Une décharge non auto-entretenue se produit dans le gaz. Décharge auto-entretenue et non auto-entretenue - électrique ou gaz

Le processus d'apparition et de formation d'avalanches dû à l'ionisation par impact, évoqué ci-dessus, ne perd pas le caractère d'une décharge non auto-entretenue, car Si l'ioniseur externe cesse de fonctionner, la décharge disparaît rapidement.

Cependant, l'apparition et la formation d'une avalanche de charges ne se limitent pas au processus d'ionisation par impact. Avec une augmentation supplémentaire, relativement faible, de la tension aux électrodes de l'espace de décharge gazeuse, les ions positifs acquièrent une plus grande énergie et, frappant la cathode, en font sortir des électrons, un émission d'électrons secondaires . Les électrons libres qui en résultent en route vers l’anode produisent une ionisation par impact des molécules de gaz. Les ions positifs qui se dirigent vers la cathode dans des champs électriques ionisent eux-mêmes les molécules de gaz.

Si chaque électron éliminé de la cathode est capable d'accélérer et de produire une ionisation par impact des molécules de gaz, alors la décharge sera maintenue même après la fin de l'influence de l'ioniseur externe. La tension à laquelle se développe une autodécharge est appelée tension du circuit.

D'après ce qui a été dit, décharge indépendante nous appellerons une telle décharge gazeuse dans laquelle des porteurs de courant apparaissent à la suite de processus dans le gaz provoqués par la tension appliquée au gaz. Ceux. cette décharge continue après que l'ioniseur cesse de fonctionner.

Lorsque l’espace interélectrode est recouvert par un plasma à décharge gazeuse entièrement conducteur, il commence panne . La tension à laquelle se produit le claquage de l'espace interélectrode est appelée tension de claquage. Et l’intensité du champ électrique correspondante est appelée une tension percutante.

Considérons les conditions d'apparition et de maintien d'une décharge indépendante.

À haute tension entre les électrodes de l'entrefer gazeux, le courant augmente considérablement. Cela est dû au fait que les électrons générés sous l'influence d'un ioniseur externe, fortement accélérés par le champ électrique, entrent en collision avec des molécules de gaz neutre et les ionisent. En conséquence, électrons secondaires Et ions positifs(processus 1, Fig. 8.4). Les ions positifs se déplacent vers la cathode et les électrons vers l'anode. Les électrons secondaires réionisent les molécules de gaz et, par conséquent, le nombre total d'électrons et d'ions augmentera à mesure que les électrons se déplaceront vers l'anode en avalanche. C'est la raison de l'augmentation du courant électrique. Le processus décrit est appelé ionisation par impact.

Cependant, l'ionisation par impact sous l'influence des électrons n'est pas suffisante pour maintenir la décharge lorsque l'ioniseur externe est retiré. Pour ce faire, il faut que les avalanches électroniques soient « reproduites », c'est-à-dire de sorte que de nouveaux électrons apparaissent dans le gaz sous l'influence de certains processus. Il s'agit des processus suivants :

les ions positifs accélérés par le champ électrique, frappant la cathode, en font sortir les électrons (processus 2) ;
les ions positifs, entrant en collision avec les molécules de gaz, les transfèrent à un état excité ; la transition de telles molécules vers l'état fondamental s'accompagne de l'émission de photons (processus 3) ;
un photon absorbé par une molécule neutre l'ionise et le processus d'ionisation photonique des molécules se produit (processus 4) ;
éliminer les électrons de la cathode sous l'influence de photons (processus 5) ;
enfin, à des tensions importantes entre les électrodes de l'espace gazeux, il arrive un moment où les ions positifs, qui ont un libre parcours plus court que les électrons, acquièrent une énergie suffisante pour ioniser les molécules de gaz (processus 6), et des avalanches d'ions se précipitent vers la plaque négative. Lorsqu'en plus des avalanches d'électrons, des avalanches d'ions se produisent également, l'intensité du courant augmente pratiquement sans augmentation de la tension.

Thème 7. Conductivité électrique des liquides et des gaz.

§1. Courant électrique dans les gaz.

§2. Rejets de gaz non autonomes et indépendants.

§3. Types de décharges non auto-entretenues et leur utilisation technique.

§4. Le concept de plasma.

