§ 101. Что происходит при тлеющем разряде?

При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, значит, в газе все время поддерживается сильная ионизация. При этом в отличие от дугового разряда катод все время остается холодным. Почему же в этом случае происходит обильное образование ионов?

Падение потенциала или напряжение на единице длины (т. е. ) газового столба в тлеющем разряде различно в разных частях разряда. Если впаять по длине трубки ряд платиновых проволочек, то, присоединяя электрометр к различным проволочкам (рис. 163), можно измерять напряжение  между различными точками разряда, в частности между любой точкой столба и катодом. Откладывая на графике по оси ординат это напряжение, а по оси абсцисс расстояние  рассматриваемой точки от катода, мы получим кривую, изображенную на рис. 163 вверху. Мы видим, что почти все падение потенциала приходится на темное пространство. Разность потенциалов, существующую между катодом и ближайшей к нему границей темного пространства, называют катодным падением потенциала. Оно измеряется сотнями, а в некоторых случаях и тысячами вольт. Опыт показывает, что наличие катодного падения является самым важным признаком тлеющего разряда; без катодного падения тлеющий разряд не может существовать.

Рис. 163. Распределение потенциала в тлеющем разряде:  – напряжение между данной точкой разряда и катодом,  – расстояние от катода вдоль трубки

Значение катодного падения заключается в том, что положительные ионы, пробегая эту большую разность потенциалов, приобретают большую скорость. Так как катодное падение сосредоточено в тонком слое газа, то здесь почти не происходит соударений ионов с атомами газа, и поэтому, проходя через область катодного падения, ионы приобретают очень большую кинетическую энергию. Вследствие этого при соударении с катодом они выбивают из него некоторое число электронов, которые начинают двигаться к аноду. Проходя через темное пространство, электроны в свою очередь ускоряются катодным падением потенциала и при соударениях с атомами газа в более удаленной части разряда (в положительном столбе) производят ионизацию ударом. Возникающие при этом положительные ионы опять ускоряются катодным падением и выбивают из катода новые электроны и т. д. Таким образом, происходит образование все новых и новых ионов, и разряд продолжается до тех пор, пока на электродах поддерживается необходимое напряжение. Мы видим, что причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются ударная ионизация и выбивание электронов из катода положительными ионами.

Из сказанного следует, что чем прочнее связаны электроны в металле катода, тем большую энергию должны приобрести положительные ионы для их выбивания, а значит, и тем большее катодное падение должно быть в разряде. Поэтому катодное падение потенциала зависит от материала катода. Опыт показывает, что оно зависит еще и от рода газа. Подбирая соответствующим образом материал катода и газ в разрядной трубке, можно сделать катодное падение очень малым. На рис. 164 показана неоновая лампа тлеющего разряда. Электродами служат листочки железа 1 и 2, покрытые слоем бария, из которого электроны выбиваются особенно легко. В этом случае катодное падение равно всего 68 В, и поэтому лампа зажигается уже при включении в городскую осветительную сеть. Если ток сети переменный, то роль катода выполняют попеременно листочки 1 и 2.

Рис. 164. Неоновая лампа