Електрони та їх роль в електричному струмі - Фізика - Скачать бесплатно

В С Т У П

З початком відкриття електрона вченими Йоффе і

Мілікена , житті людства настала нова ера . Пізніше були виведені

закони постійного струму,розпочалося будівництво електростанцій.

На основі дії електричного струму людство почало застосовувати

нові технології і прилади , що змінили життя мільйонам, відбулась

індустріальна революція , погляди на життя змінилися. Тепер не

можливо уявити собі світ без напрямленого руху електронів.

Напрямлений рух електронів зумовлюється силами стаціонарного

електричного поля , наявність якого є однією з необхідних умов

існування струму.

Електричним струмом називається упорядкований рух заряджених

частинок під дією електричного поля. До заряджених частинок

відносяться електрони , іони , протони. Оскільки протони

знаходяться в ядрі атома , то вони ніякої ролі не можуть мати в

процесі передачі електричного струму . З технічної точки зору

електричний струм передається по металевих провідниках , у яких

основними носіями є електрони.

“ ЕЛЕКТРОНИ ТА ЇХ РОЛЬ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ

СТРУМІ ”

( НАУКОВИЙ РЕФЕРАТ)

ПЛАН

1 . Як відкрили електрон ?

2 . Дрейф електронів в металах .

3 . Як Ом математично розробляв свій закон .

4 . Четвертий стан речовини .

- 1 -

1 . Як відкрили електрон ?

Існування найдрібніших частинок , що мають найменший електричний заряд доведено багатьма дослідами. Електричний заряд одна з основних властивостей електрона. Не можна собі уявити , що цей заряд можна “ зняти” з електрона , вони невіддільні один від одного.

Електрон частинка з найменшим від’ємним зарядом.

-31

Маса електрона м =9,1*10 кг.

-19

Заряд електрона е=1,6 *10Кл.

Перенесення заряду – це перехід з одного тіла на інше . Щоб уявлення про заряд електрона зробити наочнішим , зазначимо , що коли в провіднику сила струму дорівнює 1А , тобто за 1с

18

переноситься 6,288 *10 електронів. Через лампочку потужністю

18

60 Вт при напрузі 120 В за секунду проходить 3,144 *10 електронів!

Мимоволі виникає запитання , наскільки можна вірити наведеним числам . Що це – сміливе припущення чи результат дійсних вимірювань ? Якщо вимірювань , то ким , коли і як ці вимірювання зроблені.

Історія електрона починається з другої половини 19 ст. ,коли англійський фізик Фарадей установив закон електролізу . Розкладання хімічних сполук під дією електричного струму було відоме ще до Фарадея. Саме слово “електроліз” він увів , так само як і терміни “електроліти” для розчинів кислот , солей , лугів і основ , “електроди “ для полюсів , підводять до рідини струм , “іони” для частинок , на які розпадається розчинена речовина . Зазначимо , що слово “іон” грецьке , в перекладі означає “подорожній” , “мандрівник”. Розкладання електролітів на іони –

електролітична дисоціація – зумовлюється не електричним струмом, а тим , що вода має властивість у 81 раз послаблювати притягання між іонами в кристалічній решітці хімічних сполук.

Наша основна мета – з’ясувати , як зародилася думка про існування електронів. Власне кажучи , на цю думку наштовхує вже закон електролізу , встановлений Фарадеєм.

- 2 -

Закон електролізу формулюється так : маса речовини , яка виділяється на електроді за час t під час проходження електричного струму , пропорційна силі струму і часу : m=klt , де k- коефіцієнт пропорційності , що залежить від природи речовини .

У 1879 р. Уільям Крукс прочитав перед Лондонським Королівським товариством доповідь під заголовком “Молекулярна фізика при великих розрідженнях”. У цій доповіді він показав , що коли відкачати повітря в трубці з впаяними електродами , то в трубці на протилежному до катода кінці при високій напрузі виникає зеленувате світіння скла – фосфоресценція. Якщо позитивний полюс впаяти в інше місце , то світіння все одно виникає на кінці протилежному до поверхні катода , ніби від катода йде потік проміння в прямому напрямі (катодне проміння).Розміщуючи на шляху катодного проміння металевий екран , наприклад ,у вигляді зірки , можна дістати тінь його в зеленувато-фосфореціюючій ділянці трубки ; це ще більше підтверджує прямолінійність катодного проміння (мал.№1).

У Кембриджі працював один з найвидатніших фізиків 19 ст. Джозеф Джон Томсон . Він ретельно дослідив катодне проміння .