§5. Courant électrique dans les liquides.

§6. Lois de l'électrolyse.

§7. Applications techniques de l'électrolyse (à faire soi-même).

Courant électrique dans les gaz.

DANS conditions normales les gaz sont des diélectriques et ne deviennent conducteurs que lorsqu'ils sont ionisés d'une manière ou d'une autre. Les ioniseurs peuvent être des rayons X, des rayons cosmiques, des rayons ultraviolets, rayonnement radioactif, échauffement intense, etc.

Processus d'ionisation Les gaz sont que sous l’influence d’un ioniseur, un ou plusieurs électrons sont séparés des atomes. En conséquence, un ion et un électron positifs apparaissent à la place d’un atome neutre.

Les électrons et les ions positifs générés lors de l'action de l'ioniseur ne peuvent pas exister séparément pendant longtemps et, une fois réunis, forment à nouveau des atomes ou des molécules. Ce phénomène est appelé recombinaison.

Lorsqu'un gaz ionisé est placé dans un champ électrique, les forces électriques agissent sur les charges libres et celles-ci dérivent parallèlement aux lignes de tension - les électrons et les ions négatifs vers anode(une électrode d'un appareil connectée au pôle positif de la source d'alimentation), des ions positifs - à cathode(une électrode d'un appareil connectée au pôle négatif d'une source de courant). Au niveau des électrodes, les ions se transforment en atomes neutres, donnant ou acceptant des électrons, complétant ainsi le circuit. Présent dans le gaz électricité. Le courant électrique dans les gaz est appelé décharge de gaz. Ainsi, la conductivité des gaz est de nature électronique-ionique.

Rejets de gaz non autonomes et indépendants.

Assemblons un circuit électrique contenant une source de courant, un voltmètre, un ampèremètre et deux plaques métalliques séparées par un entrefer.

Si vous placez un ioniseur à proximité de l'entrefer, un courant électrique apparaîtra dans le circuit et disparaîtra sous l'action de l'ioniseur.

Le courant électrique dans un gaz non autoconducteur est appelé décharge de gaz non auto-entretenue. Graphique de la dépendance du courant de décharge sur la différence de potentiel entre les électrodes - caractéristique courant-tension de la décharge gazeuse :

OA est une section où la loi d’Ohm est observée. Seules certaines des particules chargées atteignent les électrodes, certaines se recombinent ;

AB - la proportionnalité de la loi d'Ohm est violée et, à partir du courant, ne change pas. Le courant le plus élevé possible avec un ioniseur donné est appelé courant de saturation ;

Soleil - décharge de gaz indépendante, dans ce cas, la décharge gazeuse continue même après l'arrêt de l'ioniseur externe en raison des ions et des électrons résultant de ionisation par impact(ionisation du choc électrique) ; se produit lorsque la différence de potentiel entre les électrodes augmente (se produit avalanche d'électrons).

Dans des conditions normales, le gaz est un diélectrique, c'est-à-dire il est constitué d'atomes et de molécules neutres et ne contient pas de porteurs libres de courant électrique.
Le gaz conducteur est un gaz ionisé. Le gaz ionisé a une conductivité électron-ion.

Ionisation du gaz

Il s’agit de la décomposition d’atomes ou de molécules neutres en ions et électrons positifs en supprimant les électrons des atomes. L'ionisation se produit lorsqu'un gaz est chauffé ou exposé à des rayonnements (UV, rayons X, radioactifs) et s'explique par la désintégration des atomes et des molécules lors de collisions à grande vitesse.

Décharge de gaz- c'est le courant électrique dans les gaz ionisés.
Les porteurs de charge sont des ions positifs et des électrons. Une décharge gazeuse est observée dans les tubes à décharge gazeuse (lampes) lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique ou magnétique.

Recombinaison de particules chargées

- le gaz cesse d'être conducteur si l'ionisation s'arrête, cela se produit par recombinaison (réunion de particules de charges opposées).

Il existe une décharge de gaz auto-entretenue et non auto-entretenue.

Décharge de gaz non autonome
- si l'action du ioniseur est arrêtée, la décharge s'arrêtera également.

Lorsque la décharge atteint la saturation, le graphique devient horizontal. Ici, la conductivité électrique du gaz est provoquée uniquement par l’action de l’ioniseur.

