59. Электропроводность газов.

Электропроводность газов обусловлена наличием в них некоторого количества заряженных частиц. Происхождение носителей заряда в газах объясняется различными факторами: радиоактивным излучением Земли, радиацией, проникающей из космического пространства, излучением Солнца. При этом в газ попадают частицы с большой энергией, которая превышает энергию ионизации молекул или атомов. От столкновения с такими частицами происходит ионизация определенного числа молекул. Например, в 1 см³ воздуха при нормальных условиях под действием внешних ионизирующих факторов за секунду образуется от трех до пяти пар частиц с зарядами противоположных знаков. Заряженные ионы, также как и окружающие их, не имеющие электрического заряда молекулы, совершают беспорядочные тепловые движения, и вследствие диффузии происходит выравнивание концентрации ионов в газе. При встрече положительных и отрицательных ионов происходит их рекомбинация. Наличие рекомбинации препятствует безграничному росту числа ионов в газе и объясняет установление определенной концентрации ионов спустя короткое время после начала действия внешнего ионизатора.

Предположим, что ионизованный газ находится между двумя плоскими параллельными электродами, к которым приложено электрическое напряженно. Ионы под влиянием напряжения перемещаются, и в цепи возникает ток (рис. 33).

Начальный участок кривой до напряжения U_Н соответствует выполнению закона Ома, когда число положительных и отрицательных ионов n можно считать независящими от напряжения. В газовом промежутке ток пропорционален напряжению, плотность тока пропорциональна напряженности поля.

J = n·q·(₊ + _–)·E (5.0)

По мере возрастания приложенного напряжения ионы уносятся к электродам, не успевая рекомбинировать, и при некотором напряжении все ионы, создаваемые в газовом промежутке, будут уходить на электроды, не рекомбинируя. Так как число ионов в газе при малых полях ограничено и не зависит от напряжения, то дальнейшее повышение напряжения не вызывает увеличения тока, ток достиг насыщения. Ток насыщения для воздуха в нормальных условиях и расстоянии между электродами I_CM наблюдается при напряженностях поля примерно 0,6 В/м. Плотность тока насыщения воздуха равна 10^-15 А/м². J_Н в газах примерно 10^-16 – 10^-14 А/м².

J_Н = q·n·h, (5.0)

где n – мощность внешнего ионизатора (число актов 1 ионизации в 1м^-1 за 1 секунду), h – расстояние между электродами.

При дальнейшем повышении напряженности до значений, близких к Е_КР, возникает ударная ионизация электронами и ток резко возрастает. Плотность тока равняется

J = q·n₀·ехр(h). (5.0)

где n₀ – концентрация свободных электронов около катода,

 - коэффициент ударной ионизации.

Ударная ионизация в воздухе в нормальных условиях возникает при Е = (10⁵-10⁶) В/м., т.е. в полях, близких к пробивным. В предпробивных полях создаются условия для возникновения «лавин» и ток очень резко возрастает, пока при Е = Е_ПР не наступает пробой газа.