is een deel van een electrische stroomkring waarbij de stroom door een gas vloeit. Meestal gaat dit gepaard met fraaie lichtverschijnselen, welke aanvankelijk ook wel de oorzaak waren voor de belangstelling die de natuurkundigen voor de gasontladingen aan de dag legden.
Gasontladingen in de natuur zijn de bliksem en andere onweersverschijnselen (St Elmusvuur) en het Noorderlicht. Vanouds bekend is verder de electrische vonk (Leidse fles). De ongeveer gelijktijdige uitvinding van de luchtpomp en de electriseermachine (17de eeuw) leidde reeds spoedig tot de waarneming van ontladingen in verdunde gassen. Anderzijds leidde de uitvinding van het galvanisch element (zuil van Volta, 1800) tot de ontdekking van de electrische lichtboog tussen koolspitsen (Davy 1810).
In de 19de eeuw voerde een systematisch onderzoek der gasontladingen doorFaraday, Plücker (geislerbuis, 1860), Hittorf, Crookes, Lenard, J. J. Thomson e.a. geleidelijk tot een inzicht in het wezen van die verschijnselen en bereidde tevens de moderne atoomtheorie voor (z aanslaan en atoommodel). Daarnaast oefenden de nieuwe inzichten en ervaringen op het gebied der gasontladingen een bevruchtende invloed uit op de techniek.
Na de reeds bestaande koolbooglamp ontstonden: de kwikbooglamp, de neonbuizen, de natriumlamp, de fluorescerende lichtbuizen (tubes luminescentes, T.L.). De ontdekking van de oxydekathode (Wehnelt, 1903) droeg krachtig tot deze technische ontwikkeling bij. Behalve voor het produceren van licht worden gasontladingsbuizen gebruikt als gelijkrichters voor het omzetten van wisselstroom in gelijkstroom. Ook de röntgenbuizen (1895) zijn uit de studie der gasontladingen voortgekomen.De stroom in het gas wordt gedragen door electronen en door positieve (soms ook negatieve) ionen. De bijdrage van de ionen is meestal klein vergeleken met die van de veel lichtere en meer beweeglijke electronen.
In normale toestand zijn in een gas geen electronen en ionen aanwezig. Opdat een gasontlading optreedt moeten er oorzaken zijn die het gas ioniseren en (of) die het uittreden van electronen uit de kathode bevorderen; bovendien moet een electrisch veld aanwezig zijn om de geladen deeltjes te doen bewegen. Het ontstaan en onderhouden van de geïoniseerde toestand geschiedt door botsingen van snelle electronen met de moleculen van het gas. Deze electronen ontlenen hun energie aan het electrisch veld tussen de electroden.
Het uittreden van electronen uit de kathode geschiedt speciaal als deze koud is, onder invloed van botsingen van positieve ionen met de kathode en ten dele ook foto electrisch, doordat straling uit de ontlading de kathode treft. Behalve uittreden van electronen heeft de botsing van positieve ionen met de kathode tot gevolg dat deze warm wordt. Daarbij kan de temperatuur van de kathode zo hoog worden dat deze thermisch electronen gaat emitteren. Een ontlading kan ook bestaan wanneer ionisatie door een uitwendige oorzaak wordt teweeggebracht, bijv. als de ruimte tussen twee platen, waartussen een electrisch veld bestaat, door röntgenstralen wordt getroffen of wanneer, onder invloed van licht dat van buiten komt, electronen uit de kathode worden bevrijd (foto-electrische cel).
In die gevallen spreekt men van een onzelfstandige ontlading in tegenstelling met zelfstandige ontladingen, waarbij de ondading zelf zorgt voor het onderhouden van de ionisatie en voor het uittreden van electronen uit de kathode.
Een zelfstandige ontlading met koude electronen wordt glimontlading genoemd. Indien de kathode zo heet is, dat thermische electronenemissie optreedt, spreekt men van boogontlading. In sommige gevallen (kwikboog met kwikplaskathode) is het emissiemechanisme aan de kathode nog niet voldoende bekend. Een boogontlading ontstaat ook als de kathode de vorm heeft van een gloeispiraal en deze afzonderlijk wordt verhit. Deze spiraal kan bijv. bestaan uit wolfraam, al of niet bedekt met een laag aardalkali-oxyde (Ba,Sr) (oxyde kathode).
Een onzelfstandige ontlading tussen koude electroden kan bij toenemende stroom, bijv. als men bij voldoende aanwezige spanning de weerstand in de keten vermindert, in een glimontlading en ten slotte in een boog overgaan.