Décharge de gaz autonome
- dans ce cas, la décharge gazeuse continue même après l'arrêt de l'ioniseur externe en raison des ions et des électrons résultant de l'ionisation par impact (= ionisation du choc électrique) ; se produit lorsque la différence de potentiel entre les électrodes augmente (une avalanche d'électrons se produit).
Une décharge gazeuse non auto-entretenue peut se transformer en une décharge gazeuse auto-entretenue lorsque Ua = Uallumage.

Décharge luminescente- un des types de décharge électrique indépendante stationnaire dans les gaz. Formé, en règle générale, à faible pression de gaz et à faible courant. À mesure que le courant passant augmente, il se transforme en décharge d’arc.

Un exemple typique de décharge luminescente, familier à la plupart des gens, est la lueur d’une lampe au néon.

CARACTÉRISTIQUES

Caractéristique la décharge luminescente est une chute de potentiel importante près de la cathode. Contrairement aux décharges électriques non stationnaires (impulsionnelles) dans les gaz, les principales caractéristiques d'une décharge luminescente restent relativement stables dans le temps.

L'énergie électronique. L'énergie moyenne gagnée par un électron lors d'une collision effective. Véritables changements dans l’énergie des électrons lors des collisions. La relation entre les vitesses chaotiques et de dérive.

Un électron-volt est égal à l'énergie nécessaire pour transférer une charge élémentaire dans un champ électrostatique entre des points ayant une différence de potentiel de 1 V.

Billet n°6

Le phénomène de transport dans les gaz. Diffusion, viscosité, section efficace. Longueur moyenne libre parcours des atomes (molécules). Fréquence des collisions. Libre parcours moyen prenant en compte le mouvement relatif des particules.

La diffusion.

Pour un gaz, la diffusion est la distribution de molécules d'impuretés à partir de la source (ou diffusion mutuelle du gaz).

La diffusion se produit dans le sens d'une diminution de la concentration de la substance et conduit à sa répartition uniforme dans tout le volume occupé

Viscosité

Viscosité (friction interne) - l'un des phénomènes de transfert, propriété des corps fluides (liquides et gaz) de résister au mouvement d'une partie d'entre eux par rapport à une autre. De ce fait, le travail consacré à ce mouvement est dissipé sous forme de chaleur.

En gros, friction dans les gaz et les liquides.

Coupe transversale.

Section efficace est une grandeur physique qui caractérise la probabilité qu'un système de deux particules en interaction passe à un certain état final.

Les gaz, contrairement aux métaux et aux électrolytes, sont constitués d'atomes et de molécules électriquement neutres et, dans des conditions normales, ne contiennent pas de porteurs de courant libres (électrons et ions).. C'est pourquoi les gaz dans des conditions normales sont des diélectriques.

Les vecteurs de courant électrique dans les gaz ne peuvent apparaître que lors du processus d'ionisation des gaz, c'est-à-dire lors de la formation d'ions dans un gaz.

Processus d'ionisation les gaz se forment sous l'influence d'influences extérieures (ioniseurs externes) : fort échauffement, ultraviolets et rayons X.

Le processus d'ionisation des gaz consiste est que sous l'influence des ioniseurs, un ou plusieurs électrons sont retirés des atomes. En conséquence, un ion et un électron positifs apparaissent à la place d’un atome neutre. Certains des électrons résultants peuvent être capturés par d’autres atomes neutres, puis des ions chargés négativement apparaissent. La séparation d'un électron d'un atome nécessite la dépense d'une certaine énergie - l'énergie d'ionisation Wi, qui est mesurée par le travail contre la force d'attraction de l'électron par le noyau atomique : Wi = eUi, où e est la charge de l'électron, Ui est le potentiel d'ionisation d'une substance donnée.

L'énergie d'ionisation dépend de la nature chimique du gaz et de l'état énergétique de l'électron dans l'atome.

Les électrons et les ions positifs générés lors de l'action de l'ioniseur ne peuvent pas exister séparément pendant une longue période et, lors de collisions, forment à nouveau des atomes ou des molécules neutres.. Ce phénomène est appelé recombinaison(à l'opposé de l'ionisation). Par conséquent, une fois que l’ioniseur cesse de fonctionner, le courant électrique dans le gaz disparaît.

