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Es müssen frei bewegliche (wanderungsfähige) Ladungsträger vorhanden sein: Bei Gasen handelt es sich um positiv geladene Ionen und Elektronen, die in unterschiedlicher Weise erzeugt werden können. |
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Es muss im betreffenden Raumbereich ein elektrisches Feld existieren: Das wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen zwei Elektroden, der Anode und der Katode, erreicht. |
Der Verlauf des elektrischen Leitungsvorganges in Gasen ist dadurch gekennzeichnet, dass
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sich Ionen und Elektronen im Gas in einer Vorzugsrichtung bewegen; die Geschwindigkeiten können dabei in Abhängigkeit von der angelegten Spannung sehr unterschiedlich sein; |
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die gerichtete Bewegung der Ionen und Elektronen
durch Zusammenstöße mit den anderen Teilchen des Gases
behindert wird. Charakteristisch ist dabei das Auftreten von Leuchterscheinungen.
Es wird also Energie in Form von Licht abgegeben. |
Erzeugung von Ladungsträgern
in Gasen
Die für elektrische Leitungsvorgänge in Gasen erforderlichen
Ladungsträger können in unterschiedlicher Weise erzeugt werden.
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(1)
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Dem Gas wird Energie in Form von Wärme oder Strahlung (kurzwellige und damit energiereiche elektromagnetische Strahlung wie Röntgenstrahlung oder radioaktive Strahlung) zugeführt. Dabei erfolgt eine Ionisierung des Gases. Von den Gasmolekülen werden Elektronen abgespalten. Es sind dann Elektronen und positiv geladenen Gasionen vorhanden (Bild 3), die sich beim Vorhandensein eines elektrischen Feldes gerichtet bewegen. |
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(2)
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Wird eine hinreichend große Spannung angelegt und ist der Druck im Gas relativ klein, so werden die stets vorhandenen wenigen Ladungsträger stark beschleunigt. Ihre Energie kann so groß sein, dass sie aus Gasmolekülen Elektronen herauslösen. Ein solcher Prozess geht in der Regel lawinenartig vor sich und wird als Stoßionisation bezeichnet. |
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(3)
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Ladungsträger (Elektronen) können auch
durch Glühemission
oder durch Fotoemission
erzeugt werden. |
Unselbständige
und selbständige Gasentladung
Untersucht man die Verhältnisse in einem Gas genauer, dann ergeben
sich charakteristische Zusammenhänge zwischen der anliegenden Spannung
und der Stromstärke. Wir betrachten dazu die Vorgänge in einer
Gasentladungsröhre, in der ein relativ niedriger Druck herrscht.
Das Gas werde nicht beeinflusst.
Legt man eine kleine Spannung an, so fließt ein geringer Strom,
der sich aus den zufällig vorhandenen Gasionen und Elektronen zusammensetzt.
Bei Vergrößerung der Spannung steigt dieser Strom an (Bild
4) und erreicht schließlich einen Wert, der sich bei weiterer Vergrößerung
der Spannung nicht mehr ändert. Das bedeutet: Die Stromstärke
wird durch die zufällig vorhandenen Ionen und Elektronen begrenzt.
Alle vorhandenen Ladungsträger sind am Leitungsvorgang beteiligt.
Man befindet sich in einem Sättigungsbereich (Bild 4). Bis dahin
spricht man von einer unselbständigen Gasentladung.
Oberhalb einer bestimmten Grenzspannung erlangen Elektronen eine solche
Energie, dass sie von Gasmolekülen weitere Elektronen abspalten können.
Es tritt Stoßionisation auf. Man spricht von einer selbständigen
Gasentladung. Die Stromstärke steigt meist sehr schnell an, häufig
sogar steiler, als es in der grafischen Darstellung gezeichnet ist. Die
selbständige
Gasentladung ist mit Leuchterscheinungen unterschiedlicher Art verbunden.
Leuchterscheinungen
in Gasentladungsröhren
Die in Gasentladungsröhren
auftretenden Leuchterscheinungen
sind sehr vielfältig. Sie hängen u.a. ab
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von der Art des Gases, |
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vom Druck im Gas, |
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von der anliegenden Spannung. |