Le processus de transmission du courrier électronique. courant traversant un gaz appelé décharge de gaz.

Il existe 2 types de décharges : indépendantes et non indépendantes.

Si la conductivité électrique du gaz est créée. externe ioniseurs, puis el. le courant qu'il contient s'appelle. pas soi décharge de gaz. V

Considérer e-mail diagramme, comp. à partir d'un condensateur, d'un galvanomètre, d'un voltmètre et d'une source de courant.

Entre les plaques d'un condensateur plat, il y a de l'air à pression atmosphérique et la salle t. Si U égal à plusieurs centaines de volts est appliqué au condensateur et que l'ioniseur ne fonctionne pas, le galvanomètre n'enregistre cependant pas le courant dès que l'espace entre les plaques commence à s'infiltrer. flux de rayons UV, le galvanomètre commencera à enregistrer. actuel. Si la source de courant est éteinte, le flux de courant à travers le circuit s'arrêtera ; ce courant représente une décharge non auto-entretenue.

j = γ*E – Loi d’Ohm pour el. courant dans les gaz.

Avec un courant électrique suffisamment puissant champ dans le gaz, le processus d'auto-ionisation commence, grâce auquel le courant peut exister en l'absence d'un ioniseur externe. Ce type de courant est appelé décharge gazeuse auto-entretenue. Les processus d'auto-ionisation en termes généraux sont les suivants. Au naturel conventionnel Il y a toujours une petite quantité d’électrons et d’ions libres dans un gaz. Ils sont créés par de telles natures. ioniseurs, comme les cosmiques. rayons, rayonnement substances radioactives, soude dans le sol et l'eau. Électricité assez forte. le champ peut accélérer ces particules à des vitesses telles que leur énergie cinétique dépasse l'énergie d'ionisation lorsque les électrons et les ions entrent en collision avec les neutres sur le chemin des électrodes. les molécules vont ioniser ces molécules. Arr. lors d'une collision, de nouveaux électrons et ions secondaires sont également dispersés. champ et à son tour ioniser de nouveaux neutrons. molécules. L'auto-ionisation décrite des gaz est appelée polarisation d'impact. Les électrons libres provoquent une ionisation par impact déjà à E = 10 3 V/m. Les ions ne peuvent provoquer une ionisation par impact qu'à E = 10 5 V/m. Cette différence est due à plusieurs raisons, notamment au fait que le libre parcours moyen des électrons est beaucoup plus long que celui des ions. Par conséquent, les ions acquièrent l’énergie nécessaire à l’ionisation par impact avec une intensité de champ inférieure à celle des ions. Cependant, même avec des champs « + » pas trop forts, les ions jouent un rôle important dans l'auto-ionisation. Le fait est que l'énergie de ces ions est d'env. suffisant pour éliminer les électrons des métaux. Par conséquent, les ions accélérés par le champ « + », frappant la cathode métallique de la source de champ, éliminent les électrons de la cathode. Ces électrons assommés sont décomposés. Champ et produire une ionisation par impact des molécules. Les ions et les électrons, dont l'énergie est insuffisante pour l'ionisation par impact, peuvent néanmoins, lorsqu'ils entrent en collision avec des molécules, provoquer leur excitation. état, c'est-à-dire provoquer des changements d'énergie dans le système électrique. Coquilles neutres atomes et molécules. Exc. l'atome ou la molécule revient après un certain temps à son état normal et émet en même temps un photon. L'émission de photons se manifeste par la lueur des gaz. De plus, photon, absorption. n'importe quelle molécule de gaz peut l'ioniser, ce type d'ionisation est appelé ionisation des photons. Certains photons frappent la cathode, ils peuvent en faire sortir des électrons, ce qui provoque ensuite une ionisation par impact des neutrons. molécules.

À la suite de l'impact et de l'ionisation des photons et de l'élimination des électrons du code « + » par les photons, le nombre de photons et d'électrons dans tout le volume du gaz augmente fortement (comme une avalanche) et pour l'existence d'un courant dans le gaz, un ioniseur externe n'est pas nécessaire et la décharge devient indépendant. La caractéristique courant-tension d’une décharge gazeuse se présente comme suit.