Визначні в історії фізики досліди Томсона на відхилення катодного

Проміння в магнітному або електричному полі показали , що катодне проміння – це пучок швидких електрично заряджених частинок. Томсону довелося довести , що заряд цих частинок тотожний елементарному заряду, виявленому Фарадеєм у дослідах з електролізу. Отже, катодне проміння – це потік заряджених частинок-електронів. Оскільки електричний струм має магнітні властивості, то природно, що електрони, які летять в трубці ,відхиляються під впливом магніту. Електричне поле також діє на заряджену частину.

Томсон ставив досліди в багатьох варіантах. Малюнок № 2 показує одну з установок, які він застосував: на малюнку виділено частину цієї установки, яка дасть змогу зрозуміти ідею досліду.

Камінь кинутий горизонтально, відхиляється від горизонтальної лінії силою земного притягання. Так само електрон відхиляється силою, з якою діє на нього магнітне чи електричне поле. Для

- 3 -

магнітного поля ця сила F=BeV , де В – магнітна індукція , е- заряд електрона .V- швидкість його руху. Для електричного поля відхиляюча сила дорівнюватиме Ее. Під дією цієї сили електрон набуде прискорення а= Ее/m в напрямі до нижньої позитивно зарядженої пластинки конденсатора і зміститься від горизонталі на

2 2

відстань S=1/2at=1/2*Ee/m*t.Час проходження між пластинками конденсатора довжиною l знайдемо за формулою рівномірного руху t=l/V.Підставляючи це значення у формулу для S , дістанемо :

2 2 2 2

½*Ee/m*t/V . Звідси e/m*1/V=2S/Et.

Величини правої частини рівняння можна визначити з досліду , а в лівій частині залишаються дві невідомі : відношення e/m і швидкість V. Щоб визначити швидкість , Томсон застосував метод зрівноважування дії електричного поля дією відповідно підібраного магнітного поля . Тоді світна пляма на екрані залишиться нерухомою на осі приладу . Оскільки при цьому електрична і магнітні сили рівні , то Ee=BeV, звідки V=E/B.

Визначивши швидкість , можна за попередньою формулою знайти й відношення e/m . Дослід повторювали багато разів ; тепер

11

приймають , що e/m =1,76*10 Кл/кг.

Томсону належить і перший метод визначення й маси електрона . Для цього він спостерігав осадження в скляній посудині хмарки з дрібненьких водяних краплинок , які сконденсувалися з насиченої водяної пари на іонах водню.

Звідки ж беруться електрони в описаних дослідах з вакуумними трубками ? Вони вибиваються з металу катода ударами іонів газу , невелика кількість якого повинна залишатися в трубці .

Електрони – складова частина кожного атома кожної речовини . Але чому ж тоді метали , наприклад , не заряджені ? Очевидно , до складу атома входять ще й позитивні заряди , що зрівноважують заряд електронів . Томсон зображав модель атома як суцільну кульку з рівномірно розподіленим в об’ємі позитивним зарядом ;

усередині кульки , говорив він , містяться електрони , наче ізюм в пудингу . Пізніше в результаті тонких і складних експериментів учені прийшли до планетарної моделі атома , за якою атом являє

- 4 -

собою , ніби планетарну систему в малому масштабі . Роль Сонця в атомній системі виконує позитивно заряджене ядро, навколо якого,

як планети в Сонячній системі , обертаються електрони . Цю модель атома запропонував англійський фізик Резерфорд у 1911 р.

Найпростіший атом – атом водню має лише один електрон і відповідно до цього найпростіше ядро з одним позитивним , зарядом , що дорівнює заряду електрона . Ядро з таким зарядом назвали протоном . В електрично нейтральному атомі кількість електронів дорівнює кількості протонів .

- 5 -

2 . Дрейф електронів в металах .

Слово “дрейф” запозичене з морської термінології від англійського drift , що означає знесення , відхилення від курсу судна в морі вітром або течією .

Що таке електричний струм ?

Струмом називають упорядкований рух заряджених частинок –

електронів у металевих провідниках , іонів у розчинах солей , лугів, електронів та іонів у зо світних лампах ?Особливо в металах ,

бо якщо в рідинах і газах рух зарядів можна спостерігати за різними світловими ефектами , то рух у металевих проводах залишається повністю прихованим і можемо спостерігати лише теплову або магнітну дію “електричного струму” .

