Электрический ток в газах
Ионизация газов. Газовый разряд.
Газы в нормальном состоянии являются изоляторами. Газ становится проводником, когда он ионизирован. Ионизаторами газа могут служить ультрафиолетовые лучи, радиоактивные излучения, лучи Рентгена, нагревание до высокой температуры. Например, если поместить вблизи заряженного электрометра пламя горелки, то воздух вокруг него теряет свойства изолятора, и заряд электрометра уменьшается. Проводимость газа, созданная внешними ионизаторами, но не связанная с электрическим полем, называется несамостоятельной проводимостью.
Электроны и положительные ионы, возникшие во время действия ионизатора, не могут долго существовать раздельно и воссоединяются, образуя нейтральные ионы. Присоединим два плоских электрода A и K к полюсам источника ЭДС E (батареи аккумуляторов). Включим в цепь гальванометр G для измерения силы тока и параллельно воздушному промежутку АК вольтметр V (рис.5). Если поместить вблизи этого воздушного промежутка какой-либо ионизатор D, то в цепи возникнет электрический ток. Когда действие ионизатора прекращается, ток исчезает. Рекомбинация (воссоединение) ионов происходит и во время действия ионизатора, причём устанавливается такое равновесие между возникающими и рекомбинирующими ионами, что число пар ионов в единице объёма газа постоянным.
Электрический ток в газе с несамостоятельной проводимостью называется несамостоятельным газовым разрядом. График зависимости разрядного тока от разности потенциалов между электродами A и K (см. рис.5) при неизменной интенсивности ионизации изображён на рис. 6. При 
постепенном увеличении разности потенциалов φА – φК сила тока сначала растёт пропорционально φА – φК, т.е. соблюдается закон Ома (участок Оа кривой на рис. 6), затем пропорциональность нарушается (участок ab кривой) и, начиная с некоторого значения φА – φК, сила тока остаётся постоянной несмотря на увеличение разности потенциалов (участок bc). Наибольшая сила тока, возможная при данной интенсивности ионизации, называется током насыщенности Iн. При токе насыщения все возникающие ионы достигают электродов, не успев рекомбинировать.
Обратимся к последней части cd графика (см. рис. 6). При достаточно больших разностях потенциалов между электродами кинетическая энергия электронов возрастает настолько, что при соударениях со встречными молекулами газа электроны ионизируют их. Это явление называется ударной ионизацией молекул газа. Освобождённые при ударной ионизации электроны ускоряются в электрическом поле и в свою очередь ионизируют сталкивающиеся с ними молекулы газа. Число электронов и ионов в газе растёт, как лавина, а вместе с ним растёт и разрядный ток. При ещё больших разностях потенциалов ударную ионизацию начинают производить и ионы. Теперь к обоим электродам движутся лавины: к катоду – положительная ионная, а к аноду – электронная. Эти встречные лавины, возникновение которых зависит лишь от величины электрического поля, проложенного к газовому промежутку АК, обусловливают так называемую самостоятельную проводимость газа. Участок cd графика характеризует самостоятельный газовый разряд, который может существовать при отсутствии внешнего ионизатора.
Электрическая дуга и электрическая искра.
Самостоятельные (лавинообразные) разряды могут происходить в газах при нормальном и больших давлениях. Особое значение для техники имеют дуговой и искровой разряды.
Электрическая дуга была открыта в 1802 г. русским физиком В. В. Петровым, который назвал её вольтовой дугой. Два угольных стержня, соединённые с источником ЭДС, приводят в соприкосновение: таким образом замыкается электрическая цепь (рис. 7). В месте контакта углей электрическое сопротивление очень велико. Поэтому здесь выделяется большое количество теплоты, и концы углей раскаляются. Угли постепенно раздвигают, в нагретом воздухе между ними происходит ударная ионизация и начинается лавинообразный газовый разряд. Он имеет дугообразную форму и излучает яркий свет. Температура катода достигает 3000°С. Летящие к аноду электроны ударяются о него и создают в нём углубление – кратер, температура которого 4000°С. Сопротивление электрической дуги невелико, поэтому дуговой разряд возможен при разности потенциалов между угольными электродами около 40 – 50 в. Яркий свет угольной дуги был впервые применён П. Н. Яблочковым в 1876 г. для электрического освещения. Электрическая дуга и в настоящее время используется как мощный источник света в прожекторах и кинопроекционных аппаратах, а её высокая температура – для сварки и в дуговых печах для плавки металлов.
Электрической искрой называют прерывистый лавинообразный разряд в газе, сопровождающийся треском и ярким свечением. Возникшая искра быстро, гаснет вместо неё через несколько тысячных долей секунды образуется новая и т.д., так что глаз видит одну сплошную искру. Температура в искре поднимается до 100 000°С. Если промежуток между электродами невелик, то искровой разряд вызывает разрушение металла, называемое эрозией. Это явление используют, применяя электрическую искру для резки и сверления металлов.
Во время грозы наблюдается искровой разряд в виде молнии, возникающей между тучей и Землёй или между двумя тучами. Чаще всего нижняя часть тучи заряжена отрицательно, верхняя – положительно. На поверхности холмов, высоких зданий, деревьев, которые находятся под тучей, индуцируется положительный заряд. Если напряжённость электрического поля (разность потенциалов, приходящаяся на единицу расстояния) между отрицательным зарядом тучи и положительным зарядом Земли достигает достаточно большой величины, то происходит искровой разряд. Молния, как вообще электрическая искра, выбирает путь с наименьшим электрическим сопротивлением и проходит по областям, содержащим наибольшее количество ионов. Поэтому молния имеет зигзагообразную форму. Сила тока в молнии достигает сотен тысяч ампер, её длительность порядка 10-5 сек, разность потенциалов между тучей и Землёй иногда превышает 150 · 106 в, а длина молнии может измеряться десятками километров. Защитой от молнии является хорошо заземлённое здание с металлическим каркасом или молниеотвод – металлический стержень, один конец которого поднят над зданием, а другой конец заземлён.