Elektros srovė dujose

Jau žinote, kad elektros srovė gali tekėti laidininkais ir elektrolitų tirpalais. O ar gali elektros srovė tekėti dujomis (oru)? Atsakymas būtų ir taip, ir ne.

Įprastomis sąlygomis dujos yra dielektrikas, nes jose labai mažai laisvųjų elektringųjų dalelių. 1 cm³ metalų būna apie 10²³ laisvųjų elektronų, o tokiame pat tūryje dujų – 10⁹ elektringųjų dalelių. Dielektrines dujų savybes patvirtina praktiniai pavyzdžiai: elektros grandinėje padarius kelių centimetrų oro tarpą elektros srovė neteka (2.3.2 pav., b), išjungus jungiklį elektros srovė nustoja tekėti grandine (2.3.2 pav., c).

Vis dėlto tam tikromis sąlygomis elektros srovę dujose galima sukelti. Pavyzdžiui, kondensatorius prijungiamas prie elektrometro ir įelektrinamas. Kad jis įelektrintas, rodo nuo pradinės padėties atsilenkusi elektrometro rodyklė (5.2.1 pav., a). Liepsna pakaitinus oro tarpą tarp kondensatoriaus plokščių elektrometro rodyklė grįžta į pradinę padėtį (5.2.1 pav., b). Kondensatorius išsikrauna, nes tarp jo plokščių kryptingai juda elektringosios dalelės – teka elektros srovė (5.2.1 pav., b). Elektros srovės tekėjimas dujomis vadinamas dujiniu išlydžiu. Elektros srovė dujose atsiranda ne tik jas kaitinant, bet ir apšviečiant regimąja šviesa, rentgeno ar ultravioletiniais spinduliais.

Elektros srovei atsirasti reikia elektringųjų dalelių. Išsiaiškinkime, kokių ir kaip jos atsiranda dujose. Kaitinamų dujų (5.2.1 pav., b) molekulės arba atomai pradeda judėti greičiau. Dujų molekulės (arba atomai) įgyja tokią didelę energiją, kad susidurdamos išmuša elektronus. Susidaro teigiamieji jonai ir laisvieji elektronai (5.2.2 pav., a). Dujų molekulių ar atomų skilimas į teigiamuosius jonus ir laisvuosius elektronus vadinamas dujų jonizacija. Išorinis veiksnys (kaitinimas, švitinimas), sukeliantis dujų jonizaciją, vadinamas išoriniu jonizatoriumi.

Atsiradę laisvieji elektronai gali prisijungti prie neutraliųjų atomų. Tada susidaro neigiamieji jonai. Vadinasi, dujose veikiant išoriniam jonizatoriui susidaro laisvieji elektronai, teigiamieji ir neigiamieji jonai. Dėl to dujų laidumas vadinamas elektroniniu ir joniniu.

Dujose vyksta elektringųjų dalelių rekombinãcija. Teigiamasis jonas ir elektronas susitikę vėl gali sudaryti neutralųjį atomą (5.2.2 pav., b). Veikiant išoriniam jonizatoriui susidarančių elektringųjų dalelių porų skaičius yra lygus rekombinuojančių porų skaičiui.

Elektros srovės tekėjimas dujomis dėl išorinio jonizatoriaus poveikio vadinamas nesavaiminiu išlydžiu (5.2.1 pav., b). Aptarkime, kaip susidaro elektros srovė tarp kondensatoriaus plokščių esant nesavaiminiam išlydžiui. Dėl išorinio jonizatoriaus poveikio atsiradę teigiamieji jonai, veikiami elektrinio lauko, juda link neigiamai įelektrintos kondensatoriaus plokštės, o neigiamieji jonai ir elektronai – link teigiamai įelektrintos kondensatoriaus plokštės (5.2.1 pav., b). Kryptingas teigiamųjų, neigiamųjų jonų ir elektronų judėjimas dujose yra elektros srovė.

Elektros srovė gali tekėti dujomis ir neveikiant išoriniam jonizatoriui. Dujinis išlydis, vykstantis be išorinio jonizatoriaus, vadinamas savaiminiu išlydžiu. Pavyzdžiui, prie kondensatoriaus plokščių, sujungtų su elektrometru, pritvirtinami du laidininkai. Kondensatoriaus plokštes artinant vieną prie kitos tarp laidininkų galų šoka elektros kibirkštis, galima išgirsti ir traškesį (5.2.3 pav.). Taip nutinka todėl, kad oru tarp laidininkų prateka elektros srovė, kondensatorius išsikrauna (elektrometro rodyklė grįžta į pradinę padėtį) (5.2.3 pav.).

Aptarkime, kaip vyksta savaiminis išlydis. Suartinus kondensatoriaus plokštes elektrinis laukas tarp jų sustiprėja (5.2.3 pav.). Stipraus elektrinio lauko veikiamas laisvasis elektronas įgyja tiek kinetinės energijos, kad susidūręs su atomu (arba molekule) gali jį suskaidyti į elektroną ir teigiamąjį joną (5.2.2 pav., a). Atomą jonizavęs elektronas ir dėl jonizacijos atsiradęs elektronas, veikiami elektrinio lauko, juda link teigiamai įelektrintos kondensatoriaus plokštės (5.2.4 pav.). Judėdami jie įgyja kinetinės energijos ir jonizuoja kitus sutiktus dujų atomus. Elektringųjų dalelių skaičius ima sparčiai didėti – vyksta smūginė jonizacija (5.2.4 pav.). Dėl smūginės jonizacijos atsiranda ir teigiamųjų jonų. Veikiami elektrinio lauko, jie juda link neigiamai įelektrintos kondensatoriaus plokštės ir ją pasiekę gali išmušti naujus elektronus. Vykstant smūginei jonizacijai atsiradusių elektringųjų dalelių judėjimas elektriniame lauke yra elektros srovė dujose (savaiminis išlydis) (5.2.3 pav.).