Des décharges électriques auto-entretenues et non auto-entretenues se produisent dans divers environnements gazeux sous certaines conditions. En règle générale, une personne utilise une décharge indépendante. L'article caractérise ces phénomènes.

Qu'y a-t-il dans les gaz ?

Avant d’envisager une décharge gazeuse, indépendante et non autosuffisante, définissons ce phénomène. Par décharge, on entend l'apparition d'un courant électrique dans un gaz. Les milieux gazeux étant par nature isolants, cela signifie que le courant est dû à la présence de porteurs libres dans ceux-ci. charge électrique. En plus d'eux, un champ électrique doit également exister pour que les charges acquièrent un mouvement directionnel.

Un champ électrique peut être créé en appliquant une différence de potentiel externe à un volume de gaz (présence d'électrodes : cathode négative et anode positive).

Les processus suivants peuvent être sources de porteurs de charge :

• Ionisation thermique. Cela se produit en raison de la collision mécanique de particules de gaz à haute énergie (atomes, molécules) et de l'élimination d'électrons. Ce processus est activé lorsque la température augmente.
• Photoionisation. Son essence réside dans l'absorption d'un photon de haute énergie par un électron et sa séparation de l'atome.
• Émission d'électrons froids. Cela se produit en raison du bombardement de la surface de la cathode par des ions.
• Émission thermoionique. Ce processus est dû à l'évaporation des électrons de haute énergie de la cathode et à leur participation à l'ionisation ultérieure du plasma.

Les processus nommés sous-tendent la classification des types de décharges (indépendants et non indépendants).

Le concept d'indépendance de décharge

Considérons le cas d'un tube cathodique. Il s’agit d’un récipient scellé dans lequel se trouve du gaz sous une certaine pression. Aux extrémités de ce tube se trouvent des électrodes. Si une petite différence de potentiel leur est appliquée, aucun courant ne se produira pratiquement. Cela est dû au manque de porteurs de charge en nombre suffisant.

Si vous chauffez le gaz ou l'exposez à un rayonnement ultraviolet, le voltmètre détectera immédiatement l'apparition d'un courant. Ce exemple brillant catégorie non indépendante. On l'appelle ainsi parce que pour son existence, une source externe d'ionisation (rayonnement, température) est nécessaire. Dès que cette source est supprimée, les lectures du voltmètre redeviendront nulles.

Si, en l'absence sources externes l'ionisation augmente la tension entre les électrodes du tube, un courant va commencer à apparaître, qui va passer par plusieurs étapes (saturation, augmentation, diminution). Dans ce cas, on parle de décharge électrique indépendante. Il ne nécessite plus de sources externes : les porteurs de charge nécessaires sont générés au sein même du système. Les processus de leur formation restent les mêmes que pour une décharge non auto-entretenue. À haute tension et densité de courant élevée, une émission thermique d’électrons cathodiques est également ajoutée.

Caractéristiques courant-tension de la décharge

Il est pratique d'étudier les décharges de gaz auto-entretenues et non auto-entretenues si l'on utilise la dépendance de la tension sur le courant (ou vice versa), qui est généralement appelée caractéristique courant-tension. Il vous permet de juger non seulement de l'ampleur de la tension et du courant dans le système, mais également des processus électriques qui s'y déroulent.

Vous trouverez ci-dessous la caractéristique courant-tension, qui reflète toutes les principales phases du développement de la décharge.

Comme vous pouvez le voir, il y en a trois : sombre, couvant et arc. Plus loin dans l’article, nous décrirons ces phases plus en détail.

Décharge sombre

Il est décrit par l'intervalle AC. À mesure que la tension U augmente, le courant I augmente en raison d'une augmentation de la vitesse de déplacement des ions. Cependant, ces vitesses sont faibles, ce qui entraîne une décharge non auto-entretenue. Dans la région BC, il atteint la saturation et devient indépendant, puisque la vitesse des ions devient suffisante pour en expulser les électrons lors du bombardement de la cathode. Ces électrons conduisent à une ionisation supplémentaire du gaz.

La charge sombre a reçu ce nom parce que sa lueur est pratiquement nulle : faible concentration de plasma, faibles courants (10 -8 A), manque de recombinaison d'ions et d'électrons.

