоб відірвати електрон від атома (молекули) називається роботою іонізації – Аі (аналогічна роботі виходу електрону).

,

де - потенціал іонізації атома (молекули).

Робота іонізації залежить від хімічної природи газу і стану електрона, який виривається. Найменша робота іонізації для валентних електронів. На практиці робота іонізації вимірюється в еВ. (В СІ – Дж).

При сталій дії іонізатора на газ концентрація зарядів в газі збільшується, тому збільшується й ймовірність зустрічі різнойменних зарядів і їх нейтралізація.

Процес нейтралізації двох різнойменних іонів, або позитивного іона та електрона при їх зіткненні називається рекомбінацією. Причому при рекомбінації надлишкова енергія виділяється, здебільшого, в вигляді кванта світла, тобто процес рекомбінації може супроводжуватись світінням газу.

Рис. 3

Таким чином, при дії іонізатора на газ в закритій посудині буде відбуватись іонізація та рекомбінація і при цьому настане динамічна рівновага: кількість пар зарядів, що виникають під дією іонізатора буде дорівнювати кількості рекомбінуючих пар зарядів. Такий рівноважний стан характеризується певною концентрацією зарядів n. Наприклад: в атмосфері Землі під впливом радіоактивного випромінювання Землі та космічних променів . Отже, при наявності зарядів в газі, газ може проводити електричний струм.

Процес проходження електричного струму через газ називається газовим розрядом.

Досліди показують, що характер газового розряду залежить від багатьох факторів: хімічної природи, тиску, температури газу; геометрії і температури електродів, напруги, тощо.

Газовий розряд може мати різноманітні форму і супроводжуватися світінням та звуковими ефектами.

По способу одержання вільних зарядів розрізняють два види електричних розрядів:

несамостійний розряд.

самостійний розряд.

НЕСАМОСТІЙНИЙ ТА САМОСТІЙНИЙ РОЗРЯДИ ТА ЇХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Несамостійним розрядом називають такий розряд для виникнення і підтримання якого крім електричного поля необхідний зовнішній іонізатор. Такий розряд не супроводжується світінням газу і якщо іонізатор припиняє свою дію, то припиняється і газовий розряд.

Провідність газів можна вивчити за допомогою установки, схема якої приведена на рис. 1.