Электрический ток в газах Разряды и виды разрядов в газах

Прохождение электрического тока через газ называется разрядом.
Разряд, существующий при действии внешнего ионизатора, - несамостоятельный.
Если действие внешнего ионизатора продолжается, то через определенное время в газе устанавливается внутренняя ионизация (ионизация электронным ударом) и разряд становится самостоятельным.

Газы в нормальном состоянии являются диэлектриками, так как состоят из электрически нейтральных атомов и молекул и поэтому не проводят электричества.
Электрический ток в газах
Электрический ток в газах

При этом возможны два случая:
либо эти заряженные частицы создаются действием какого-нибудь внешнего фактора или вводятся в газ извне – несамостоятельная проводимость,
либо они создаются в газе действием самого электрического поля, существующего между электродами – самостоятельная проводимость.
Для того, чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда – заряженные частицы.

Электронный удар
Термическая ионизация
Фотоионизация
Радиоактивность
Проводниками могут быть только ионизированные газы, в которых содержатся электроны, положительные и отрицательные ионы.
Ионизацией называется процесс отделения электронов от атомов и молекул. Ионизация возникает под действием высоких температур и различных излучений (рентгеновских, радиоактивных, ультрафиолетовых, космических лучей), вследствие столкновения быстрых частиц или атомов с атомами и молекулами газов. Образовавшиеся электроны и ионы делают газ проводником электричества.
Процессы ионизации:
Электрический ток в газах

В зависимости от процессов образования ионов в разряде при различных давлениях газа и напряжениях, приложенных к электродам, различают несколько типов самостоятельных разрядов:
тлеющий
искровой
коронный
дуговой
Типы самостоятельных разрядов
Электрический ток в газах

Тлеющий разряд
Электрический ток в газах
Тлеющий разряд возникает, если давление газа низкое (от сотых долей до нескольких мм.рт.ст.) и напряжение на электродах порядка нескольких сотен вольт. Он представляет собой слабое свечение газа, заметное только в тёмном помещении или в тёмное время суток.

Тлеющий разряд
Его можно наблюдать в стеклянной трубке с впаянными у концов плоскими металлическими электродами.
Вблизи катода располагается тонкий светящийся слой, называемый катодной светящейся пленкой
Электрический ток в газах

Тлеющий разряд
Электрический ток в газах
применяется в светящихся трубках рекламы, заполненных неоном, аргоном, в лампах дневного света. Важнейшее современное применение тлеющий разряд получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света – газовых лазерах.

Искровой разряд
возникает в газе обычно при давлениях порядка атмосферного Рат.
Электрический ток в газах

Если после получения искрового разряда от мощного источника постепенно уменьшать расстояние между электродами, то разряд из прерывистого становится непрерывным возникает новая форма газового разряда, называемая дуговым разрядом.
Рат
U=50-100 В
I = 100 А
Дуговой разряд
Электрический ток в газах

Электрическая дуга (дуговой разряд)
В 1802 году русский физик В.В. Петров (1761-1834) установил, что если присоединить к полюсам большой электрической батареи два кусочка древесного угля и, приведя угли в соприкосновение, слегка их раздвинуть, то между концами углей образуется яркое пламя, а сами концы углей раскалятся добела, испуская ослепительный свет.

Дуговой разряд применяется для сварки металлических деталей, для выплавки сталей и сплавов. При этом лицо сварщика или рабочего сталелитейного производства должно быть закрыто толстым тёмным стеклом, чтобы ультрафиолетовое излучение, испускаемое дугой, не повредило глаза и кожу. В мировой промышленности около 90% инструментальной стали выплавляется именно в дуговых электропечах.

Коронный разряд
Коронный разряд возникает, если давление газа близко к атмосферному, и есть сильное неоднородное электрическое поле. Оно существует вблизи заострённых частей проводников, подключенных к высоковольтным источникам тока, а также находящихся во влажном атмосферном воздухе во время грозы. На фотографии показан коронный разряд вокруг листа растения, находящегося в высокочастотном электромагнитном поле.
Электрический ток в газах

Коронный разряд
Коронный разряд сопровождается слабым свечением и небольшим шумом. Такое свечение иногда появляется на концах корабельных мачт, и известно как «огни святого Эльма». Особенно нежелательно возникновение этого разряда вокруг проводов высоковольтных ЛЭП, так как он приводит к потерям электрической энергии. Для предотвращения этого применяют расщепление проводов ЛЭП (на 2, 3, 5, 8 параллельно идущих проводов, разнесённых друг от друга на 40-50 см и удерживаемых изоляционными распорками).
Электрический ток в газах

В некоторых случаях коронный разряд с громоотвода бывает настолько сильным, что у острия возникает явно видимое свечение. Такое свечение иногда появляется и возле других заостренных предметов, например, на концах корабельных мачт, острых верхушек деревьев, и т.д. Это явление было замечено еще несколько веков тому назад и вызывало суеверный ужас мореплавателей, не понимавших истинной его сущности «Огни святого Эльма»
Электрический ток в газах