Décharge luminescente

Sur la caractéristique courant-tension, cela correspond à la zone entre les points C et F. Sur la figure, on peut voir que la tension change (diminue et augmente) et que le courant augmente constamment. Deux sous-zones sont intéressantes :

1. Points OE - décharge luminescente normale. La raison de l'augmentation actuelle est ici associée à une augmentation de la surface du plasma dans le gaz. C'est-à-dire qu'il s'agit d'abord de petits canaux étroits, puis, en raison de l'émission froide d'électrons, ils se dilatent jusqu'à atteindre tout le volume du tube. A partir de ce moment, il y a une transition vers la sous-zone suivante.
2. Points EF - décharge anormale. Le courant de cette autodécharge dans le gaz commence à augmenter en raison de l'émission d'électrons chauds. La température de la cathode augmente progressivement et elle commence à émettre des particules chargées négativement.

Toutes les lampes au néon et fluorescentes fonctionnent dans la région normale de décharge luminescente.

Décharges d'étincelles et d'arcs

Ces types de décharges spontanées couvrent la zone FG sur la figure. Les processus les plus complexes se déroulent ici.

Lorsque la tension entre les électrodes augmente jusqu'à une valeur maximale (point F) et que l'émission thermique d'électrons de la cathode est activée, des conditions favorables seront alors créées pour la formation d'une décharge d'étincelle instable. Il représente des pannes à court terme (microsecondes), qui ont une forme caractéristique en zigzag. Un exemple frappant dans la nature est la foudre dans l’atmosphère.

La décharge se produit à travers des canaux étroits appelés banderoles. Ce sont d’étroites lignes brisées de plasma hautement ionisé qui relient la surface de la cathode à l’anode. Leur intensité actuelle atteint des dizaines de milliers d'ampères.

La stabilisation de la charge d'étincelle conduit à la formation d'un arc stable (région du point G). Dans ce cas, tout le volume de gaz présent dans le tube est constitué de plasma hautement ionisé. La surface de la cathode chauffe jusqu'à 5 000-6 000 K et l'anode jusqu'à 3 000 K. Un échauffement aussi fort de la cathode conduit à la formation de ce que l'on appelle des « points chauds », qui deviennent source puissante les électrons thermoioniques sont à l'origine de l'usure érosive de cette électrode. La tension lors d'une décharge d'arc n'est pas élevée (plusieurs dizaines de volts), mais le courant peut atteindre 100 A ou plus. L'arc de soudage est un excellent exemple de ce type de décharge.

Ainsi, l'existence de décharges auto-entretenues et non auto-entretenues dans les gaz est due aux mécanismes d'ionisation et de formation de plasma avec l'augmentation de la tension et du courant dans le système.

TRAVAUX DE LABORATOIRE N°2.5

"Etude des décharges gazeuses à l'aide d'un thyratron"

But du travail: étudier les processus se produisant dans les gaz lors de décharges non auto-entretenues et auto-entretenues dans les gaz, étudier le principe de fonctionnement du thyratron, construire les caractéristiques courant-tension et de démarrage du thyratron.

PARTIE THÉORIQUE

Ionisation des gaz. Décharge de gaz non auto-entretenue et auto-entretenue

Les atomes et les molécules de gaz dans des conditions quotidiennes normales sont électriquement neutres, c'est-à-dire ne contiennent pas de porteurs de charge libres, ce qui signifie que, comme un espace vide, ils ne doivent pas conduire l'électricité. En réalité, les gaz contiennent toujours une certaine quantité d’électrons libres, d’ions positifs et négatifs et donc, bien que mal conducteurs, conduisent l’électricité. actuel.

