Chất khí là môi trường có tính cách điện, trong đó phân tử khí có trạng thái trung hoà điện, do đó không có hạt tải điện trong chất khí.

Dẫn điện của chất khí trong điều kiện thông thường

Thí nghiệm đã chỉ ra rằng chất khí thông thường hầu như không dẫn điện, vì chất khí chỉ có rất ít hạt tải điện. Tuy nhiên, ngọn lửa ga và bức xạ của đèn thuỷ ngân có thể tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí.

Cơ chế dòng điện trong chất khí

Các tác nhân ion hoá như ngọn lửa ga và tia tử ngoại của đèn thuỷ ngân gây ra dòng điện trong chất khí. Các tác nhân này có năng lượng cao, ion hoá chất khí và tạo thành ion dương và electron tự do. Electron tự do có thể kết hợp với phân tử khí trung hoà, tạo thành ion âm. Sự chuyển động của các ion dương và ion âm trong chất khí tạo ra dòng điện. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm cùng các electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này được sinh ra do quá trình ion hoá chất khí.

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí

Quá trình dẫn điện của chất khí, được gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) không tự lực, chỉ tồn tại khi có hạt tải điện được tạo ra giữa hai bản cực và biến mất khi không còn tạo ra hạt tải điện. Bằng cách thay đổi hiệu điện thế U giữa hai bản cực và ghi lại dòng điện I chạy qua chất khí, ta nhận thấy quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.

Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí

Trong quá trình dẫn điện không tự lực, xảy ra hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí khi dòng điện chạy qua. Điều này được gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện.

Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện tạo ra nó

Quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì mà không cần tạo ra hạt tải điện bên ngoài. Điều này được gọi là quá trình dẫn điện tự lực (phóng điện tự lực). Để có quá trình dẫn điện tự lực, hệ gồm chất khí và các điện cực phải tự tạo ra các hạt tải điện mới để bù lại số hạt tải điện đã đi đến điện cực và biến mất. Có bốn cách chính để tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí: dòng điện chạy qua chất khí, điện trường trong chất khí, hiện tượng phát xạ nhiệt electron, và hiện tượng electron được đẩy ra khỏi catôt.

Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện

Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để ion hoá chất khí, tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực. Tia lửa điện có thể hình thành trong không khí ở điều kiện thường, khi điện trường đạt đến giá trị ngưỡng khoảng 3.106 V/m.

Ứng dụng của tia lửa điện

Tia lửa điện được phổ biến sử dụng trong động cơ nổ để đốt hỗn hợp nổ (là hơi xăng kết hợp với không khí) trong xi-lanh gọi là bù-ji. Sét cũng là một loại tia lửa điện, hình thành giữa đám mây mưa và mặt đất, thường đánh vào các mô đất cao và ngọn cây.

Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Để mồi hồ quang điện, ban đầu hai điện cực phải được làm nóng đến mức có thể phát ra một lượng lớn electron bằng sự phát xạ nhiệt electron. Sau đó , tạo ra một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để ion hoá chất khí, tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực. Khi đã có tia lửa điện, quá trình phóng điện tự lực sẽ vẫn tiếp tục duy trì, mặc dù hiệu điện thế giữa hai điện cực giảm xuống không lớn. Điều này tạo thành hồ quang điện.