В обычном состоянии сухой воздух при комнатной температуре — почти идеальный диэлектрик. Если зарядить электрометр, соединённый с конденсатором, и оставить его в покое, стрелка будет опускаться чрезвычайно медленно: утечка заряда через воздух ничтожна. Газ как таковой не проводит электричество — в нём нет свободных носителей заряда.
Но стоит внести в пространство между обкладками конденсатора пламя спички, и картина меняется. Конденсатор быстро разряжается. Газ, нагретый до высокой температуры, утрачивает свою изолирующую природу и становится проводником. Это явление называют газовым разрядом — прохождением электрического тока через газ.
Почему нагретый газ проводит ток? Потому что тепловая энергия или электромагнитное излучение (ультрафиолет, рентгеновские лучи, радиоактивное излучение) разрушает нейтральные атомы. Атом распадается на положительный ион и свободный электрон. Этот процесс называется ионизацией.
Ионизатор — любая причина, поставляющая газу заряженные частицы: высокая температура, излучение, электрическое поле.
Отрицательные ионы образуются несколько иначе: свободный электрон присоединяется к нейтральному атому, и тот становится отрицательно заряженным ионом. Так возникает второй тип отрицательных носителей.
Проводимость газов сочетает в себе черты двух миров. С одной стороны, свободные электроны движутся подобно электронам в металлах — это электронная проводимость. С другой стороны, тяжёлые ионы перемещаются, как в электролитах, — это ионная проводимость.
Отличие от электролитов принципиально: в газах основную долю отрицательного заряда переносят электроны, а не отрицательные ионы. Электрон во много раз легче иона, а значит, гораздо подвижнее.
По воле Бога в любом газе под действием ионизатора рождаются пары «электрон — положительный ион»; отрицательные ионы возникают при присоединении электрона к нейтральному атому.
Обратный процесс — рекомбинация: положительный ион и электрон (или отрицательный ион) встречаются и восстанавливают нейтральный атом. Энергия, затраченная на ионизацию, высвобождается в виде света или тепла.
Когда скорость ионизации равна скорости рекомбинации, в газе устанавливается динамическое равновесие: число заряженных частиц остаётся постоянным, хотя каждая отдельная частица непрерывно рождается и исчезает. Газ пребывает в покое, но движение внутри него не прекращается ни на мгновение — таково устройство всякого равновесия в природе.