A gázok szigetelőképessége

A gázok normál körülmények között jó szigetelők, mert töltéshordozókat csak kis számban tartalmaznak. Így elektromos áramot gázokban csak akkor tapasztalhatunk, ha a gázba kívülről töltéseket viszünk, vagy magában a gázban olyan folyamatokat hozunk létre, amelyek töltések kialakulásához vezetnek. Ha a töltött részecskék kívülről érkeznek a gázba és a vezetés külső hatásra megy végbe, akkor nem önálló vezetésről beszélünk. Amennyiben a töltött részecskéket maga a vezetési folyamat hozza létre, akkor önálló vezetésnek nevezzük a jelenséget.

Áram vákuumban

Az erős vákuum igen jó szigetelő, azonban ha elektródokat vezetünk egy olyan csőbe, amelyben erős vákuum van, és az elektródokon keresztül töltéshordozókat juttatunk a ritkított gáztérbe, akkor vezetést tapasztalhatunk.

Állítsuk össze áramkört. A telep pozitív sarkát kössük áramerősségmérő műszeren keresztül az egyik elektródához (anód), a másik sarkát pedig a másik elektródához (katód), amit fűtőtelep segítségével felizzítunk. Ekkor a műszer áramot jelez. Ha az anódtelep sarkait felcseréljük, akkor nem kapunk áramot. Ebből arra lehet következtetni, hogy az áramot a felizzított katódból kilépő negatív töltésű részecskék (elektronok) okozzák azáltal, hogy a katód és az anód közé kapcsolt telep elektromos erőterének hatására a katódról az anódra jutnak. Azt a jelenséget, amikor magas hőmérséklet hatására fémekből elektronok lépnek ki, termikus elektronemissziónak vagy Edison-hatásnak nevezzük.

A fenti kísérletben leírt eszköz neve kételektródos elektroncső vagy vákuumdióda, amelyek széleskörű felhasználása van az elektronikában. Vákuumcsőben úgy is létrehozhatunk áramot, hogy a katódot ultraibolya fénnyel világítjuk meg. Ezt a jelenséget fényelektromos hatásnak vagy fotoeffektusnak nevezzük. Ezen a jelenségen alapul a fotocella működése.

Vákuumdióda az áramkörben

Gázkisülés jelensége

Normális nyomású gázok vezetővé tételét megoldhatjuk pl. magas hőmérsékletre való hevítéssel, radioaktív- vagy röntgensugárzásnak a gáztérbe való juttatásával. Ilyen esetekben ionizációról beszélünk, mert a töltéshordozók a gáz molekuláinak egy részéből képződött ionok lesznek.

Mintegy 25 cm hosszú és néhány centiméter átmérőjű légritkított üvegcső két végébe forrasztott elektródokra kapcsoljunk szikrainduktorral előállított nagyfeszültséget! Ha a nyomás 5000 Pa-nál kisebb, akkor a csőben fényjelenségeket tapasztalunk. 5000 Pa körüli nyomásértéknél az elektródok között vékony fénycsík jelenik meg, ami a nyomás csökkentésével kiszélesedik, és kb. 400-500 Pa értéknél betölti a cső teljes keresztmetszetét. Tovább csökkentve a nyomást hosszirányban világosabb és sötétebb rétegek követik egymást. Ez a tagozódás 100 Pa környékén a legszembetűnőbb. Újabb nyomáscsökkentésre a fény gyengül, és kb. 1 Pa nyomás alatt teljesen megszűnik.

A fenti jelenségeket, azaz elektromos áram alacsony nyomású gázokon történő áthaladását gázkisülésnek nevezzük.