Les porteurs de charge libres dans un gaz se forment généralement à la suite de l'éjection d'électrons d'un gaz. couche électronique atomes de gaz, c'est-à-dire par conséquent ionisation gaz L'ionisation des gaz est le résultat d'une influence énergétique externe : échauffement, bombardement de particules (électrons, ions...), irradiation électromagnétique (ultraviolets, rayons X, radioactifs...). Dans ce cas, le gaz situé entre les électrodes conduit le courant électrique, appelé décharge de gaz. Pouvoir facteur ionisant ( ioniseur) est le nombre de paires de porteurs de charge de charges opposées résultant de l'ionisation dans une unité de volume de gaz par unité de temps. Parallèlement au processus d'ionisation, il existe également un processus inverse : recombinaison: interaction de particules de charges opposées, à la suite de laquelle des atomes ou des molécules électriquement neutres apparaissent et sont émis ondes électromagnétiques. Si la conductivité électrique d'un gaz nécessite la présence d'un ioniseur externe, alors une telle décharge est appelée dépendant. Si le champ électrique appliqué (EF) est suffisamment grand, alors le nombre de porteurs de charge libres formés à la suite de l'ionisation par impact due au champ externe s'avère suffisant pour maintenir la décharge électrique. Une telle décharge ne nécessite pas d'ioniseur externe et est appelée indépendant.

Considérons la caractéristique courant-tension (CVC) d'une décharge gazeuse dans un gaz situé entre les électrodes (Fig. 1).

Dans une décharge gazeuse non autonome dans la région de faible EF (I), le nombre de charges formées à la suite de l'ionisation est égal au nombre de charges se recombinant les unes avec les autres. Grâce à cet équilibre dynamique, la concentration de porteurs de charges libres dans le gaz reste pratiquement constante et, par conséquent, La loi d'Ohm (1):

Où E- tension champ électrique; n- concentration; j- la densité actuelle.

Et ( ) – respectivement, la mobilité des porteurs de charges positives et négatives ;<υ > – vitesse de dérive du mouvement directionnel de la charge.

Dans la région de haute densité électronique (II), une saturation de courant dans le gaz (I) est observée, puisque tous les porteurs créés par l'ioniseur participent à une dérive dirigée, à la création de courant.

Avec une nouvelle augmentation du champ (III), les porteurs de charge (électrons et ions), se déplaçant à un rythme accéléré, ionisent les atomes neutres et les molécules de gaz ( ionisation par impact), à la suite de quoi des porteurs de charge supplémentaires sont formés et avalanche d'électrons(les électrons sont plus légers que les ions et sont considérablement accélérés dans le faisceau d'électrons) – la densité de courant augmente ( coup de pouce au gaz). Lorsque l'ioniseur externe est éteint en raison des processus de recombinaison, la décharge de gaz s'arrête.

À la suite de ces processus, des flux d'électrons, d'ions et de photons se forment, le nombre de particules augmente comme une avalanche et il y a une forte augmentation du courant sans pratiquement aucune augmentation de la densité électronique entre les électrodes. Se pose décharge de gaz indépendante. La transition d'une décharge de gaz insolvable à une décharge indépendante est appelée e-mail panne, et la tension entre les électrodes , Où d– la distance entre les électrodes est appelée tension de claquage.

Pour le courrier électronique rupture, il est nécessaire que les électrons le long de leur trajet aient le temps d'acquérir une énergie cinétique supérieure au potentiel d'ionisation des molécules de gaz, et d'autre part, que les ions positifs le long de leur trajet aient le temps d'acquérir une énergie cinétique supérieure au travail de sortie de le matériau cathodique. Puisque le libre parcours dépend de la configuration des électrodes, de la distance qui les sépare d et du nombre de particules par unité de volume (et donc de la pression), l'allumage d'une autodécharge peut être contrôlé en modifiant la distance entre les électrodes. électrodes d avec leur configuration inchangée, et en changeant la pression P.. Si le travail PD s'avère être la même, toutes choses égales par ailleurs, alors la nature de la panne observée devrait être la même. Cette conclusion s'est reflétée dans l'expérimentation loi e (1889) allemand. la physique F. Pashena(1865–1947):

La tension d'allumage d'une décharge gazeuse pour une valeur donnée du produit de la pression du gaz et de la distance entre les électrodes Pd est une valeur constante caractéristique d'un gaz donné .

Il existe plusieurs types d'autodécharge.

Décharge luminescente se produit à basse pression. Si une tension constante de plusieurs centaines de volts est appliquée à des électrodes soudées dans un tube de verre de 30 à 50 cm de long, pompant progressivement l'air hors du tube, alors à une pression de 5,3 à 6,7 kPa, une décharge apparaît sous la forme d'un lumineux, cordon rougeâtre sinueux venant de la cathode à l'anode. Avec une nouvelle diminution de la pression, le cordon s'épaissit et, à une pression ≥ 13 Pa, la décharge a la forme schématiquement représentée sur la Fig. 2.