Як же було доведено наявність руху електронів у металевих проводах ? Ідея проведення перших якісних дослідів , які безсумнівно довели , що струм у проводах – це рух електронів , належать академікам Л.І.Мандельштаму, і М.О.Паплексі (1912) .

Ця ідея надзвичайно проста . Потрібно було тільки довести , що деякі з електронів не зв’язані міцно з ядром атом , а вільно рухається в просторі між атомами . Уявіть тепер , що кусок металевого дроту швидко рухається в напрямі , показаному стрілкою (мал.№3) , несучи з собою електрони , які містяться в цьому куску . Що станеться , коли його раптово зупинити ? Вільні не зв’язані міцно з атомом електрони відповідно до закону інерції зміщуються в напрямі руху дротини . Тому на передньому кінці виникає надлишок електронів , а на протилежному – нестача . Надлишок електронів створює на передньому кінці дротини негативний заряд , нестача – позитивний . У тому , що виникають ці два полюси можна переконатись , виявляючи чутливим приладом струм . У дослідах Мандельштаму і Папалексі використовуючи не прямий провідник , а котушку з дуже довгого і тонкого ізольованого дроту , яка здійснювала крутильні коливання навколо своєї осі . Струм , який виникав під час зміни напряму повертання котушки , йшов то в одному , то в протилежному напрямі , залежно від того , який бік поверталася котушка . Цей змінний струм виявили за допомогою телефону.

- 6 -

У 1916 р. дослід у трохи зміненому варіанті повторили Толмен і Стюарт , які виявили струм чутливим гальванометром . За відхилення стрілки гальванометра можна було визначити , що струм утворювався рухом негативних зарядів . У цьому ж досліді знову вдалося визначити відношення заряду електрона до його маси .

Виникає запитання , звідкіля беруться вільні електрони в металі , чому вони не надають йому негативного заряду , якщо вони вільні ? У кристалі металу вільні електрони рухаються між вузлами решітки безладно , подібно до того , як рухається молекули газу (мал. № 4).Хоч молекули мають велику швидкість , вони не проносяться , як кулі , від однієї стінки до іншої . У результаті взаємодії із сусідами вони виписують складні траєкторії . Так само й електрони описують подібні складні траєкторії у результаті “зіткнень” з вузлами решітки і між собою . Звідки виник вираз “електронний газ “ для того , в якому перебувають вільні електрони в металі .

Зрозуміло , не треба спрощено уявляти собі “зіткнення “ електронів . У дійсності взаємодія полів окремих електронів та іонів змінює напрям і модуль їхніх швидкостей . Під час ” зіткнень”

електрони розлітаються зовсім не від справжнього їх доторкання .

Внаслідок безладного руху вільних електронів у металі і величезної кількості електронів в одиниці об’єму в одному якому-небудь напрямі рухається стільки ж електронів , скільки їх рухається в протилежному напрямі .

Тому , коли немає зовнішнього електричного поля , сумарний заряд , що переноситься в будь-якому напрямі , дорівнює нулю , тобто струму немає . А те , що сума всіх негативних зарядів електронів дорівнює сумі всіх позитивних зарядів іоні , пояснює , чому загальний заряд металу також дорівнює нулю .

Якщо до кінців дроту прикласти електричну напругу , приєднавши їх , наприклад , до полюсів акумулятора , то в провіднику встановиться електричне поле . Воно діятиме на електричні заряди й спричинюватиме їх додатковий рух . В електронному газі виникає “електричний вітер” у напрямі до позитивного полюса , але при цьому електрони збережуть і

- 7 -

безладний рух . Повна аналогія до того , як у повітряних масах , що їх гонить вітер , зберігається хаотичний , тепловий рух молекул .

Перед нами “дрейф “ електронів . Внаслідок зіткнень , точніше , впливу атомних полів , середня швидкість “ дрейфу “ електронів у провіднику залишається сталою (мал. № 5 ) .Тут маємо випадок , подібний до падіння в повітрі сніжинок або пушинок . Незважаючи на сталу дію сили тяжіння , вони падають не в рівномірно прискореному русі , як це було б безповітряному просторі , а в середньому рівномірному .

Яка ж швидкість електричного струму ?

Швидкість руху окремих електронів протягом їх вільного пробігу величезна і досягає більше ста кілометрів за секунду , але швидкість упорядкованого руху електронів мала .Весь час затримуючись і відхиляючись від курсу , електрони переміщується

вперед повільніше , ніж равлик . Равлик проповзає за 1 с. в

2 середньому 1мм., електрон у мідному дроті перерізом 1мм при силі

струму 6 А переміщується в напрямі проводу з швидкістю0,03 см/c.