Si, lors de l'ionisation, de l'énergie est nécessaire pour retirer un électron d'un atome, alors lors de la recombinaison, cette énergie est libérée. pour la plupart sous forme de rayonnement lumineux. Avec une intensité de recombinaison suffisante, le courant électrique dans les gaz s'accompagne d'une lueur notable.

Avec l'action continue de l'ioniseur et l'absence de champ électrique dans le gaz, un équilibre mobile s'établit entre l'ionisation des molécules et la recombinaison des ions., caractérisé par une certaine concentration en ions.

Le mécanisme de conductivité électrique des gaz.

Lorsqu'un gaz ionisé est placé dans un champ électrique, des forces électriques agissent sur les charges libres et celles-ci dérivent parallèlement aux lignes de tension : électrons et ions négatifs vers l'anode, ions positifs vers la cathode. Au niveau des électrodes, les ions se transforment en atomes neutres, donnant ou acceptant des électrons, complétant ainsi le circuit. Un courant électrique apparaît dans le gaz. Le courant électrique dans les gaz est appelé décharge gazeuse.. Ainsi, la conductivité des gaz a un caractère ionique-électronique personnage.

Décharge de gaz il en existe deux types :

1. Indépendant décharge de gaz.

2. Dépendant décharge de gaz.

dépendant, s'il est créé sous l'influence de facteurs externes.

La décharge gazeuse (conductivité du gaz) est appelée indépendant, s'il est créé dans un gaz sous l'influence du champ électrique lui-même qui existe entre les électrodes (anode et cathode).

Décharge de gaz non autonome

Si la conductivité électrique du gaz est créée par des ioniseurs externes, alors le courant électrique qui y apparaît est appelé une décharge de gaz non auto-entretenue. Avec l'arrêt de l'action des ioniseurs externes, la décharge non auto-entretenue cesse. Une décharge de gaz non auto-entretenue n'est pas accompagnée d'une lueur de gaz.

En figue. montre un graphique de la dépendance du courant à la tension lors d'une décharge non auto-entretenue dans un gaz. Pour tracer le graphique, un tube de verre avec deux électrodes métalliques scellées dans le verre a été utilisé. La chaîne est assemblée comme indiqué sur la figure.

1. Lorsqu’une différence de potentiel est appliquée, un courant électrique se produit dans le tube.

2. Avec une petite différence de potentiel, tous les ions formés n'atteignent pas les électrodes.

3. À mesure que la différence de potentiel (tension) entre les électrodes du tube augmente, la proportion de particules chargées atteignant les électrodes augmente. Dans le même temps, le courant dans le circuit augmente également.

4. À une certaine tension, il se produit un moment où toutes les particules chargées formées dans le gaz par l'ioniseur par seconde atteignent les électrodes pendant le même temps. Dans ce cas, aucune augmentation supplémentaire du courant ne se produit. Cette valeur de courant maximale est appelée courant de saturation .

5. Si l'action de l'ioniseur est arrêtée, le courant dans le circuit s'arrêtera également, c'est-à-dire décharge de gaz, car il n'y a pas d'autres sources d'ions. Si vous retirez l'ioniseur externe, aucun nouvel ion n'est formé et ceux qui existent atteindront l'électrode ou se recombineront.

Décharge de gaz autonome

Une décharge électrique dans un gaz qui persiste après que l'ioniseur externe cesse de fonctionner est appelée décharge de gaz indépendante. Pour sa mise en œuvre, il est nécessaire qu'à la suite de la décharge elle-même, des charges libres se forment en permanence dans le gaz. La principale source de leur apparition est l'ionisation par impact des molécules de gaz.

Si, après avoir atteint la saturation, nous continuons à augmenter la différence de potentiel entre les électrodes, alors l'intensité du courant à une tension suffisamment élevée commencera à augmenter fortement (voir Fig. et graphique 2).

Par conséquent, dans le gaz apparaît source supplémentaire formation d'ions. L'intensité du courant peut augmenter des centaines et des milliers de fois, et le nombre de particules chargées générées pendant le processus de décharge peut devenir si important qu'un ioniseur externe ne sera plus nécessaire pour maintenir la décharge. Le ioniseur peut donc maintenant être retiré.