Une fine couche lumineuse 1 est appliquée directement sur la cathode film cathodique , suivi de 2 – espace sombre de la cathode , qui se transforme ensuite en couche lumineuse 3 – lueur couvante , qui présente une limite nette du côté de la cathode, disparaissant progressivement du côté de l'anode. Les couches 1 à 3 forment la partie cathodique de la décharge luminescente. Derrière la lueur couvante vient Espace sombre de Faraday - 4. Le reste du tube est rempli de gaz lumineux - colonne positive - 5.

Le potentiel varie de manière inégale le long du tube (voir Fig. 2). Presque toute la chute de tension se produit dans les premières zones de la décharge, y compris l'espace sombre de la cathode.

Les principaux processus nécessaires au maintien de la décharge se produisent dans sa partie cathodique :

1) les ions positifs, accélérés par la chute de potentiel cathodique, bombardent la cathode et en expulsent les électrons ;

2) les électrons sont accélérés dans la partie cathodique et gagnent suffisamment d’énergie et ionisent les molécules de gaz. De nombreux électrons et ions positifs sont produits. Dans la région de la lueur couvante, une recombinaison intense d'électrons et d'ions se produit, de l'énergie est libérée, dont une partie est utilisée pour une ionisation supplémentaire. Les électrons pénétrant dans l'espace sombre de Faraday accumulent progressivement de l'énergie, de sorte que les conditions nécessaires à l'existence du plasma apparaissent (degré élevé d'ionisation des gaz). La colonne positive représente le plasma à décharge gazeuse. Il agit comme un conducteur reliant l’anode aux pièces cathodiques. La lueur de la colonne positive est principalement provoquée par les transitions des molécules excitées vers l’état fondamental. Les molécules de différents gaz émettent un rayonnement de différentes longueurs d'onde lors de ces transitions. Par conséquent, la lueur de la colonne a une couleur caractéristique de chaque gaz. Ceci est utilisé pour fabriquer des tubes lumineux. Les tubes au néon donnent une lueur rouge, les tubes à argon donnent une lueur vert bleuâtre.

Décharge d'arc observé à une pression artérielle normale et élevée. Dans ce cas, le courant atteint des dizaines et des centaines d'ampères et la tension aux bornes de l'intervalle de gaz chute à plusieurs dizaines de volts. Une telle décharge peut être obtenue à partir d'une source basse tension si les électrodes sont d'abord rapprochées jusqu'à ce qu'elles se touchent. Au point de contact, les électrodes deviennent très chaudes en raison de la chaleur Joule, et une fois éloignées les unes des autres, la cathode devient une source d'électrons en raison de l'émission thermoionique. Les principaux processus favorisant la décharge sont l'émission thermoionique de la cathode et l'ionisation thermique des molécules provoquée par la température élevée du gaz dans l'espace interélectrode. Presque tout l’espace interélectrode est rempli de plasma à haute température. Il sert de conducteur par lequel les électrons émis par la cathode atteignent l'anode. La température du plasma est d'environ 6 000 K. La température élevée de la cathode est maintenue en la bombardant d'ions positifs. À son tour, l'anode, sous l'influence des électrons rapides qui lui parviennent depuis l'espace gazeux, s'échauffe davantage et peut même fondre et une dépression se forme à sa surface - un cratère - l'endroit le plus brillant de l'arc. Arc électrique a été obtenu pour la première fois en 1802. Le physicien russe V. Petrov (1761-1834), qui a utilisé deux morceaux de charbon comme électrodes. Les électrodes de carbone chauffées au rouge dégageaient une lueur éblouissante, et entre elles une colonne lumineuse de gaz lumineux est apparue - un arc électrique. La décharge d'arc est utilisée comme source lumière brillante dans les projecteurs et les installations de projection, ainsi que pour la découpe et le soudage des métaux. Il y a une décharge d’arc cathodique froide. Les électrons apparaissent en raison de l'émission de champ de la cathode ; la température du gaz est basse. L'ionisation des molécules se produit en raison des impacts électroniques. Un plasma de décharge gazeuse apparaît entre la cathode et l'anode.

