Электрические явления в вакууме

Электрический ток, проходящий через вакуум,— это направленное движение электронов и ионов остаточного газа под действием разности потенциалов между электродами, находящимися в вакууме. Свободные электроны и ионы в газе обычно образуются при ионизации молекул остаточного газа. Ионизация остаточного газа может происходить под действием бомбардировки нейтральных молекул электронами, ионами а-частицами. Для ионизации необходимо, чтобы электроны, бомбардирующие молекулы, обладали энергией, превышающей энергию ионизации остаточного газа, называемую потенциалом ионизации. Потенциал ионизации кислорода 12,6 эВ, водорода — 13,6 эВ, оксида углерода—14,1 эВ, азота—14,5 эВ, аргона— 15,6 эВ.

Электроны в вакууме обладают тепловой энергией, зависящей от температуры, или электрической, зависящей от напряжения электрического поля. Под действием электрического поля с разностью потенциалов U электроны дополнительно к тепловой энергии получают энергию eU, измеряемую в электрон-вольтах (эВ). 1 эВ— энергия, которую приобретает электрон при движении между электродами, имеющими разность потенциалов в 1 В. Электроны, ускоренные разностью потенциалов всего в 1 В, имеют такую же энергию, как при температуре 7530°С без электрического поля.

Электропроводность вакуумного промежутка определяется концентрацией свободных электронов и соответственно зависит от остаточного давления.

При низком вакууме электропроводность мала. Это объясняется тем, что электроны имеют малую длину свободного пробега (длина свободного пробега обратно пропорциональна давлению газа).

При высоком вакууме электропроводность также мала ввиду малого количества молекул остаточного газа, способных к ионизации. Наибольшая электропроводность имеет место при среднем вакууме.

Пробивное напряжение, необходимое для протекания цепного процесса ионизации в данном газе и зажигания газового разряда, зависит от произведения давления газа на расстояние между электродами (по закону Пашена), а не от каждого из этих параметров в отдельности. Пробивное напряжение имеет наименьшее значение в области среднего вакуума. Прохождение электрического тока через разреженный газ в области среднего вакуума сопровождается свечением, цвет которого зависит от рода газа и давления: воздух светится розовым цветом, кислород — желтым, азот — оранжевым, гелий — розовым, пары воды — голубым, аргон — фиолетовым, неон — красным.