Conduzione elettrica nei gas

Conduzione elettrica nei gas

Un gas perfettamente neutro non conduce l'elettricità, perché non ha cariche

elettriche libere. Tuttavia agenti esterni, come particelle cariche e radiazione

elettromagnetica, investendo le molecole neutre del gas, le ionizzano,

strappando qualche elettrone fra quelli più esterni, se nell'urto cedono una

quantità di energia superiore a quella di ionizzazione che è di alcuni eV; ciò

avviene nell'assorbimento della radiazione e nell'urto delle particelle cariche,

sia emesse dalle sostanze radioattive della crosta terrestre che presenti nei

raggi cosmici.

Ne segue che ogni gas ha sempre qualche molecola ionizzata; gli elettroni

perduti possono essere catturati da molecole neutre, se queste hanno una

sufficiente affinità elettronica, oppure vagano nel gas insieme con gli ioni

positivi. Ne segue che i gas conducono in condizioni normali debolmente

l'elettricità, grazie alla presenza di ioni ed elettroni.

L'effetto dei raggi cosmici diventa sempre più intenso con l'aumentare

dell'altezza dal suolo; a 100 Km dal livello del mare l'atmosfera presenta una

notevole ionizzazione (ionosfera), importante per la propagazione delle

radiazioni elettromagnetiche.

II potere dispersivo delle punte e la scarica di un corpo nell'atmosfera sono

possibili per il fatto che l'aria contiene alcuni elettroni e ioni, cioè molecole

che hanno perduto o acquistato qualche elettrone. Le molecole dell'aria si

muovono disordinatamente a causa dell'agitazione termica, ma non hanno

energia sufficiente per ionizzare per urto le molecole neutre; la stessa cosa può

dirsi dei pochi ioni prodotti dagli agenti ionizzanti esterni.

Se però si genera un campo elettrico, per esempio a mezzo di una d.d.p.

applicata a due elettrodi contenuti in un tubo pieno di aria o di altro gas, gli ioni

presenti sono accelerati ed acquistano così energia cinetica. Con un campo

opportunamente intenso, l'energia cinetica acquistata dagli ioni può diventare

sufficiente per ionizzare altre molecole; si ha in tal caso una moltiplicazione di

ioni.

Inoltre l'applicazione del campo elettrico provoca un moto ordinato di ioni, e

quindi una corrente elettrica, chiamata scarica.

L'intensità del campo necessario perché gli ioni possano ionizzare molecole

neutre dipende anche dalla pressione del gas. Infatti con un determinato

campo elettrico l'energia acquistata da uno ione dipende dalla distanza (libero

cammino medio) percorsa in media tra un urto ed il successivo, che a sua volta

è una funzione della pressione. In altri termini la produzione o meno di ioni

dipende dal rapporto tra l'intensità del campo e la pressione (legge di

Paschen).

I fenomeni che generalmente avvengono quando un gas è attraversato da

corrente elettrica prodotta da una d.d.p. sono piuttosto complessi: gli ioni

accelerati possono produrre emissione di elettroni dagli elettrodi, possono

formare un addensamento di carica intorno agli elettrodi (carica spaziale) e gli

ioni di segno opposto possono anche combinarsi ed originare una molecola

neutra.

Un altro fenomeno importante è l'eccitazione: gli ioni, oltre che ionizzare

molecole, possono anche cedere energia alle molecole portandole in uno stato

eccitato. Le molecole poi ritornano nel loro stato fondamentale, emettendo

sotto forma di radiazione l'energia che avevano prima assorbito. Una discreta