Décharge d'étincelles se produit entre deux électrodes avec une tension EF élevée entre elles . Une étincelle jaillit entre les électrodes, ressemblant à un canal brillamment brillant, reliant les deux électrodes. Le gaz à proximité de l'étincelle chauffe jusqu'à une température élevée, une différence de pression se produit, ce qui conduit à les ondes sonores, crépitement caractéristique.

L'apparition d'une étincelle est précédée de la formation d'avalanches d'électrons dans le gaz. Le fondateur de chaque avalanche est un électron qui accélère dans un puissant faisceau d'électrons et produit une ionisation des molécules. Les électrons résultants, à leur tour, accélèrent et produisent l'ionisation suivante, une augmentation en avalanche du nombre d'électrons se produit - avalanche.

Les ions positifs qui en résultent ne jouent pas un rôle significatif, car ils sont inactifs. Les avalanches d'électrons se croisent et un canal conducteur se forme banderole, le long duquel les électrons circulent de la cathode à l'anode - se produit panne.

La foudre est un exemple de décharge d’étincelle puissante. Différentes parties d'un nuage d'orage portent des charges de signes différents ("–" fait face à la Terre). Par conséquent, si les nuages ​​​​se réunissent avec des parties de charges opposées, une étincelle se produit entre eux. La différence de potentiel entre le nuage chargé et la Terre est de ~10,8 V.

Une décharge par étincelle est utilisée pour déclencher des explosions et des processus de combustion (bougies dans les moteurs à combustion interne), pour enregistrer des particules chargées dans des compteurs d'étincelles, pour traiter des surfaces métalliques, etc.

Décharge coronarienne se produit entre des électrodes qui ont des courbures différentes (l'une des électrodes est un fil fin ou une pointe). Lors d'une décharge corona, l'ionisation et l'excitation des molécules ne se produisent pas dans tout l'espace interélectrodes, mais près de la pointe, où l'intensité est élevée et dépasse E panne. Dans cette partie, le gaz brille ; la lueur a l'apparence d'une couronne entourant l'électrode.

Le plasma et ses propriétés

Plasma est un gaz hautement ionisé dans lequel la concentration de charges positives et négatives est presque la même. Distinguer plasma à haute température , qui se produit à des températures ultra-élevées, et plasma à décharge gazeuse , qui se produit lors d'une décharge de gaz.

Le plasma a les propriétés suivantes :

Haut degré l'ionisation, à la limite – ionisation complète (tous les électrons sont séparés des noyaux) ;

La concentration de particules positives et négatives dans le plasma est presque la même ;

conductivité électrique élevée;

Briller;

Forte interaction avec l'électricité et champs magnétiques;

Vibrations des électrons dans le plasma à haute fréquence (>10,8 Hz), provoquant une vibration générale du plasma ;

Interaction simultanée d'un grand nombre de particules.

Le courant électrique est un flux provoqué par le mouvement ordonné de particules chargées électriquement. Le mouvement des charges est considéré comme la direction du courant électrique. Électricité peut être à court et à long terme.

Notion de courant électrique

Lors d'une décharge de foudre, un courant électrique peut se produire, appelé à court terme. Et pour maintenir le courant pendant longtemps, la présence d'un champ électrique et de porteurs de charge électriques gratuits est nécessaire.

Un champ électrique est créé par des corps chargés différemment. L'intensité du courant est le rapport entre la charge transférée à travers la section transversale d'un conducteur sur un intervalle de temps et cet intervalle de temps. Elle se mesure en ampères.

Riz. 1. Formule actuelle

Courant électrique dans les gaz

Les molécules de gaz ne conduisent pas le courant électrique dans des conditions normales. Ce sont des isolants (diélectriques). Toutefois, si les conditions changent environnement, alors les gaz peuvent devenir conducteurs d’électricité. À la suite de l'ionisation (lorsqu'il est chauffé ou exposé à rayonnement radioactif) un courant électrique apparaît dans les gaz, qui est souvent remplacé par le terme « décharge électrique ».

Rejets de gaz auto-entretenus et non auto-entretenus

Les rejets dans le gaz peuvent être indépendants ou non auto-entretenus. Le courant commence à exister lorsque les charges gratuites apparaissent. Les décharges non auto-entretenues existent tant qu'une force externe agit sur elles, c'est-à-dire un ioniseur externe. Autrement dit, si l'ioniseur externe cesse de fonctionner, le courant s'arrête.

