В тлеющем разряде, как и во всяком другом, есть два встречных потока зарядов: электроны движутся к аноду, а положительные ионы — к катоду. Последние вблизи катода сильно разгоняются и, ударяясь о катод, выбивают из него электроны. Эти электроны подхватываются электрическим полем, на своем пути ионизируют газ и заставляют его светиться.
Ученые потратили немало усилий, прежде чем выяснили, почему так неравномерно электрическое поле в пространстве катод — анод, почему движение зарядов напоминает движение воды в порожистой горной реке. Причиной оказалось то, что во время разряда в трубке возникают так называемые пространственные заряды. Например, в темном катодном пространстве оказывается больше положительных зарядов — ионов, потому что электроны значительно легче ионов и электрические силы «выметают» их быстрее, чем ионы. В результате число ионов преобладает над числом электронов и в данном месте возникает положительный пространственный заряд.
Возникают пространственные заряды и в других частях разряда.
Сказанного достаточно для того, чтобы понять сложность поведения зарядов в тлеющем разряде.
Тлеющий разряд привлекает внимание многих ученых. Он давно поставлен на службу человеку. Поэтому, когда вы слышите слова «тлеющий разряд», не думайте, что плазма этого разряда способна только «тлеть», не принося никакой пользы. Нет, она способна «работать» ничуть не меньше и не хуже, чем плазма других, более мощных разрядов.
Современная техника часто пользуется электрическими напряжениями в десятки и в сотни тысяч вольт. Появление устройств на такие напряжения столкнуло специалистов с интересным явлением. Оно выражалось в том, что около металлических деталей, особенно заостренных, находящихся под высоким напряжением, появлялся светящийся слой ионизированного газа — своеобразная корона. Сомнений быть не могло: на этих деталях возникал электрический разряд.
Разряд этот без всякого на то «разрешения» расходовал драгоценные киловатт-часы электроэнергии, мешал правильной работе тех или иных установок.
Чтобы успешно бороться с каким-либо вредным явлением, нужно хорошо его изучить. Ученые справились с этой задачей, и сейчас с коронным разрядом не только успешно борются, но и в определенных случаях заставляют его приносить пользу.
Что же удалось узнать про коронный разряд?
Оказывается, этот разряд возникает только тогда, когда электрическое поле в разрядном промежутке очень неравномерно, искажено. Для этого один или оба электрода должны быть заострены, или, как говорят, должны иметь малый радиус кривизны. Кроме того, в отличие от тлеющего разряда давление газа должно быть достаточно большим.
Предположим, мы решили получить коронный разряд в воздухе. Для этого возьмем обыкновенный шаровой разрядник, в котором один шар заменим конусообразным острием.
Подключив к этим электродам источник высокого напряжения, начнем постепенно увеличивать напряжение, приложенное к разрядному промежутку.
Амперметр, еще до появления разряда, покажет очень небольшой ток. Это возник так называемый тихий разряд. Электрические силы, появившиеся в пространстве катод — анод, создали движение ионов и электронов-одиночек, возникающих, например, под влиянием космических лучей. Тихий разряд почти невидим, в нем еще нет плазмы.
Но вот прибавили напряжение. На острие появляется светящаяся точка. С ростом напряжения она все больше и больше увеличивается, все ярче и ярче начинает светиться. Этот слой плазмы с острыми язычками, прилепившийся к электроду, и есть корона.
Около острия электрические силовые линии сгущены, поле здесь сильнее действует на заряженные частицы. Благодаря этому электроны оказываются в состоянии ионизировать газ и образовывать лавины зарядов. Вне коронирующего слоя ионизации газа нет.
Как же там образуется ток? Кто выполняет роль переносчиков зарядов?
Делают это ионы, либо положительные, либо отрицательные, в зависимости от того, какой электрод коронирует. Коронный разряд, полученный по схеме, изображенной на рисунке, возникает у катода, так как именно катод заострен. В непосредственной близости от острия в светящемся слое плазмы происходит ионизация молекул и атомов газа. Положительные ионы притягиваются к острию, а электроны устремляются за пределы плазмы к шару-аноду. Они «прилипают» к нейтральным молекулам и образуют отрицательные ионы. Эти ионы и являются переносчиками зарядов в сторону анода.