к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Подвижность электронов и ионов в газе и низкотемпературной плазме

Подвижность электронов и ионов в газе и низкотемпературной плазме - коэф. пропорциональности15061-4.jpg в соотношении15061-5.jpg связывающем величину скорости дрейфа vдр электронов (ионов) в газе с величиной напряжённости электрич. поля Е, вызывающего этот дрейф. Понятие П. электронов и ионов имеет фпз. смысл при условии, когда характерная длина пробега рассматриваемой заряж. частицы много меньше характерного размера системы в направлении движения частицы. П. электронов и ионов выражается через электронную (ионную) проводимость плазмы15061-6.jpg соотношением15061-7.jpg где Ne,i - плотность электронов (ионов), е - заряд электрона. Теоретически П. электронов и ионов впервые анализировал П. Ланжевен (P. Langevin) в 1903, первым измерил15061-8.jpg Дж. Таунсепд (J. S. Townsend), изучая диффузию пучка электронов, движущихся в электрич. поле, и смещение этого пучка в магн. поле.
Согласно элементарной кинетич. теории, величина П. электронов и ионов выражается через характерную частоту упругих соударений ve,i заряж. частицы с частицами газа:

15061-9.jpg

(т. - приведённая масса заряж. частицы и частицы газа). Как следует из соотношения (1), величина П. электронов и ионов обратно пропорц. плотности нейтральных частиц N. Истинное значение П. отличается от результата оценки (1) вследствие сложного характера зависимости сечения упругого рассеяния15061-10.jpg от скорости соударения vT. Решение кпнетич. ур-ния Больцмана с учётом этой зависимости приводит к численному отличию истинного и приближённого значения15061-11.jpg не более чем на неск. десятков процентов.
П. электронов и ионов связана с их коэф. диффузии D в газе соотношением Эйнштейна

15061-12.jpg

где15061-13.jpg - характеристич. энергия электронов (ионов), значение к-рой близко к их ср. энергии и в точности совпадает с последней прп слабых полях, когда имеет место максвелловское распределение заряж. частиц по энергиям15061-14.jpg П. ионов15061-15.jpg и электронов15061-16.jpg обычно исследуют раздельно, т. к. различны элементарные процессы, определяющие движение тех и др. частиц.

П. электронов. Осн. отличит. особенность П. электронов проявляется в зависимости15061-17.jpg от отношения напряжённости электрич. поля Е к плотности газа N. Причина такой зависимости заключается в том, что из-за малой массы электроны при упругих столкновениях с тяжёлыми частицами теряют лишь незначит. часть энергии. Поэтому даже в слабых полях ср. энергия электронов в газе практически всегда превышает ср. энергию тяжёлых частиц и пропорц. величине энергии15061-18.jpg набираемой электроном за время между двумя столкновениями (15061-19.jpg - длина свободного пробега электрона в газе). Вследствие зависимости15061-20.jpg это приводит к зависимости П. электронов от отношения E/N (рис.). Характер такой зависимости определяется сортом газа. В табл. 1 приведены значения П. электронов в разл. газах при нормальных условиях.

Табл. 1. - Подвижность электронов15061-21.jpg (см2/с х В) в газах при различных отношениях E/N.
Газ
E/N х 10-17, В х см2
0,03
1,0
100
Не ... . . .
8700
930
1030
Ne.........
16000
1400
960
Аг.........
14800
410
270
Кr.........
12000
-
-
Хе ........
1980
-
240
Н2.........
5700
700
470
N2.........
13600
670
370
О2.........
32000
1 150
590
со ........
-
970
360
N0 ........
-
1700
со2 .......
670
780
480
СН4........
-
310
260
CF4 ........
-
-
42

Экспериментально П. электронов определяют прп измерении зависимости дрейфовой скорости электронов от приведённой напряжённости электрического поля E/N. Величину дрейфовой скорости находят либо на основании измерений проводимости плазмы и концентрацпп заряж. частиц, лпбо в результате измерения времени прохождения электронным роем определённого расстояния. Результаты измерений П. электронов служат одним из осн. источников определения энергетич. зависимости сечения упругого рассеяния электронов на атоме или молекуле.

15061-22.jpg

Зависимость подвижности электронов15061-23.jpg в различных газах от отношения E/N.

П. ионов, в отличие от П. электронов, в широком диапазоне изменения напряжённости электрич. поля Е практически от него не зависит. П. ионов в собственном газе определяется резонансной перезарядкой иона на атоме. При столкновении с нейтральной частицей ион обменивается с ней зарядом, а возникший ион начинает движение, перенос заряда имеет эстафетный характер (Сена эффект ).П. понов в собств. газе надёжно рассчитывают на основе асимитотич. теории резонансной перезарядки ионов. С учётом зависимости сечения резонансной перезарядки15061-24.jpg от скорости соударений ионов П. ионов определяется формулой

15061-25.jpg

где mi - масса иона, выраженная в единицах протонных масс,15061-26.jpg - ср. относит. скорость соударения, Т - темп-pa. Поправки к выражению (3), учитывающие упругое рассеяние иона на атоме и поляризац. захват, при комнатной и более высокой температурах обычно не превышают 10 - 15%. В табл. 2 представлены значения П. ионов инертных газов и щелочных металлов в собств. газе, приведённые к атм. давлению.

Табл. 2. - Подвижность15061-27.jpg ионов инертных газов и щелочных металлов
Т, К
Газ
Не
Ne
Кr
Хе
77
15,3
2,1
195
11,7
1,8
-
-
300
10,2
1,0
1,0
0,66
Т, К
Металл
Na
К
Cs
500
0,37
0, 14
0, 10
1000
0,29
0, 11
0,077

Осн. вклад в П. иона в чужом газе вносит упругое рассеяние нона на нейтральной частице (атоме, молекуле), характер к-рого определяется поляризац. взаимодействием заряда иона с наведённым диполем нейтральной частицы. При этом величина15061-28.jpg выражается через поляризуемость нейтральной частицы15061-29.jpg соотношением

15061-30.jpg

где т - приведённая масса иона и нейтральной частицы, выраженная в единицах протонных масс,15061-31.jpg - поляризуемость нейтральной частицы в атомных единицах. Как следует из (4), П. ионов в чужом газе не зависит от Т, что обусловлено обратной пропорц. зависимостью сечения упругого рассеяния при поляризац. взаимодействии15061-32.jpg Поправки к (4), учитывающие вклад обменного взаимодействия иона с нейтральной частицей, обычно не превышают 10 - 20%.

П. ионов в растворахU = Fu, где F - Фарадея постоянная, и - скорость иона в см/с при напряжённости электрич. поля 1 В/см. Величина U зависит от природы иона, температуры, диэлектрич. проницаемости и концентрации раствора.

Литература по подвижности электронов и ионов в газе и низкотемпературной плазме

  1. Смирнов Б. М., Ионы и возбужденные атомы в плазме, М., 1974;
  2. Елецкий А. В., Палкина Л. А., Смирнов Б. М. Явления переноса в слабоионизированной плазме, М., 1975;
  3. Мак-Даниель П., Мэзон Э., Подвижность и диффузия ионов в газах, пер. с англ., М., 1976;
  4. Хаксли Л., Кромптон Р., Диффузия и дрейф электронов в газах, пер. с англ., М., 1977.

А. В. Елецкий

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 04.06.2020 - 19:19: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
04.06.2020 - 13:20: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
04.06.2020 - 12:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
04.06.2020 - 06:25: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 19:48: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 19:47: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 19:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 18:55: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 17:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Фурсова - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 11:27: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 10:47: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
03.06.2020 - 09:50: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution