Jonizacja powierzchniwa Elektrony mogą pojawić się w gazie poza procesami jonizacji przestrzennej na skutek emisji z elektrod. Wyzwalanie elektronów z masy metalu ma inny charakter ale również wymaga dostarczenia energii zwanej energią lub pracą wyjścia. Elektron wewnątrz metalu znajduje się w polu elektrostatycznym siatki dodatnich jonów. Na powierzchni metalu występuje dla elektronu bariera potencjału, którą elektron musi pokonać aby wyjść z metalu. Ponieważ elektron otoczony jest barierą potencjału ze wszystkich stron , znajduje się w studni potencjału. hP - poziomy energetyczne zapełnione przy temp. zera bezwzględnego ( zakaz Pauliego ). Dla wyzwolenia elektronu z metalu należy dostarczyć energię : WF - energia Fermiego Może byc ona dostarczona na kilka sposobów : 1). fotoemisja ( zjawisko fotoelektryczne) - elektrony otrzymują energię od fotonów 2). termoemisja - rozżażenie katody 3). autoemisja ( polowa ) - występuje gdy natężenie pola elektrycznego przekracza 1 MV/cm 4). emisja pod wpływem bombardowania jonami - energia jonów przekracza : Rozwój wyładowania w gazie Powietrze atmosferyczne zawsze zawiera pewną niewielką liczbę jonow obu znaków ( ok 500 mln par jonów w m^3 ). Wskutek tego powietrze nie jest idealnym dielektrykiem. Po przyłożeniu wzrastającego napięcia do układu elektrod	izolowanych gazem, w układzie pojawia się niewielki poczatkowo prąd, który przy określonej wartości napięcia gwaltownie wzrasta i przerwa gazowa traci swe właściwości izolacyjne. Ma miejsce przeskok elektryczny. Wyładowania w gazach mają różny charakter w zależności od ciśnienia gazu i mocy źródła : 1). dla niskich ciśnień i małych mocy źródla wyładowanie świetlące, żażeniowe 1). dla wyższych ciśnień ( atmosferyczne i wyższe ) a) wyładowania zupelne - iskrowe ( mała moc źródła ) - łukowe ( duża moc źródła) b) wyładowania niezupełne - ulotowe ( koronowe, świetlące) - snopiaste ( warstwa par przy elektrodzie o małym promieniu krzywizny) 0 - U1 - wzrasta liczba elektronów dostarczanych z katody U1 - U2 - odpływ ładunków z elektrod ( stan nasycenia - ustabilizowany poziom jonizacji) U2 - U0 - lawina elektronowa Lawina elektronowa - jest wspólnym elementem charakteryzującym początkową fazę wszystkich mechanizmów z wyjątkiem prózniowego. Zostaje ona zapoczątkowana gdy wzrost energii swobodnego elektronu na drodze λ w kierunku pola E, równy eEλ , przekroczy wartość energii jonizującej eUj. Przy swobodnej drodze krytycznej ze względu na jonizację λj = Uj/E stąd : Wystąpienie określonej długości drogi swobodnej jest zdarzeniem losowym, a zatem o spełnieniu powyższego warunku można mówić z pewnym prawdopodobieństwem którego dystrybuanta : λ - średnia droga swobodna
Ponieważ prawdopodobna liczba zderzeń jonizacyjnych to Uwzględniając że to Oznacza to, że dla określonego gazu w stałej temperaturze stosunek α / p jest funkcją stosunku natężenia pola i ciśnienia ( E/p). W polu jednorodnym przestrzeni międzyelektrodowej współczynnik α jest wielkością stałą ,	Założeneie W jednostce czasu z jednostki powierzchni katody jest wyzwalane n0 elektronów. Pod działaniem pola elektrostatycz. te elektrony bedą wywoływać jonizację zderzeniową, w wyniku czego liczba elektronów będzie wzrastać. Taki strumień elektronów o rosnącej ich liczbie nazywa się lawiną elektronową. W odległości x od katody znajduje się n elektronów ( na jednostce czasu i powierzchni ), które przebywając drogą dx wytwarzają dn nowych elektronów. Każdy elektron na drodze dx wywołuje α*dx jonizacji. Zatem dn = α*dx*n . Po scałkowaniu w granicach od n0 do n i od 0 do x możemy napisać : Liczba elektronów, które dochodzą do anody otrzymujemy gęstość prądu : W polu niejednorodnym α zależy od x ( ostrze-ostrze ; ostrze - płyta ) Wzory te obowiązują w zakresie napięcia od U2 doU0 . Osiągnięcie wartości U0 oznacza przejście od wyładowania niesamodzielnego do samodzielnego ( zupełnego lub niezupełnego ) Mechanizm Towsenda Opiera się na założeniu że wewnętzrznym źródłem elektronów jest ich emisja z katody wyłącznie pod wpływem bombardowania jej przez jony dodatnie powstające w procesie jonizacji zderzeniowej w lawinie i wplyw ładuku przestrzennego jest pomijalny ( małe d ). Oznaczmy przez γ współczynnik wtórnej jonizacji powietrza : γ = Jezeli procesy jonizacyjne w przestrzeni osiągną stan ustalony : γ = gdzie : nK - całkowita liczba elektronów wybitych z katody n0 - liczba elektronów wychodzących z katody pod wpływem czynników zewnętrznych ( pole przyłożone ) nd - liczba elektronów dochodzących d oanody Patrz rysunek na odwrocie !!
