Отвечает доцент кафедры электрических станций, сетей и систем электроснабжения ЮУрГУ Валерий Сафонов:
Все вещества условно разделяют на проводники и диэлектрики. Проводники способны проводить электрический ток, а диэлектрики нет. Эта способность определяется степенью связи электронов с атомами вещества или более научно энергией, которую необходимо затратить, чтобы электрон потерял связь с атомом.
В металлах указанная связь слабая и в них присутствует много свободных электронов, которые находятся между атомами кристаллической решетки. Эти электроны и начинают направленное движение при приложении электрического поля. В результате возникает электрический ток. Способность металла проводить электрический ток характеризуется проводимостью, и эта величина существенно отличается для различных металлов. Хорошая проводимость металлов позволяет создавать системы электроснабжения.
В газах связь электрона с атомом намного сильнее и при обычных условиях в них мало заряженных частиц. Нет заряженных частиц – нет и электрического тока при воздействии электрического поля.
Однако неправильно считать, что заряженных частиц в любом газе мало. Все зависит от газа и условий, в которых находится газ. За счет внешнего источника энергии заряженные частицы можно создать. Например, это достигается за счет нагрева газа до очень высоких температур, ионизирующего излучения и т.д. Или электрон под воздействием электрического поля разгоняется до скорости, достаточной, чтобы выбить еще один электрон из оказавшейся на пути молекулы газа.
При появлении заряженных частиц (электронов или ионов) в газе возникает ток при воздействии электрического поля. Ток может быть кратковременным, если энергии источника, создающего заряженные частицы, не хватает для восполнения запаса заряженных частиц. Примером могут быть кратковременные разряды при плохой изоляции контактов в электроприборах, которые приводят к характерному потрескиванию в области контакта. Если увеличить напряжение между контактами, то энергии становится достаточно для восполнения запаса заряженных частиц в газе и поддержания постоянного разряда или электрической дуги.
Следует отметить, что разряды в газах крайне разнообразны как по физической природе, так и по их реализации. Это и молния, и корона вокруг электрических проводов высокого напряжения, приводящая к существенным потерям электроэнергии.
Кстати, коронный разряд люди впервые увидели в грозу вокруг металлических наконечников мачт корабля «Святой Эльм». С тех пор осталось название – огни «Святого Эльма».
Таким образом, для протекания тока в веществе необходимы электрическое поле и заряженные частицы. Заряженные частицы могут изначально быть в веществе или появляться в нем под воздействием электрического поля или внешнего источника энергии.