La différence de potentiel entre cathode et anode commence à jouer un rôle prédominant. Plus la différence de potentiel entre les électrodes est grande, plus l’intensité du champ électrique est élevée. L'énergie cinétique de l'électron avant la prochaine collision est proportionnelle à l'intensité du champ et au libre parcours moyen de l'électron : meV2/2=eEl. Si l'énergie cinétique d'un électron dépasse le travail Ai qui doit être effectué pour ioniser un atome (ou une molécule) neutre, c'est-à-dire meV2/2>Ai, alors lorsqu'un électron entre en collision avec un atome (ou une molécule), il est ionisé ( ionisation par impact). En conséquence, au lieu d'un électron, deux apparaissent (un qui frappe l'atome et un qui est arraché de l'atome). Les électrons détachés des molécules à la suite de l'ionisation peuvent, à leur tour, sous l'influence d'un champ, recevoir une énergie suffisante pour l'ionisation. En conséquence, la concentration en ions, et avec elle la conductivité électrique du gaz, augmente considérablement. Si vous retirez l'ioniseur externe, la décharge ne s'arrêtera pas. Puisqu’une telle décharge ne nécessite pas d’ioniseur externe pour l’entretenir, on parle de décharge gazeuse indépendante.

Mais la présence uniquement d'ionisation par impact électronique ne conduit pas encore à une décharge indépendante. Pour qu’une décharge indépendante existe, il est nécessaire que d’autres processus se produisent dans le gaz, produisant de nouveaux électrons pour remplacer ceux perdus à l’anode.. De tels processus peuvent être émission secondaire d'électrons de la cathode(en faisant sortir les électrons de la cathode par des ions positifs accélérés dans un champ électrique), la cathode peut émettre des électrons lorsqu'elle est chauffée à une température élevée. Ce processus est appelé émission thermoionique et etc.

Types d'autodécharge:

Décharge d'étincelles

Des exemples de décharges par étincelles sont les étincelles qui se produisent lors du peignage des cheveux ou lorsqu'un condensateur est déchargé.

Décharge d'étincelles la foudre est souvent observée dans la nature. Foudre- il s'agit d'une décharge entre deux nuages chargés ou entre un nuage et le sol. Les porteurs de charge dans les nuages sont des gouttelettes d’eau chargées ou des flocons de neige.

Une décharge d'étincelle s'accompagne du dégagement d'une grande quantité de chaleur, d'une brillante lueur de gaz, d'un crépitement ou d'un tonnerre.

Décharge d'arc.

Décharge d'arc peut être observé dans les conditions suivantes : si, après avoir allumé la décharge d'étincelle, la résistance du circuit diminue progressivement, alors l'intensité du courant dans l'étincelle augmentera. Lorsque la résistance du circuit devient suffisamment petite, il y aura nouvelle forme décharge de gaz, appelée arc. Dans ce cas, le courant augmente fortement, atteignant des dizaines et des centaines d'ampères, et la tension aux bornes de l'espace de décharge diminue jusqu'à plusieurs dizaines de volts. Cela montre que de nouveaux processus apparaissent dans la décharge, conférant au gaz une conductivité électrique très élevée.

L'arc électrique est une source lumineuse puissante et est largement utilisé dans les installations de projection, de projecteurs et autres installations d'éclairage. En raison de sa température élevée, l’arc est largement utilisé pour le soudage et le coupage des métaux. Haute température les arcs sont également utilisés dans la construction de fours à arc électrique qui jouent rôle important dans l'électrométallurgie moderne.

Décharge luminescente

Décharge luminescente observé lorsque basses pressions gaz (environ 0,1 mm Hg). Si une tension constante de plusieurs centaines de volts est appliquée aux électrodes soudées dans un tube de verre puis que l'air est progressivement pompé hors du tube, le phénomène suivant est observé : lorsque la pression du gaz diminue, à un moment donné, une décharge apparaît dans le tube, qui ressemble à un cordon lumineux reliant les tubes anode et cathode (Fig. 1). Avec une nouvelle diminution de la pression, ce cordon se dilate et remplit toute la section transversale du tube, et la lueur près de la cathode s'affaiblit. Un premier espace sombre 1 est formé à proximité de la cathode, auquel est adjacente une couche lumineuse ionique 2 (lueur couvante), qui présente une limite nette du côté de la cathode et disparaît progressivement du côté de l'anode. Derrière la lueur couvante, un espace sombre 3 est à nouveau observé, appelé Faraday ou deuxième espace sombre. Derrière elle se trouve une région lumineuse 4 s'étendant jusqu'à l'anode, ou colonne positive.

