タウンゼント放電
平面平行板コンデンサーにガスが充填され、端末の間に直流高電圧源が接続された装置により、ガスの放電イオン化を実験し、調査を行った。より低電圧差の端子が陰極と呼ばれ、もう片方が陽極と呼ばれる。陰極から強制的に電子を放出させたとき、コンデンサーに流れる電流はプレートの間の電場に依存していること、更にガスイオンがプレートの間を動いたので、増殖しているように思えることをタウンゼントは発見した。印加電圧は実質的には一定であったが、彼は異なった10桁以上の電流を観測した。彼の最初の実験から得られた実験データは以下の公式によって説明される。
I I 0 = e α n d {\displaystyle {\dfrac {\mathit {I}}{\mathit {I_{0}}}}=\mathrm {e} ^{\alpha _{n}d}}
Iは電流、 I 0 {\displaystyle I_{0}} は陰極の表面で発生する光電子電流、eはオイラー数、 α n {\displaystyle \alpha _{n}} は陰極から陽極まで動くマイナスイオンによってユニット長単位で発生するイオン対の数であらわされるタウンゼンド一次電離係数、dは装置のプレート間距離である。
プレート間のほとんど一定の電圧は自己持続型の電子なだれを引き起こすのに必要である降伏電圧と等しい。電流がグロー放電の形態に達するとき、それは減少する。その後の実験は、電流が距離が増えるのに従って上の公式によって予測されるより速く上昇することを明らかにした。2つの異なった効果が、現象が起こる物理学的な理由について説明し、そして正確な定量的計算を可能にすると考えられていた。