Ponieważ mnożąc przez ładuek i powierzchnie Ponieważ ten człon ( ) jest liczbą jonów dodatnich, γ ( ) jest liczbą elektronów wtórnych wybitych przez te jony a wyładowanie staje się samodzielne ( niezależne od I0 gdy 1-γ ( ) = 0, czyli γ ( ) = 1 ( jeden padający jon wybija jeden elektron ) Aby proces się rozwijał γ ( ) ≥ 1. W polu niejednorodnym γ ( ) ≥ 1 Napięcie przeskoku w polu jednorodnym Na podstawie warunku wyładowania samodzielnego γ ( ) ≥ 1 można wyznaczyć wartość napiecia przeskoku w jednorodnym : W przestrzeni miedzelektrodowej w chwili rozpoczęcia wyładowania występuje krytyvzne natężenie pola E0 i odpowiadajace mu napięcie U0.	W polu jednorodnym początek wyładowania oznacza przeskok : UP = U0 =E0*d ( d - odległość między elektrodami ) zK - krytyczna liczba zderzeń jonizujących wywołanych przez jeden elektron na drodze d. Dla powietrza zK = 8 ÷ 10 γ = 10^- 5.....10^- 3
Dla powietrza 350 V przy pd = 0.73 Pa*m. Mechanizm kanałowy Zbadany i opisany przez L.B.Loeba, J.M.Meeka, i H.Raethera, oparty jest na założeniu, że wewnętrznym źródłem swobodnych elektronów jest fotojonizacja wywołana przez procesy odwzbudzeniowe i rekombinacyjne zachodzące w lawinie, a odstęp między elektrodami jest wystarczajacy do wzrostu w lawinie ładunku przestrzennego do znaczącej wartości. W rozwijającej się lawinie występuje rozdział ładunku. Szybkie elektrony gromadzą się przy jej czele, a cięższe jony dodatnie pozostają w tyle. Wpływ lawiny na rozkład pola: Wytworzony w ten sposób ładunek przestrzenny jest źródłem natężenia pola E^'^' , które nakłada się na pole pierwotne E^' i odkształca znacznie jego rozkład. Towarzyszące powstaniu ładunku przestrzennego procesy rekombinacyjne i odwzbudzające są źródłem energii wystarczającej nie tylko do zintensyfikowania jonizacji w samej lawinie, ale również do zapoczątkowania fotojonizacji w jej otoczeniu. Pojawienie się fotojonizacji daje poczatek wyład. samoistnemu. Wokół lawiny powstają lawiny wtórne ( rys. na odwrocie !! )	Przy dostatecznie duzym polu wytwarzanym przez ładunek przestrzenny ( E^'^' ≥ E^' ) lawiny wtórne są wciągane w obszar lawiny pierwotnej. Wzrasta w niej liczba ładunków a zderzenia sprężyste powodują wzrost temperatury. Powstaja warunki pozwalające na przekształcenie się lawiny pierwotnej w kanał plazmowy ( strimer ). Aby warunek ( E^'^' ≥ E^' ) był spełniony ładunek na czole lawiny musi osiągnąć liczbę krytyczną : nK = n0 exp ( α*xK ) gdzie xK - krytyczna długość lawiny , α - współczynnik jonizacji pierwotnej. Szacuje się, że nK = 10 ^8 a α*xK jest szacowana 18 - 20. Kryterium przeskoku kanałowego wg. Raethera α*xK = 17.7 + ln xK Osiągnięcie przez lawinę pierwotną krytycznej długości xK a tym samym przekształcenie jej w strimer jest możliwe, jeżeli odstęp międzelektrodowy a jest większy od xK. Równość a = xK wyznacza wg. Rauthera, najmniejszą wartość α jaka jest niezbędna do spowodowania przeskoku strimerowego. Mechanizm strimerowo - liderowy Przy dużych odstepach międzyelektrodowych, gdy do zwarcia elektrod przez strimer jeszcze nie dochodzi wzrost liczby i prędkości ładunków w kanale powoduje przekroczenie temp. jonizacji termicznej i przekształcenie się kanału strimerowego w lider. Kanał lidera rozwija się skokowo. Strimer ostatniego skoku przekształca się w wyładowanie główne.