Seules deux de ses parties sont particulièrement importantes dans une décharge luminescente - l'espace sombre cathodique 1 et la lueur 2, dans lesquelles se produisent les principaux processus qui soutiennent la décharge. Les électrons qui ionisent le gaz proviennent de la photoémission de la cathode et des collisions d'ions positifs avec la cathode du tube.

Actuellement, on trouve des tubes à décharge luminescente utilisation pratique comme source de lumière - lampes à décharge.

Décharge corona

Décharge corona observé à des pressions de gaz relativement élevées (par exemple, à pression atmosphérique) dans un champ électrique fortement inhomogène. Pour obtenir une inhomogénéité de champ significative, les électrodes doivent avoir des surfaces nettement différentes, c'est-à-dire une électrode a une très grande surface et l’autre une très petite. Par exemple, une décharge corona peut être facilement obtenue en plaçant un fil fin à l'intérieur d'un cylindre métallique dont le rayon est nettement plus grand que le rayon du fil.

La décharge corona est utilisée dans la technologie pour l'installation de précipitateurs électriques conçus pour purifier les gaz industriels des impuretés solides et liquides.

Une décharge corona peut se produire sur des fils fins sous tension. L'apparition d'une décharge corona aux bords des conducteurs explique l'effet de paratonnerre qui protège les bâtiments et les lignes de transport des coups de foudre.

L'émission de lumière des lampes fluorescentes et des lampes d'éclairage public à décharge de gaz est utilisée ; l'arc électrique est utilisé dans les appareils de projection de films ; La lampe au mercure et au quartz a trouvé des applications dans les cliniques et les hôpitaux.

Plasma.

Plasma est un gaz partiellement ou totalement ionisé dans lequel les densités de charges positives et négatives sont presque égales. Ainsi, le plasma dans son ensemble est un système électriquement neutre.

Une caractéristique quantitative du plasma est le degré d'ionisation. Degré d'ionisation le plasma est le rapport entre la concentration volumique des particules chargées et la concentration volumique totale des particules. Selon le degré d'ionisation, le plasma est divisé en plasma faiblement ionisé.(une fraction de pour cent), partiellement ionisé(de l'ordre de plusieurs pour cent) et entièrement ionisé(près de 100%). Plasma faiblement ionisé dans conditions naturelles sont les couches supérieures de l'atmosphère - l'ionosphère. Le Soleil, les étoiles chaudes et certains nuages interstellaires sont des plasmas entièrement ionisés qui se forment à haute température.

Le plasma ne peut pas être caractérisé par une seule valeur de température T ; différencier température électronique Ceux, température des ions Ti (ou températures des ions s'il y a plusieurs types d'ions dans le plasma) et température des atomes neutres T (composante neutre). Un tel plasma est appelé non isotherme, Contrairement à plasma isotherme, dans lequel les températures de tous les composants sont les mêmes.

Le plasma est également divisé en haute température(Ti 106-108 K ou plus) et basse température(Ti<=105 К).

La conductivité du plasma augmente à mesure que le degré d'ionisation augmente. À haute température, le plasma entièrement ionisé se rapproche dans sa conductivité des supraconducteurs (substances dans lesquelles, lorsqu'elles sont refroidies en dessous d'une certaine température critique, Tsélectrique la résistance tombe à zéro).

Plasma basse température utilisé dans les sources lumineuses à décharge - dans les tubes lumineux pour panneaux publicitaires, dans les lampes fluorescentes. Une lampe à décharge de gaz est utilisée dans de nombreux appareils, par exemple dans les lasers à gaz - sources de lumière quantique.

Plasma à haute température utilisé dans les générateurs magnétohydrodynamiques.

Récemment, un nouvel appareil a été créé : le plasmatron. La torche à plasma crée de puissants jets de plasma dense à basse température, largement utilisés dans divers domaines technologiques : pour couper et souder des métaux, forer des puits dans des roches dures, etc.

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 de diverses substances se situent dans la plage de 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.