Але чи можна сказати , що швидкість електричного струму в проводах мала ? Адже досить повернути вимикач , і електричні лампи негайно засвічуються .Щоб зрозуміти це , потрібно з’ясувати для себе , що саме ми розуміємо під швидкістю струму. Це не швидкість поширення руху електронів – це швидкість поширення електромагнітного поля, що зумовлює напрямлений рух електронів.

Швидкість поширення електромагнітного поля дорівнює 300000м/c.

Електрони входять до складу всіх елементів . Але чому різні речовини мають різну провідність щодо електричного струму ? Щоб з’ясувати це , звернемося до теорії будови атомів . Тепер відомо понад 100 різних елементів . Вивчати їх властивості допомагає періодична система Менделєєва . Розмістивши елементи за періодами , він склав таблицю , в якій хімічно споріднені елементи утворили групи , подібні за властивостями . Пізніше електронна атома розкрила фізичну причину періодичного закону Менделєєва .

Хімічні властивості елементів залежать від характеристики групування електронів навколо ядра . Електрони обертаються

- 8 -

навколо ядра , розміщуючись послідовно в різно віддалених від нього шарах електронів може бути не більше ніж 2, 8, 18, 32.

При цьому на крайній зовнішній оболонці електронів не може бути більше 8. Це наочно показано в таблиці елементів нульової групи

(інертних газів ) .

В елементів інших груп зовнішня оболонка не заповнена , тобто має менше 8 електронів . У першій групі на зовнішній оболонці є один електрон , у другій –2 і т.д. Схеми атомів нульової групи ( He , Na ) і першої групи ( Li , Na ) показують , що єдиний електрон обертається на зовнішній , найвіддаленішій орбіті елементів літію і натрію , порівняно з розміщенням електронів в атомах гелію і неону . Віддаленість від ядра означає й значне ослаблення зв’язку між зарядами ядра і електрона . Такий електрон може покинути свій атом і перейти до сусіднього атома , потім до іншого і т.д. Властивість втрачати свої зовнішній електрони мають також інші метали . Цю особливість легко пояснити , бо кількість електронів на зовнішній оболонках атомів металу 1,2,3.

Метали – “розтратники “ електронів . Вивільнені електрони й надають металу доброї електропровідності . Кількість вільних електронів у металах близька до кількості атомів у металі , в усякому разі вона дуже велика .Це пов’язано з тим , що від кожного атома , як уже було сказано , відокремлюється по одному або й більше електронів які й “блукають “ між позитивними іонами решітки . Іони решітки перебувають при цьому в коливальному стані . Під час проходження струму “дрейфуючі “ електрони , стикаючись з іонами , віддають набуту від зовнішнього поля енергію , тому коливання решітки посилюється – металевий провідник нагрівається струмом .

- 9 -

Опір металів залежить також від температури . З підвищенням температури він збільшується , бо “пробиватись “ електронам серед іонів , які швидко коливаються , важче , ніж у тому разі , якби іони рухалися повільніше або зовсім були нерухомими .

- 10 -

3 . Як Ом математично розробляв свій закон .

Перші свої досліди Ом провадив , користуючись власноручно виготовленим вольтовим стовпом і гальваноскопом. При цьому він помітив , що сила струму в електричному колі падає після його замикання . Після розмикання кола батарея через якийсь час знову відновлюється . Даючи відгук про одного з перших праць Ома , видавець журналу фізик Поггендорф зазначив , що було б бажано , щоб автор повторив свої експерименти з більш сталим джерелом струму , а саме з термоелементом . Ом почав використовувати термоелемент із зігнутих під прямим кутом вісмутової і мідної смужок , кінці яких скріплювалися гвинтами . Один кінець термоелемента був у киплячій воді , а другий – обкладали танучим льодом . Від полюсів дротини опускались в чашки з ртуттю . Коло замикалося дротинами різної довжини , що приєднувалися до тих самих чашок . Силу струму визначали його дією на магнітну стрілку , підвішену на нитці над дротиною , що йде від термоелемента . Закручуючи нитку в бік , протилежний відхиляючий дії сили струму , вдавалося повернути її до початкового положення , в площину магнітного меридіана . В одному з дослідів Ома мідні дротини , які він вмикав в коло , послідовно замінюючи їх , мали довжину 2,4,6,10,18,34,66,180 дюймів і товщину 7/8 лінії ( 1 лінія = 1/10 дюйма ). Силу струму вимірювали за кутом закручування нитки. Це дало такі результати :

Ці числа досить задовільно можна виразити за формулою X=a/b+x , де х – це сила магнітної дії при довжині введеної дротини х ; а і b – сталі величини , які залежать від збуджувальної сили і опору інших частин кола . Якщо , наприклад , покласти ,

- 11 -

що b - дорівнює 20,25 і а=6800 , то дістанемо такі значення :

Якщо порівняти ці числа , здобуті розрахунками , з числами , здобутими раніше з досліду , то видно , що між цими двома рядами чисел є лише незначна різниця , цілком допустима в подібних дослідженнях .

