Явища, які пов'язані з проходженням електричного струму крізь газ і супроводжуються зміною стану газу (склад, тиск, енергетичні стани молекул тощо), називають електричним розрядом у газах. Залежно від механізму іонізації розряди в газах поділяють на несамостійні і самостійні. Електричний розряд вважають несамостійним, якщо він виникає тільки під дією іонізатора, а з припиненням його дії розряд зникає. Електропровідність газів досліджують за допомогою газорозрядної трубки (рис. 11.1) з двома електродами, наповненої досліджуваним газом. Напругу між електродами змінюють потенціометром. Іонізацію здійснюють довільним способом, наприклад, ультрафіолетовим або рентгенівським випромінюванням. Як видно з вольт-амперної характеристики електричного розряду (рис. 11.2), в газі при постійній потужності іонізатора спочатку зі зміною напруги U струм змінюється лінійно. З подальшим збільшенням напруги залежність I=f(U) набуває нелінійного характеру, а при U>U1, сила струму не залежить від напруги (Iн = const). Струм Iн називають струмом насичення. З підвищенням напруги U > U2 спостерігається значне зростання сили струму, яке супроводжується тепловими і світловими ефектами. Струм у газах при несамостійному розряді створюється напрямленим рухом іонів і електронів під дією електричного поля.
Розглянемо несамостійний газовий розряд кількісно. Для спрощення вважатимемо, що газовий розряд відбувається між двома плоскими електродами, де концентрація позитивних і негативних іонів однакова (n+ = n_ = n); заряди позитивних і негативних іонів за абсолютним значенням дорівнюють зарядові електрона (q+ = q_ =\е\). У газових розрядах часто спостерігається нерівномірний розподіл іонів між електродами. При цьому градієнт концентрації їх dn/dx не дорівнює нулеві і виникає помітний дифузійний потік іонів.
Рис.11.1 Рис. 11.2
У разі створення між електродами різниці потенціалів крім дифузійних потоків іонів виникає напрямлений рух позитивних і негативних іонів, тому повна густина струму буде визначатись виразом
. (11.1)
де v+, v_, D+, D_ – відповідно швидкості напрямленого руху і коефіцієнти дифузії позитивних і негативних іонів. Якщо концентрація іонів в усьому об'ємі між електродами однакова, то дифузійних потоків іонів не буде. Тоді вираз (11.1) спрощується:
, (11.2)
де b+, b_ — рухливості іонів газу, які введено аналогічно рухливостям іонів електроліту; Е — напруженість електричного поля. Формула (11.2) подібна до закону Ома. Вона буде еквівалентною законові Ома за умови, якщо множник пе(b+ + b_) не залежить від Е. Це справджується у разі досить малих Е, де спостерігається лінійний характер вольт-амперної характеристики.
Запишемо рівняння балансу іонів у газі за наявності в ньому електричного струму і постійної дії зовнішнього іонізатора. Нехай під дією іонізатора щосекунди в одиниці об'єму утворюється 
пар іонів. Внаслідок рекомбінації щосекунди зникає в одиниці об'єму певна кількість пар іонів 
, , яка пропорційна як концентрації позитивних іонів n+, так і концентрації негативних іонів п_, тобто 
(α — коефіцієнт рекомбінації; n+ = n_ =n). За наявності електричного струму також відбуватиметься зменшення концентрації іонів газу. Якщо площа електрода S, а відстань між електродами l, то при силі струму I (густині струму j)зменшення кількості іонів в одиниці об'єму за одиницю часу визначатиметься так:
.
Рівняння балансу матиме вигляд
. (11.3)
Умовою динамічної рівноваги кількості іонів у між електродному просторі за наявності струму є dn/dt = 0, тобто
. (11.4)
Розглянемо граничні випадки. Якщо густина струму незначна і втрати іонів внаслідок їх переміщення до електродів під дією поля напруженістю Е значно менші від їх втрат через рекомбінацію, тобто j/(le)<<αп2, то 
і вираз (7.2) матиме вигляд
. (11.5)
Цей випадок реалізується за досить малих напруженостей електричного поля Е. Для таких полів виконується закон Ома в газових розрядах.
Тепер вважатимемо, що зменшенням концентрації іонів через їхню рекомбінацію можна нехтувати порівняно зі зменшенням концентрації іонів завдяки наявності електричного струму, тобто j/(le)>> αп2. Тоді
. (11.6)
Звідси видно, що за такої умови густина струму не залежить від напруженості поля Е. Формула (11.6) виражає густину струму насичення. Значення j залежить від , тобто від іонізуючої здатності іонізатора. Чим більша потужність іонізатора (чим більше утворюється за одиницю часу пар іонів ), тим більшим буде струм насичення Iн за тих самих значень напруги U.
З формули (11.6) випливає дещо несподіваний на перший погляд висновок про те, що густина струму насичення j там більша, чим більша відстань між електродами. Цей висновок справедливий за умови, що іонізація відбувається в усьому об'ємі між електродами. Оскільки при струмі насичення кількість іонів, що утворюються за одиницю часу, дорівнює кількості іонів, які щосекунди досягають електродів, тому відповідно й густина струму насичення пропорційна l, бо при більшій відстані між електродами виникатиме більша кількість іонів. Для проміжних значень напруженості електричного поля залежність сили струму від напруженості має складніший характер; закон Ома не виконується.