L'autodécharge du courant électrique dans les gaz existe même après l'arrêt de l'ioniseur externe. Les décharges indépendantes en physique sont divisées en calme, lueur, arc, étincelle, couronne.

• Calme – la plus faible des catégories indépendantes. L'intensité du courant y est très faible (pas plus de 1 mA). Elle ne s'accompagne pas de phénomènes sonores ou lumineux.
• Fumant – si vous augmentez la tension lors d’une décharge silencieuse, elle passe au niveau suivant – une décharge luminescente. Dans ce cas, une lueur apparaît, accompagnée d'une recombinaison. Recombinaison – processus d’ionisation inverse, rencontre d’un électron et d’un ion positif. Utilisé dans les lampes bactéricides et d'éclairage.

Riz. 2. Décharge luminescente

• Arc – l'intensité du courant varie de 10 A à 100 A. L'ionisation est proche de 100 %. Ce type de décharge se produit par exemple lors du fonctionnement d'une machine à souder.

Riz. 3. Décharge d'arc

• Étincelle – peut être considéré comme l’un des types de décharge en arc. Lors d'une telle décharge pendant très un bref délais une certaine quantité d’électricité circule.
• Décharge corona – l'ionisation des molécules se produit à proximité d'électrodes à petits rayons de courbure. Ce type de charge se produit lorsque l’intensité du champ électrique change soudainement.

Qu'avons-nous appris ?

Les atomes et les molécules d’un gaz eux-mêmes sont neutres. Ils se chargent lorsqu'ils sont exposés à l'extérieur. En bref, le courant électrique dans les gaz représente le mouvement dirigé des particules (ions positifs vers la cathode et ions négatifs vers l'anode). Il est également important que lorsqu’un gaz est ionisé, ses propriétés conductrices s’améliorent.

Test sur le sujet

Évaluation du rapport

Note moyenne: 4.1. Total des notes reçues : 436.

Les gaz sont de bons isolants à des températures pas trop élevées et à des pressions proches de la pression atmosphérique. Si vous placez un électromètre chargé dans de l'air atmosphérique sec, sa charge reste longtemps inchangée. Cela s'explique par le fait que les gaz dans des conditions normales sont constitués d'atomes et de molécules neutres et ne contiennent pas de charges libres (électrons et ions). Un gaz ne devient conducteur d’électricité que lorsque certaines de ses molécules sont ionisées. Pour s'ioniser, le gaz doit être exposé à une sorte d'ioniseur : par exemple, une décharge électrique, des rayons X, un rayonnement ou un rayonnement UV, la flamme d'une bougie, etc. (dans ce dernier cas, la conductivité électrique du gaz est due au chauffage).

Lors de l'ionisation des gaz, un ou plusieurs électrons sont retirés de la couche électronique externe d'un atome ou d'une molécule, ce qui conduit à la formation d'électrons libres et d'ions positifs. Les électrons peuvent s'attacher aux molécules et aux atomes neutres, les transformant en ions négatifs. Par conséquent, un gaz ionisé contient des ions chargés positivement et négativement et des électrons libres. E Le courant électrique dans les gaz est appelé décharge gazeuse. Ainsi, le courant dans les gaz est créé par des ions de signes et d'électrons. Une décharge gazeuse avec un tel mécanisme s'accompagnera d'un transfert de matière, c'est-à-dire Les gaz ionisés sont classés comme conducteurs du deuxième type.

Afin de retirer un électron d'une molécule ou d'un atome, il est nécessaire d'effectuer une certaine quantité de travail A et, c'est-à-dire dépenser un peu d'énergie. Cette énergie est appelée énergie d'ionisation , dont les valeurs pour les atomes diverses substances se situent entre 4÷25 eV. Le processus d'ionisation est généralement caractérisé quantitativement par une quantité appelée potentiel d'ionisation :

Simultanément au processus d'ionisation dans un gaz, le processus inverse se produit toujours - le processus de recombinaison : des ions positifs et négatifs ou des ions positifs et des électrons, se rencontrant, se réunissent pour former des atomes et des molécules neutres. Plus les ions apparaissent sous l'influence de l'ioniseur, plus le processus de recombinaison est intense.