Силу струму в формулі Ома позначають буквою І ; а – електрорушійна сила Е . Величини b й x мають бути в однакових мірах , оскільки додавати можна тільки однорідні величини . Вони виражають собою : b – внутрішній , х – зовнішній опір кола . Позначивши повний опір кола b+x буквою R , дістанемо формулу , що виражає закон Ома : І=Е/R. Залежність сили струму від електрорушійної сили Ом показав , створюючи не одинакові різниці температур на кінцях термоелемента , тобто занурюючи один з його кінців у воду різної температури , внаслідок чого виникали різні ЕРС . При цьому відповідно змінювалось і відхилення стрілки гальванометра .

У 1826 р. Ом добивається річного наукового відрядження в Берліні . Він дуже добре використав час перебування в столиці для роботи . У 1827 р. з’являється основна його праця – “Гальванічне коло , розроблене математично д-ром Г.С.Омом “, яка принесла йому славу . У цій праці закон Ома виведений теоретично . На це виведення Ома наштовхнули праці французького фізика Фур’є з теплопровідності , які незадовго до того були опубліковані . Фур’є встановив , що швидкість поширення теплового потоку залежить од різниці температур і від довжини шляху , на якому це падіння відбувається , подібно до того , як швидкість водяного потоку залежить від відношення зниження рівня до відстані по горизонталі, на якій зниження відбувається . Порівнюючи гальванічний струм з тепловим потоком або потоком води , Ом пише : “Перехід електрики від однієї ділянки до найближчої я прийняв пропорційним електрорушійній силі в кожній ділянці подібно до переходу теплоти, що пропорційний різниці температур.” Ом позначає різницю потенціалів на ділянці словом “падіння “ . Але падіння залежить ще й від довжини шляху ,

- 12 - й від довжини шляху , по якому воно розподілене .

Так Ом приходить до висновку , що сила струму прямо пропорційна електрорушійній силі і обернено пропорційна довжині шляху , або опору кола . Залежність опору від довжини , площі поперечного перерізу й матеріалу провідника також установив Ом на ряді дослідів .

Вже згадувалось , що Ом для встановлення закону про електричний стум використав аналогію із струменем води . розглянемо схему електричного кола ( мал. № 6 ) . Якщо коло замкнути , то по ньому піде електричний струм – виникне впорядкований рух електронів у металевих проводах . Струм ітиме в батареї , але там заряди переносяться іонами . Якщо розімкнути коло , то струм припиниться , амперметр покаже , амперметр покаже нуль , зате вольтметр показуватиме тепер найбільшу для даного кола різницю потенціалів - різницю електричних “ рівнів “ на клемах батареї . Звідки ж взялася ця різниця потенціалів ? Це результат хімічних реакцій в елементах . Замість хімічного джерела різниці потенціалів – батареї хімічних елементів – могли б взяти термоелемент . Тоді посилення теплового руху електронів в одному із спаїв двох металів , що відбувається внаслідок нагрівання , спричинило б виникнення різниці потенціалів . Можна було б узяти електричний генератор .Потрібна для підтримування струму в колі різниця потенціалів виникає внаслідок обертання якоря .

У часи Ома ще не було чіткого розуміння ні роботи , ні енергії . Усяку невідому причину явища пояснювали дією сили . Ще Вольт в своїх дослідах з різницею потенціалів при контакті двох різнорідних металів пояснював її виникнення дією електрорушійної сили , а метали називав електродвигунами . Слід визнати , що термін Вольта “ електрорушійна сила “ досить наочний і тому виявився живучим , зберігся до наших днів .

