Aby v plynu vznikl výboj a plynem procházel při daném napětí stálý proud, musí být splněny potřebné podmínky pro ionizaci nárazem elektrické pole musí mít dostatečně velkou intenzitu nebo se působením elektrické síly musí zvyšovat rychlost iontů po dostatečně dlouhou dobu.
V plynu za normálního tlaku je doba mezi srážkami iontů s molekulami plynu velmi krátká, takže iont nezíská v této době energii potřebnou k ionizaci nárazem. Proto výboj v plynu za normálního tlaku vzniká při vysokém napětí. Iont se dostane mezi elektrody, elektrické pole ho urychlí. Při prudkém nárazu na jinou molekulu se tato molekula rozbije na iont a volný elektron. Iont je zase urychlen a tak pořád dokola. Vznikne úplná „lavina“ nabitých částic. Vzduch se tím na okamžik rozžhaví, a proto se zablýskne. Tyto výboje jsou zpravidla provázeny světelnými jevy. Za normálního tlaku vzduchu mohou mít samostatné výboje různý charakter: tichý (korona), jiskrový nebo obloukový.
Tzv. Eliášovo světlo vzniká na více vzdálených elektrodách, mezi nimiž je silné elektrické pole, které při určitém napětí vyvolá zvýšenou ionizaci vzduchu. Využívá se u elektrostatických odlučovačů prachu. V komíně umístěné elektrody silně ionizují plynné ionty, které se usazují na částečkách popílku. Takto nabité částice se účinkem elektrického pole pohybují k elektrodě, kde se vybíjejí a padají do lapačů.
K jiskrovému výboji dochází nejčastěji ve vzduchu za atmosférického tlaku, při nižším napětí, ale při malé vzdálenosti elektrod, takže intenzita elektrického pole mezi elektrodami je velká, řádově 106 V/m. Jde o průraz vzduchové vrstvy, když byla překročena elektrická pevnost vzduchu. Odpovídající napětí mezi elektrodami se nazývá průrazné napětí. Jiskrový výboj má vzhled úzkého, ostře svítícího, vlnícího se a rozvětveného výbojového kanálu, kterým projde řada krátkodobých proudových impulsů. Bývá doprovázen jak světelnými, tak i akustickými projevy. V technické praxi se jiskrový výboj využívá u zážehových motorů nebo při jiskrovém obrábění tvrdých kovů.
Jiskrový výboj.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Speciálním případem jiskrového výboje je blesk. Jiskrový výboj vzniká i u třecích elektrik, jak můžete pozorovat na videu.
Obloukový výboj vzniká mezi uhlíkovými nebo kovovými elektrodami připojenými ke zdroji napětí většímu než 50 V. Elektrody je nutné při nižším napětí vzájemným dotykem rozžhavit. Po následujícím oddálení na vzdálenost několika milimetrů se mezi elektrodami ionizuje plyn a vytvoří se výboj charakteristický vysokou teplotou a intenzívním vyzařováním světla. Katoda se zahrocuje vlivem dopadu kladných iontů plynu, kdežto v anodě se vytváří kráter dopadem elektronů. Při obloukovém výboji plynem prochází poměrně velký proud 5 – 10 A. Ten způsobuje, že se elektrody rozžhaví a jejich teplota přispívá k další ionizaci plynu. Proto se výboj udrží i při nižším napětí. Při zvyšování tlaku se zvyšuje i teplota oblouku. To se používá pro svou vysokou teplotu až 6000 K k obloukovému svařování (v tomto případě prochází proud 100 – 300 A). Vysoká teplota výboje způsobuje, že vzniká nejen intenzivní světelné záření, ale i nebezpečné ultrafialové záření.
Vznik obloukového výboje.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Obloukový výboj sehrál významnou roli ve vývoji osvětlovací techniky. První obloukový výboj o délce 8 cm byl předveden avym před Royal Society v Londýně roku 1821. Použil k tomu proud z baterie o dvou tisících článcích a tyčinky z dřevěného uhlí. Zatím však šlo pouze o fyzikální experiment. oucault nahradil měkké dřevěné uhlí retortovými uhlíky, čímž značně omezil spalování a prodloužil životnost. Uhlíky ale neustále uhořívaly až nastala taková vzdálenost, že se oblouk přerušil a lampa brzy přestala svítit. S prvním zlepšením přišel Foucault, když pomocí hodinového stroje nechal obě tyčinky posunovat k sobě. V roce 1848 bylo touto lampou na zkoušku osvětleno jedno prostranství v Paříži. Stále však nebyl vhodný zdroj elektrického proudu, protože galvanické články byly drahé. Až sestrojení dynama iemensem a heatstonem přineslo obrat k lepšímu. Ruský konstruktér abločkov vynalezl první prakticky použitelnou obloukovou lampu, která se na jeho počest nazývá Jabločkovova svíčka. Uhlíky umístil vedle sebe a oddělil je deskou z nevodivého materiálu: jak postupně odhořívaly, současně si v nevodivé cloně vypalovaly škvíru, v níž mohl oblouk pokračovat. Aby uhlíky neuhořívaly nerovnoměrně, používal střídavý proud. Jabločkovova svíčka vzbudila velký rozruch na světové výstavě v Paříži v roce 1878 a oslnila mladého českého vynálezce řižíka. Jabločkovovu svíčku vylepšil o mechanizmus, který automaticky posunoval uhlíky tak, aby se jejich vzájemná vzdálenost při chodu lampy neměnila. Na podzim roku 1879 si dal svoje vylepšení v Rakousku–Uhersku patentovat. O rok později byly jeho lampy tak dokonalé, že si požádal o patenty v dalších evropských zemích. V Čechách poprvé zazářila křižíkova lampa v Praze v Hybernské ulici v červnu roku 1881.
