Второе, также очень важное, отличие ионной проводимости газов от ионной проводимости электролитов состоит в том, что для газов не соблюдается закон Ома. Измеряя силу тока I, протекающего через газовый промежуток, и напряжение U на его границах (электродах), мы найдем, что зависимость I от U (так называемая вольтамперная характеристика) имеет довольно сложный характер. В то время как для проводников, подчиняющихся закону Ома (в том числе и для электролитов), вольтамперная характеристика имеет вид наклонной прямой, показывающей пропорциональность между величинами I и U, для газов, в зависимости от характера разряда, она имеет разнообразную форму.
В частности, в случае несамостоятельной проводимости, изображенном на рис. 148, получается график, показанный на рис. 149. Только при небольших значениях U график имеет вид прямой, т. е. закон Ома приближенно сохраняет силу; с ростом U кривая загибается и, начиная с некоторого напряжения — обычно нескольких десятков вольт,— переходит в горизонтальную прямую. Это означает, что, начиная с некоторого напряжения, ток сохраняет постоянное значение,, несмотря на увеличение напряжения. Это постоянное, не зависящее от напряжения значение силы тока называют током насыщения.
Нетрудно понять смысл полученных результатов. Вначале с ростом напряжения увеличивается число ионов, проходящих за единицу времени через сечение разряда, т. е. увеличивается ток I, ибо ионы в более сильном поле движутся с большей скоростью. Однако, как бы быстро ни двигались ионы, число их, проходящее через это сечение за
Рис. 149. Ток насыщения при несамостоятельной проводимости газа
207
единицу времени, не может быть больше, чем общее число ионов, создаваемых в разряде в единицу времени внешним ионизующим фактором. Если, например, горелка создает за 1 с миллион пар ионов, каждый из которых имеет заряд 1,60•10-19 Кл, то максимальный заряд, проходящий через газ за 1 с, т. е. максимальный ток, равен 106 •1,60•10-19=1,60•10-13 Кл/с=1,60•10-13 А. Это и есть значение тока насыщения в данном случае. Если бы ионизующий фактор был сильнее, т. е. создавал бы в 1 с больше ионов, то и значение тока насыщения было бы больше. Однако и в этом случае предельная сила тока определялась бы действием ионизующего фактора, а не напряжением, т. е. имело бы место насыщение. Только в том случае, когда ионизующий фактор настолько силен, что даже при больших напряжениях электрическое поле не успевает уводить все образующиеся ионы,
мы не будем иметь насыщения. Это и имеет место в электролите, где вследствие электролитической диссоциации (§ 71) скорость образования ионов чрезвычайно велика. Поэтому для электролитов мы всегда имеем лишь начальную часть кривой, изображенной на рис. 149, т. е. для них соблюдается закон Ома *).
Опыты показывают, однако, что если после достижения тока насыщения в газе продолжать значительно повышать напряжение, то ход вольтамперной характеристики, представленной на рис. 149, внезапно нарушается. При достаточно большом напряжении ток резко возрастает (рис. 150). далее