Mechanizmy próżniowe Występują gdy średnia droga swobodna cząstek gazu jest większa niż odstęp międzyelektrodowy i niemożliwy staje się rozwoj lawinowy elektronów. Żródłem nośników ładunków elektrycznych stają się elektrody. 1). Mechanizmy inicjowania przeskoku między elektrodami : - emisja termoelektronowa ( E ↓ ; T ↑ ) - emisja polowa ( E ↑ ; T ↓ ) - emisja termopolowa ( E ↑ i T ↑ ) Emisja polowa elektronów z powierz. elektrody ma miejsce dla określonych punktów elektrody tj. mikrowystępów i mikroostrzy. Może wystepować również z lokalnych zanieczyszczeń wbitych w powierzchnię. Jeśli prąd emisji wzmagając się przy wzroście napięcia i temperatury oraz bombardowania jonów doprowadzi do nagrzania katody i odparowania metalu ( mikroplazmy) do przestrzeni międzyelektrodowej to mówimy o katodowym mechaniźmie przeskoku. Jeśli zaś prąd elektronowy rozgrzewa powierzchnię anody do tego stopnia, że z jej poierzchni wyrzucane są pary metalu to mamy do czynienia z mechanizmem anodowym. 2). Zjawisko makrocząsteczkowego bombardowania elektrod - odparowuje uderzająca bryłka lub mat. elektrody 3). Możliwa jest międzyelektrodowa wymiana cząstek	Wyładowania piorunowe Wyładowania piorunowe powstają w wyniku burz piorunowych. Rozróżnia się dwa podstawowe ich rodzaje : - burze frontowe - powstają w klimacie umiarkowanym na granicy zderzających się mas ciepłego powietrza z zimnym lub z pochyłościami terenu. Wilgotne ciepłe powietrze jest unoszone na duże wysokości, gdzie ulega schłodzeniu, dając zaczątek rozleglej chmurze burzowej. Może ona obejmować setki km i przemieszczać się z prędkością zwykle większą niż 50 km*h^- 1 . Towarzyszy jej nieduża gęstość piorunów. - burze termiczne - charakteryzują się większą ilością wyładowań piorunowych niż burze frontowe. Powstają one pod wpływem silnego nagrzania i unoszenia dolnych mas wilgotnego powietrza ku górze z zawirowaniami, na wysokość do 15 km, gdzie następuje jego ochłodzenie. W procesach tych formuje się naelektryzowana chmura burzowa, której ładunek tworzy dodatnie i ujemne centra o średniej gęstości rzędu 10^- 9A*s*m^- 3. Istnieje kilka teorii, które wyjasniają separację ładunków dodatnich i ujemnych w chmurze. * Elster i Geitel duże krople wody w polu elektr. ziemi ( ładunek ujemny rzędu 5.4*10^5C ) polaryzują się z ładukiem ujemnym na górze. Kiedy spadająca duża kropla spotyka drugą nastepuje przepływ ładunku. Duża kropla z ładukiem ujemnym spada na dół a mała z ładunkiem dodatnim przemieszcza się ku górze * Wilson Krople wody ładują się w zderzeniu z jonami ( mała kropla zastępuje jony )

---