La corrente elettrica nei gas

La corrente elettrica nei gas

Obiettivi: studiare la scarica nei gas e vedere l'andamento di questa al diminuire della p  pressione.

Premesse Teoriche:

Un gas è un isolante, se un agente esterno produce ionizzazione (elettrizzazione) il gas diventa conduttore.

Esempi di agenti ionizzanti sono:

vicinanza a un forte campo elettrico

vicinanza a una fonte di calore

vicinanza a materiale radioattivo

o

vicinanza di raggi cosmici

vicinanza di raggi gamma.

L'andamento dell'intensità di corrente al variare del potenziale per un gas ionizzato(funzione caratteristica di un gas) è il seguente:

tra 0 e Vs (potenziale di saturazione): I cresce ma non proporzionalmente a V.

in questo tratto il numero di cariche che raggiungono nell'unità di tempo gli elettrodi è minore rispetto al numero di cariche che nell'unità di tempo sono stati prodotti dall'agente ionizzante

tra Vs e Ve(potenziale esplosivo): I rimane costante quella che "percorre" questo tratto è la corrente di saturazione.

tutti i portatori di cariche prodotti dall'agente ionizzante nell'unità di tempo raggiungono (nell'unità di tempo) gli elettrodi.

superato Ve: la I cresce molto rapidamente.

Dove  Vs = potenziale di saturazione

Ve = potenziale esplosivo

I = Intensità di corrente

La corrente cresce bruscamente perché si aggiunge all'agente ionizzante esterno un altro agente ionizzante interno che è il campo elettrico stesso fra gli elettrodi.

Essendoci un campo elettrico molto intenso di conseguenza la forza elettrica è molto intensa e gli elettroni urtano le molecole dei gas (quindi avviene una ionizzazione), che conducono elettricamente, dunque aumenta l'intensità. Questi ioni a loro volta ionizzano altre molecole e inizia così un processo a catena. Urtandosi le molecole perdono energia cinetica .

Per capire dopo di che si tratta quando si parlerà di Millibar andiamo ad approfondire un po':

1 tor = 1,3 *10² Pa

1 bar = 10⁵ Pa

100 bar = 10⁷ Pa = [10⁷ /(1,3 *10² )] tor = 0,75*10⁵ tor 10⁶ tor

100 mbar = 10^-l bar = 10⁴ Pa 10² tor

1 bar = 1 tor

Materiale :

tubi contenenti il gas

Pompa a vuoto

Generatore di corrente

Cavi di collegamento

Procedimento:

Colleghiamo il tubo per mezzo di due cavetti ad un generatore di corrente e ad una pompa a vuoto. Dopo aver dato corrente con un voltaggio compreso tra 0 e 10 KVolt abbiamo con la pompa a vuoto "risucchiato"l'aria: con la pressione a 800 Millibar non capita niente, continuando a togliere aria la pressione si abbassa;a pressioni comprese fra 100 e 10 millibar la scarica assume la forma di una colonna luminosa e silenziosa che occupa tutto lo spazio fra gli elettrodi, detta colonna positiva o scarica a bagliore.

A pressioni via via più basse, la colonna positiva appare interrotta da uno o più spazi oscuri, che si allargano sempre di più, mentre intorno al catodo si forma una seconda colonna, detta luce negativa.

Infine per pressioni intorno a 10^-3 millibar, ogni luminosità all'interno del tubo se, mentre le pareti del tubo poste di fronte al catodo assumono una tipica colorazione verde fluorescente e la resistività del tubo sale a valori molto elevati.

A tale pressione il gas è talmente rarefatto che gran parte degli elettroni attraversa il tubo senza incontrare molecole di gas con cui eventualmente avere urti; si parla allora di conduzione nel vuoto.

È possibile interrompendo il flusso degli elettroni all'interno del tubo con un materiale quali i metalli bloccare il fascio luminoso emesso dagli urti tra elettroni e molecole di gas e di conseguenza avere una proiezione della forma dell'oggetto che abbiamo inserito all'interno del tubo. Nel nostro caso la lamina di metallo era a forma di croce.

Osservazioni:

Il colore della luce emessa varia al variare del gas presente all'interno del tubo.

Conclusioni:

abbiamo notato che la pressione influisce sulla scarica di un tubo a raggi catodici e grazie all'esperienza abbiamo verificato la veridicità delle premesse teoriche.