De overgangstoestand tussen onzelfstandige en zelfstandige ontlading heet doorslag en de spanning die daarbij tussen de electroden aanwezig is, doorslagspanning. De doorslagspanning, bijv. tussen evenwijdige vlakke electroden, hangt voor een bepaald gas en een bepaald electronenmateriaal slechts af van het product van gasdruk en electroden afstand (wet van Paschen). Wordt tussen twee electroden in een gas een spanning aangelegd, hoger dan de doorslagspanning, dan zal, nadat de ontlading door een uitwendige oorzaak is ingeleid, bijv. door het foto-electrisch vrijmaken van een electron uit de kathode, in korte tijd, van de orde van 10-6 sec een stroom ontstaan, waarvan de eindwaarde bepaald wordt door de in de keten aanwezige weerstand. Bij sommige gassen, zoals lucht, heeft bij grote waarden van het product gasdruk electrodenafstand de doorslag op andere wijze plaats. Eén enkele electron is dan in staat binnen zeer korte tijd (10-6 à 10-7 sec) een complete ontladingsbaan gereed te maken, waarlangs dan de ontlading in de vorm van een vonk geschiedt, die, hetzij afbreekt, hetzij, bij voldoende stroomtoevoer, overgaat in een boog.
Ook bij deze zgn. kanaaldoorslag neemt de doorslagspanning toe met de gasdruk en met de electrodenafstand. Behalve ionisatie van het gas heeft de botsing van snelle electronen met gasmoleculen ook aanslag tot gevolg. Aangeslagen atomen en moleculen kunnen onder terugkeer naar de normale toestand hun extra energie in de vorm van lichtquanta (fotonen) uitzenden en zijn dus verantwoordelijk voor de lichtverschijnselen in de ontlading. Bij kleine afstand van de electroden wordt aan de kathode het negatieve glimlicht gevormd, van de kathode gescheiden door de donkere ruimte van Hittorf-Crookes. Bij voldoende afstand vormt zich aan de anodezijde de positieve zuil, die zich tot de anode toe uitstrekt.
Soms is ook nog een anodisch glimlicht aanwezig. Tussen het negatieve glimlicht en de positieve zuil bevindt zich de donkere ruimte van Faraday. De positieve zuil vertoont vaak afwisselend lichte en donkere gedeelten (striaties).
De positieve zuil levert het licht in de bekende lichtreclamebuizen („neonbuizen”), gevuld met neon, helium enz. of met een mengsel van een edelgas (neon of argon) en kwikdamp, en in de natriumlamp (neon + natriumdamp).
Indien men, bij koude electroden, de gasdruk sterk verlaagt, treedt de positieve zuil in belangrijkheid terug, terwijl de donkere ruimte van Hittorf-Crookes zich uitbreidt. De grootte van deze donkere ruimte geeft een indruk van de afstand die de electronen, uit de kathode komend, in het gas afleggen zonder te botsen (vrije weglengte). Als de vrije weglengte aanmerkelijk groter wordt dan de doorsnede van de buis, noemt men deze electronen kathodestralen. Waar de kathodestralen de glaswand treffen, gaat deze fluoresceren. Hierbij wordt tevens (ook bij het treffen van een in de onüading aangebracht obstakel (antikathode) of van de anode) röntgenstraling opgewekt.
Vaak treedt aan het oppervlak van de kathode een extra lichtende laag op, de zgn. eerste kathodelaag. Deze wordt veroorzaakt doordat positieve ionen uit de ontlading het gas tot lichten brengen. Dit blijkt als men de kathode doorboort. Het lichtverschijnsel zet zich dan aan de achterzijde van de kathode als een lichtbundel voort (kanaalstraten).
De temperatuur in de ontlading hangt sterk af van de omstandigheden. In een gecontraheerde zuil in een gas van 1 atm en bij een stroomdichtheid van enige ampères per cm’ kan de temperatuur 6000 a 7000 gr. C. bedragen. In de neonbuizen, bij stromen van enkele tientallen mA, is het gas relatief koud (bijv. 50 gr.
C.). Men spreekt in dit geval van „koud licht”.
Nog een enkel woord over de bliksem. Deze is te beschouwen als een vonk of kortstondige boog tussen twee tegengesteld geladen wolken of tussen een wolk en aarde. Over het ontstaan van de lading in een wolk lopen de inzichten nog uiteen. Bij een ontlading tussen een negatieve wolk en aarde (het best onderzochte geval) treedt eerst, uitgaande van de wolk, een onzichtbare zwakke vóórontlading (pilot leader) op, die zich tot de aarde uitstrekt, gevolgd door een reeks opeenvolgende zwaardere ontladingen, die zich, uitgaande van de wolk, trapsgewijze een weg naar de aarde boren, daarbij het ionisatiekanaal van de zwakke voorondading volgende (stepped leader). Zodra deze ontlading de aarde bereikt heeft zet, uitgaande van de aarde, de hoofdontlading in.
Deze kan worden gevolgd door een aantal (2-30) deelontladingen langs hetzelfde kanaal, uitgaande van de aarde, ieder voorafgegaan door een korte voorontlading, die van de wolk uitgaat. De duur van de hoofdontlading en van de volgende deelontladingen is ca 410-5 sec, de maximale stroom gemiddeld 40 000 A, de spanning tussen wolk en aarde ca 108 Volt bij een afstand van 2 km. De frequentie der deelontladingen is 10-100 per sec. De duur van de eerste zwakke voorontlading is enkele 0,01 sec, van de andere ca 0,001 sec.
Lit.: W. de Groot, Technische vraagbaak, dl E. VI 2, pp. 727744 (Kluwer, Deventer 1948), alwaar uitgebreide lit. opgave.
