Разряд электричества в газах

Разряд электричества в газах. а) Искровой разряд. Если полюсы электростатической машины (см. электричество) соединить с двумя небольшими шариками (примерно в 1 см диаметром), отстоящими на несколько миллиметров или сантиметров друг от друга, то, заставляя машину действовать, получим между шариками искру. Эта искра представляет собой путь, через который соединяются противоположные электричества, развиваемые машиной. Для возникновения искрового электрического разряда необходима известная разность потенциалов между шариками. Величина этой разности зависит, во-первых, от расстояния между шариками (причем с увеличением расстояния вдвое необходимая разность потенциалов увеличивается менее, чем вдвое); во-вторых, от диаметра шариков; в третьих, от газа, в котором происходит разряд: так, например, в воздухе (при атмосферном давлении) разрядная разность потенциалов примерно вдвое более, чем в водороде. б) Разряд при помощи острий получается, если в предыдущем опыте заменить шарики остриями (чаще ставят острие вместо одного из шариков, другой же шарик заменяют пластинкой). На конце острия можно видеть (в темноте) синеватую светящуюся кисточку. Если увеличивать разность потенциалов между электродами, то, в конце концов, эта форма разряда переходит в новую форму: в) кистевой разряд. Появляются отдельные светящиеся нити, образующие «кисти», или «пучки». При этом кисть, исходящая из положительного электрода, имеет значительную длину, тогда как отрицательная представляется просто светящейся точкой. г) Особую форму разряда представляет Вольтова дуга (см.). д) Выдающийся интерес представляет явление разряд в разреженных газах. Один на наиболее поучительных опытов производится здесь так: берется стеклянная трубка, длиной около 1 м, с впаянными по концам электродами в виде круглых пластинок. Электроды соединяются с полюсами источника тока высокого напряжения (Рюмкорфовой катушки или большой электростатической машины). Пока трубка наполнена воздухом при атмосферном давлении разряд между противоположно заряженными электродами ее не может происходить: расстояние электродов друг от друга является при данных условиях чересчур большим. Но если посредством воздушного насоса, дающего сильное разрежение, постепенно выкачивать из трубки воздух, то возникающие световые явления (опыт производится в темноте) указывают на наличие разряда. Уже при умеренном разрежении воздуха в трубке между ее электродами появляется (бесшумная) искра в виде лилового, прихотливо-изгибающегося шнура (откуда видно, что разреженный воздух легче делается проводником электричества, чем воздух обыкновенный). При дальнейшем выкачивании искра становится более бледной и широкой, ее контуры - более расплывчатыми; она принимает вид ленты, соединяющей анод и катод трубки. При разрежении, доходящем примерно до 2 мм ртутного столба, обнаруживается ясное различие между электродами. Поверхность катода постепенно одевается слоем голубоватого света, так называемым «катодным», или «отрицательным сиянием». Рядом с катодным сиянием появляется темное пространство, т. называемое «Фарадеево темное пространство». Остальная часть трубки до анода занята розоватым сиянием («положительное сияние»). Цвет положительного сияния зависит от природы газа, находящегося в трубке; при рассматривании в спектроскоп оно дает линейный спектр, свойственный данному газу. Изготовляются маленькие запаянные трубки, содержащие тот или иной газ и надлежащей степени разрежения и снабженные электродами по концам «Гейслеровы трубки» (см. рисунок); ими пользуются для наблюдения спектров различных газов (см. XXI, 475). Внимательно всматриваясь в картину, представляемую (при указанной степени разрежения) катодом, можно заметить, что между поверхностью катода и катодным сиянием есть еще два слоя: один — светлый (желтовато-красный), прилегающий непосредственно к поверхности катода («первый катодный слой»), другой — темный («Круксово темное пространство»)  ¹⁾. При дальнейшем разрежении воздуха в трубке положительное сияние распадается на светлые слои, разделенные темными промежутками. Число слоев делается все меньше, но как сами они, так и промежутки между ними делаются длиннее.

¹⁾ Аналогичные явления можно наблюдать в случае разряда при помощи острий в обыкновенном воздухе, если рассматривать острия и пространства между ними через микроскоп.

Катодное сияние также разрастается и отходит от катода. Появляется исходящий из катода слабый пучок голубоватых лучей (так называемых катодных лучей, см. XXIII, 625/26). Давление в трубке теперь около ¹/₂ мм ртутного столба. По мере дальнейшего откачивания катодное сияние удлиняется, но слабеет; положительное сияние быстро укорачивается и, наконец, исчезает; усиливается только пучок катодных лучей, который теперь распространяется вдоль всей трубки. В тех местах, где катодные лучи попадают на стекло, последнее флюоресцирует красивым зеленым светом.

Теперь давление в трубке составляет несколько тысячных долей миллиметра. В эту пору, можно сказать, вся трубка занята Круксовым темным пространством. Трубка с такой степенью разрежения называется «Круксовой трубкой». Если продолжать откачивание еще дальше, то катодный пучок утончается и, наконец, исчезает; флюоресценция гаснет. В конце концов, трубка делается совершенно темной. В это время течение электричества через трубку уже не имеет места. Световые явления, наблюдаемые при электрическом разряде в газах, носят общее название электролюминесценции (см. XXVII, 538). Объяснение этих явлений см. электричество.

Л. Бачинский.