La corrente elettrica e i gas

I gas, come sappiamo, presentano caratteristiche fisiche molto differenti rispetto a solidi e liquidi, a partire dal fatto che le particelle di un gas sono completamente libere di muoversi nel volume disponibile, e sono molto distanti le une dalle altre rispetto gli altri stati di aggregazione.

Le diverse caratteristiche dei gas fanno si che anche dal punto di vista della conducibilità elettrica i gas si comportino in maniera differente rispetto a solidi e liquidi.

Condizioni di buona conducibilità per i gas

In condizioni normali, infatti, un gas che non riceve influenze esterne non è in grado di generare corrente, ed è pertanto considerato un isolante.

Tuttavia, è possibile rendere anche i gas dei conduttori di corrente facendo in modo che le loro molecole vengano ionizzate da alcuni fattori esterni; i principali metodi consistono nel bombardare il gas con radiazioni elettromagnetiche, come raggi x, raggi gamma, o ultravioletti.

Altrimenti, la vicinanza del gas a sostanze radioattive espone le molecole del gas ad un flusso di particelle, come elettroni o protoni, che colpendo queste molecole riescono a ionizzarle.

In seguito a questo processi, gli atomi del gas vengono ionizzati; quando il gas viene bombardato da una radiazione, infatti, i fotoni provenienti da essa forniscono l’energia necessaria agli elettroni per potersi distaccare dagli atomi, rendendoli così degli ioni positivi; questi elettroni, poi, possono essere acquistati da altri atomi, che si trasformano in ioni negativi.

La presenza di elettroni liberi fa si che sia possibile il passaggio di corrente anche attraverso un gas.

Tuttavia, la conduzione di corrente elettrica attraverso un gas non segue le stesse leggi che si hanno per conduttori solidi e liquidi.

La corrente elettrica e i gas

E’ stato provato sperimentalmente, che l’intensità di corrente che attraversa il gas non è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale cui viene sottoposto.

L’esperimento consiste nel porre un gas all’interno di un tubo all’interno di un circuito, in presenza di un generatore, una resistenza variabile ed, eventualmente, misuratori di voltaggio e intensità di corrente.

Il tubo, quindi, è collegato al circuito mediante due elettrodi metallici, a cui viene applicata una certa differenza di potenziale.

Facendo variare la resistenza, e misurando diversi valori di intensità di corrente e differenza di potenziale, è stato osservato che la relazione tra differenza di potenziale e intensità di corrente segue delle leggi particolarmente complesse, e che variano da caso a caso.

Per questo motivo, si conclude che per i gas (qualunque sia la loro composizione e la pressione cui sono sottoposti all’interno del tubo) non vale la prima legge di Ohm.

Le scintille luminose

Per i gas attraversati da corrente elettrica si verifica un particolare effetto; l’energia potenziale elettrica che si crea in seguito al passaggio di corrente si manifesta sotto forma di luce, dando luogo a delle scintille luminose.

In un gas sottoposto a radiazione elettromagnetica sono presenti sia ioni positivi, che ioni negativi, che atomi neutri.

Il campo elettrico che si genera a causa delle cariche elettriche presenti fa si che venga creato anche un campo elettrico responsabile del moto delle particelle. Gli ioni, quindi, acquistano energia cinetica, e si muovono a grande velocità; le possibilità di urti con altre particelle, quindi, sono particolarmente elevate.

Quando ciò accade, parte dell’energia cinetica dello ione viene trasferita all’altra particella; nel caso di un atomo neutro, ad esempio, questo acquista energia, e viene eccitato (cioè un elettrone presente nell’atomo “salta” su un orbitale ad energia maggiore).

Successivamente, quando l’atomo torna nello stato fondamentale (l’elettone torna nel livello energetico di partenza) l’energia acquisita viene rilasciata dall’atomo mediante l’emissione di un fotone.

La presenza dei fotoni emessi da un gran numero di atomi contemporaneamente genera il fenomeno della scintilla luminosa.