Leitung in Gasen

Leitungsvorgänge in Gasen gibt es in Natur und Technik: Blitze, Funkenüberschläge an Schaltern, Leuchtstofflampen, Glimmlampen, Leuchtröhren oder Natriumdampflampen sind Beispiel für das Auftreten oder die Nutzung solcher Leitungsvorgänge. Unter normalen Bedingungen sind alle Gase relativ gute Isolatoren. Wenn ein elektrischer Leitungsvorgang in ihnen erfolgen soll, dann sind wie bei Leitungsvorgängen in anderen Stoffen zwei Voraussetzungen erforderlich:

Der Verlauf des elektrischen Leitungsvorganges in Gasen ist dadurch gekennzeichnet, dass

Erzeugung von Ladungsträgern in Gasen

Die für elektrische Leitungsvorgänge in Gasen erforderlichen Ladungsträger können in unterschiedlicher Weise 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

Legt man an eine Gasentladungsröhre eine Hochspannung an und verringert durch Herauspumpen der Luft allmählich den Druck, so kann man nacheinander charakteristischen Leuchterscheinungen beobachten: Vor der Katode tritt ein Glimmlicht auf. Darüber hinaus leuchtet das Gas im größten Teil der Röhre. Man nennt diese Erscheinung die positive Säule. Ursachen für die Leuchterscheinungen sind die schnellen Elektronen, die mit den Gasmolekülen in Wechselwirkung treten und diese zum Leuchten anregen. Mit Verringerung des Druckes werden die Leuchterscheinungen schwächer, weil sich die Anzahl der Gasmoleküle, mit denen Elektronen in Wechselwirkung treten können, deutlich verringert.