§ 78. Природа тока в газах

Металлы, электролиты являются проводниками электрического тока. Проводят ли его газы? Выясним это на опытах.

Составим электрическую цепь из зеркального гальванометра А, двух металлических пластин В и В₁ и подключим ее к источнику постоянного тока (рис. 110, а). В цепи тока нет (световой луч стоит на нуле шкалы). Она разорвана между пластинками, де находится воздух. Значит, газы (воздух) при комнатной температуре, нормальном давлении и небольшой влажности электрический ток не проводят, так как в них очень мало свободных заряженных частиц. При размыкании электрической цепи между контактами выключателей оказывается воздух, который изолирует контакты между собой; передача электрической энергии но проводам без изоляции возможна только благодаря изолирующим свойствам воздуха.

Рис 110. Прохождение тока через газ и обнаружение в пламени свободных заряженных частиц

Поместим между пластинками спиртовку и зажжем ее. Образуется пламя - горящие газы. Световой луч начинает перемещаться по шкале. Это указывает на то, что в цепи, в состав которой входит и участок из газа, течет электрический ток. Если брать спиртовку, он прекратится. Газы пламени в отличие от воздуха проводят электрический ток. Если воздух (газ) между пластинками облучить рентгеновскими лучами или. лучами радиоактивного вещества, или осветить ультрафиолетовыми лучами то он станет проводником тока.

Электрический ток есть поток свободных заряженных частиц. Какие частицы образуют ток в газе? В газе пламени вследствие химических реакций от его атомов и молекул отрываются электроны и в большом количестве образуются свободные заряженные частицы: свободные электроны и положительные ионы В этом нас убеждает раздвоение пламени, помещенного в электрическое поле, на две струи (рис. 110, б). При облучения газа вышеуказанными лучами также образуются свободные электроны и положительные ионы. Те и другие находятся в тепловом движении. Отщепление электронов от атомов или молекул газов, приводящее к образованию положительных ионов и свободных электронов в газе, называется ионизацией газа, а причины, ее вызывающие,- ионизаторами.

Тот факт, что одноатомные газы (гелий, неон, пары ртути) ионизируются, подтверждает то, что при ионизации газов происходит отрыв электронов от атома.

С помощью масс-спектрографа определяют, сколько электронов при ионизации потерял атом, молекула, Примером ионизированного газа в природе является ионосфера. Отрыв электрона от атома, молекул требует затраты энергии. Работа, совершаемая ионизатором для отрыва электрона из атома или молекулы, называется работой ионизации. Ее величина зависит от газа и энергетического состояния вырываемого электрона.

В большинстве газов, кроме инертных, часть свободных электронов, присоединяясь к атомам и молекулам, образует отрицательные ионы. Значит, в ионизированном газе в свободном состоянии имеются электроны, положительные ионы и очень мало отрицательных ионов. Однако большая часть, молекул газа остается нейтральной даже при сильном ионизаторе. Одновременно с ионизацией в газах протекает и обратный процесс - (присоединение электронов к положительным ионам. Этот процесс называется рекомбинацией. Чем медленнее движутся ионы к свободные электроны, тем больше вероятность их рекомбинации. Она протекает без воздействия внешних факторов, поэтому, когда действие ионизатора прекращается, свободные заряженные частицы вследствие рекомбинации исчезают и газ становится диэлектриком. Если действие ионизатора неизменно, то между процессами ионизации и рекомбинации устанавливается динамическое равновесие.

Если в ионизированном газе действует электрическое поле, как это было в нашем опыте, то ионы и свободные электроны приходят в направленное движение, образуя электрический ток. Электрический ток в газах - это встречный поток положительных ионов и свободных электронов. Проводимость газа одновременно и электронная, и ионная. Прохождение тока через газы называется разрядом в газе. Ионы газа, подойдя к электродам, нейтрализуются и уходят обратно в газ в виде нейтральных молекул. Несмотря на то, что в его проводимости, как и в проводимости электролитов, участвуют ионы, ток в газах не связан с химическими превращениями. Этим ток в газах отличается от тока в электролитах.