Який зміст ми тепер вкладаємо у цей термін ? Звернемося до схеми замкнутого кола ( мал. № 7 ) . У зовнішній частині кола струм проходить у напрямі електричного поля ( від плюса до мінуса ) . У джерелі він проходить проти поля , проти напряму електричних сил . Отже , цей рух не може спричинюватися

- 13 -

електричними силами . Прийнято називати ці сили , що діють у джерелі , сторонніми силами . Термін “сторонні сили “ , був запропонований пізніше . Робота сторонніх сил на внутрішній ділянці кола , тобто в елементах , спрямована на переміщення заряду 1 Кл , і характеризує електрорушійну силу .

Якщо коло розімкнуте й сили струму немає , то робота сторонніх сил спричинює тільки виникнення різниці потенціалів на полюсах джерела . Звідси уже простий спосіб визначення електрорушійної сили – потрібно виміряти різницю потенціалів на полюсах розімкнутого джерела . Якщо користуватися вольтметром,

то вимірювання буде , природно , лише наближеним , бо вольтметр сам замкне коло . Чим більший опір має вольтметр , тим ближчими будуть покази до дійсного значення ЕРС .

У замкненому полі ЕРС проявляється в роботі переміщення одиничного заряду по зовнішній і внутрішній частинах кола . У зовнішній частині кола електрична енергія перетворюється в інші види енергії . Провідники нагріваються в усіх цих випадках . На внутрішній частині замкнутого кола робота сторонніх сил також спричинюватиме нагрівання джерела . У такому випадку відбувається спад напруги в зовнішньому колі і спад напруги у внутрішньому колі . Отже робота сторонніх сил обов’язкова для даного кола , але вона складається з двох частин : роботи в зовнішньому колі і роботи в внутрішньому колі . Коли зменшується напруга на зовнішній частині кола , то збільшується напруга на внутрішній частині кола . Внутрішній опір – величина стала , яка залежить тільки від будови елемента , отже , при цьому має збільшуватися сила струму . Спад напруги на зовнішній частині кола розраховують за формулою : UЗ=IR .Так само можна визначити спад напруги на внутрішній частині кола . Звідси E=IR + Ir , тому I=E/R+r . Розглянемо ще випадок , коли зовнішнє електричне коло , крім резисторів , має ділянку ЕРС , яка діє проти ЕРС джерела . Таку ЕРС має , наприклад , увімкнений на зарядження акумулятор або електродвигун постійного струму . У цьому випадку для зовнішнього кола у формулу U=IR замість U треба підставити U-E1 .

- 14 -

Тоді U- E1 =IR . Звідки I=U – E1 /R . Якщо подібну підстановку зробити у формулу для повного кола , то E=IR – E1 +Ir +Ir1 , звідки E + E1 = IR + Ir +Ir1 . Це рівняння відоме відоме під назвою другого правила Кіркгофа і є узагальненим законом Ома . Читається так : у будь-якому замкненому контурі алгебраїчна сума усіх електрорушійних сил дорівнює алгебраїчній сумі спадів напруг на всіх ділянках кола .

- 15 -

5 . Четвертий стан речовини .

Плазма .

Кількість станів , у яких може бути речовина , не обмежується трьома . Ще Фарадей понад 140 років тому говорив про особливий , відмінний від звичайного стан – про “ електротонічний “ , тобто електрозбуджений стан матерії , а в1879 р. англійський фізик Крукс назвав свою доповідь так : “Про променисту матерію , або Четвертий стан матерії “ .

Що ж таке плазма ? Плазма – це іонізований газ , у якому густини позитивних і негативних зарядів практично збігаються . Властивості плазми настільки відрізняються від звичайних газів , що цілком справедливо фізики відносять її до особливого , четвертого стану речовини . Як відомо газ поганий провідник електрики . Заряджений електроскоп у сухому повітрі дуже довго не розряджається , у місці розриву електричного кола через повітряний проміжок струм не проходить і т.д.

Щоб середовище могло проводити струм , потрібно носії електричних зарядів : у металах це електрони , в рідинах – позитивні й негативні іони , які утворюються в результаті електролітичної дисоціації . Щоб зробити газ провідним , потрібно спричинити розщеплення його молекул і атом на іони й електрони . Іонізацію можна збудити нагріванням ультрафіолетом і рентгенівським промінням , і промінням радіоактивними речовинами .

Дуже ефективні досліди з світінням трубок Гейслера . У трубках міститься розріджений газ . Під дією високої напруги газ у трубках світився гарним сяйвом . Залежно від природи газу колір сяйва різний .

Уважно розглядаючи світіння в темряві , можна помітити , що між рожево-фіолетовим світним стовпом , який іде від позитивного електрода , і голубуватим світінням навколо катода є темний