Если в ионизированном газе создать электрическое поле, то через газ проходит электрический ток — возникает газовый разряд. Существует два вида газового разряда: несамостоятельный и самостоятельный газовый разряд.
ВАХ газового разряда. Вольт-амперная характеристика газа была определена экспериментально. С помощью ионизатора газ между электродами (катодом и анодом) в стеклянном сосуде ионизируется, т.е. распадается на электроны и положительные ионы (a). Затем начинается постепенное увеличение напряжения между электродами от нулевого значения. Как видим из ВАХ (b), в слабом электрическом поле (при малых значениях напряжения) сила тока растет прямо пропорционально напряжению (см. b, участок Оа гафика). На этом участке изменения параметров происходят согласно закону Ома.
При дальнейшем увеличении напряжения пропорциональность между силой тока и напряжением нарушается (участок ab). Начиная со значения напряжения U1 сила тока не зависит от напряжения - возникает явление насыщения (участок графика bc). Это означает, что все образованные под действием ионизатора электроны и ионы, двигаясь упорядоченно, участвуют в создании тока. Итак, участок Oc графика соответствует несамостоятельному газовому разряду.
Значение силы тока насыщения определяется следующим выражением:
IН = neV
t. (2)
Здесь n — число электронно-ионных пар, созданных ионизатором за время t в единице объема, е - элементарный заряд, V - объем пространства между электродами.
Если продолжать увеличивать напряжение, то при некотором его значении (U2) небольшие изменения напряжения приводят к резкому возрастанию силы тока. Дело в том, что сильное электрическое поле увеличивает кинетическую энергию электронов, и когда её значения превышают энергию ионизации нейтральных молекул газа, т.е. при
meυ2
2 ≥ Wи
(3)
электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, ионизируют их атомы. Это явление называется ионизацией ударами электронов. В результате число электронов и ионов, а значит, и сила тока в газе резко возрастает (участок графика cd).