À proprement parler, la conductivité électrique d'un gaz n'est jamais nulle, puisqu'il contient toujours des charges libres formées sous l'action du rayonnement de substances radioactives présentes à la surface de la Terre, ainsi que du rayonnement cosmique. L'intensité de l'ionisation sous l'influence de ces facteurs est faible. Cette conductivité électrique insignifiante de l'air provoque des fuites de charges des corps électrifiés, même s'ils sont bien isolés.

La nature de la décharge gazeuse est déterminée par la composition du gaz, sa température et sa pression, la taille, la configuration et le matériau des électrodes, ainsi que la tension appliquée et la densité de courant.

Considérons un circuit contenant un espace gazeux (Fig.), soumis à une exposition continue et d'intensité constante à un ioniseur. Grâce à l'action de l'ioniseur, le gaz acquiert une certaine conductivité électrique et le courant circule dans le circuit. La figure montre les caractéristiques courant-tension (courant par rapport à la tension appliquée) pour deux ioniseurs. La productivité (le nombre de paires d'ions produites par l'ioniseur dans l'espace gazeux en 1 seconde) du deuxième ioniseur est supérieure à celle du premier. Nous supposerons que la productivité du ioniseur est constante et égale à n 0. À une pression pas très basse, presque tous les électrons détachés sont capturés par des molécules neutres, formant des ions chargés négativement. Compte tenu de la recombinaison, nous supposons que les concentrations d'ions des deux signes sont les mêmes et égales à n. Les vitesses moyennes de dérive des ions de signes différents dans un champ électrique sont différentes : , . b - et b + – mobilité des ions gazeux. Maintenant pour la région I, en tenant compte de (5), on peut écrire :

Comme on peut le voir, dans la région I, avec l'augmentation de la tension, le courant augmente à mesure que la vitesse de dérive augmente. Le nombre de paires d’ions recombinants diminuera avec l’augmentation de la vitesse.

Région II - la région du courant de saturation - tous les ions créés par l'ioniseur atteignent les électrodes sans avoir le temps de se recombiner. Densité de courant de saturation

j n = q n 0 ré, (28)

où d est la largeur de l'espace gazeux (la distance entre les électrodes). Comme le montre (28), le courant de saturation est une mesure de l’effet ionisant de l’ioniseur.

A une tension supérieure à U p p (région III), la vitesse des électrons atteint une valeur telle que lorsqu'ils entrent en collision avec des molécules neutres, ils sont capables de provoquer une ionisation par impact. En conséquence, des paires d’ions An 0 supplémentaires sont formées. La quantité A est appelée coefficient de gain de gaz . Dans la région III, ce coefficient ne dépend pas de n 0, mais dépend de U. Ainsi. la charge atteignant les électrodes à U constant est directement proportionnelle aux performances de l'ioniseur - n 0 et à la tension U. Pour cette raison, la région III est appelée région de proportionnalité. U pr – seuil de proportionnalité. Le facteur d'amplification des gaz A a des valeurs de 1 à 10 4.

Dans la région IV, la région de proportionnalité partielle, le coefficient de gain de gaz commence à dépendre de n 0. Cette dépendance augmente avec l'augmentation de U. Le courant augmente fortement.

Dans la plage de tension 0 ÷ U g, le courant dans le gaz n'existe que lorsque l'ioniseur est actif. Si l'action de l'ioniseur est arrêtée, la décharge s'arrête également. Les décharges qui existent uniquement sous l'influence d'ioniseurs externes sont dites non auto-entretenues.

La tension Ug est le seuil de la région, la région Geiger, qui correspond à l'état dans lequel le processus dans l'espace gazeux ne disparaît pas même après l'arrêt de l'ioniseur, c'est-à-dire la décharge acquiert le caractère d'une décharge indépendante. Les ions primaires ne donnent qu'une impulsion à l'apparition d'une décharge de gaz. Dans cette région, les ions massifs des deux signes acquièrent également la capacité de s'ioniser. L'amplitude du courant ne dépend pas de n 0 .

Dans la région VI, la tension est si élevée que la décharge, une fois survenue, ne s'arrête pas - la région de décharge continue.