Рухливість іонів і електронів - велика радянська енциклопедія

Подв і жность і про новий і електро Сигнали про пошту,

1) в газі і низькотемпературної плазмі - відношення середньої швидкості u спрямованого (в результаті дії електричного поля) руху електронів або іонів до напруженості електричного поля Е: m = u / E. Залежність u від Е в принципі дається рішенням кінетичного рівняння Больцмана. Однак не тільки рішення, але навіть точне написання цього рівняння пов'язано зі значними труднощами, зумовленими різноманітністю елементарних процесів, в яких беруть участь іони і електрони. Тому зазвичай рухливість іонів і електронів теоретично розраховують приблизно, вводячи спрощують припущення. Рухливість іонів (m і) і електронів (m ел) досліджують окремо, тому що елементарні процеси, що визначають рух тих і інших, різні. Для електронів суттєво, що внаслідок малості їх маси вони при пружних зіткненнях втрачають лише незначну частину енергії. Тому навіть в слабких полях поява у них спрямованого руху (накладається на теплове - хаотичне) призводить до того, що їх середня енергія набагато перевищує енергію важких нейтральних атомів і молекул. Теоретично рухливість іонів і електронів вперше проаналізував в 1903 П. Ланжевен. Згодом були розвинені більш строгі і складні теорії, що описують залежність u від Е. Першим виміряв m ел англійський фізик Дж. Таунсенд, вивчаючи дифузію пучка електронів. рухомих в електричному полі, і зміщення цього пучка в магнітному полі. Найбільш точні дані про залежність u від Е наведені на рис. 1. Наближені значення m ел отримують при вимірюванні концентрації і рухливості електронів (а також Е) в позитивному стовпі електричного розряду в газі.

Рухливість іонів. рухомих стороннього газі. задовільно описується теорією Ланжевена, згідно з якою в одному і тому ж газі вона залежить тільки від маси іона (рис. 2). Основний процес, який визначає m іонів в їх власному газі. - перезарядка іонів. Пройшовши довжину вільного пробігу перезарядки, іон обмінюється зарядом з нейтральною частинкою, а знову виник іон «стартує» з початковою швидкістю, близькою до теплової (т. Зв. «Естафетний» механізм руху іонів). У сильних полях при цьому u »(Е / р) 1/2. де р - тиск газу. наведене до 0 ° C. Розвиток цієї теорії дозволило врахувати і власне теплове рух нейтральних атомів (молекул). У гранично слабких полях теорія передбачає, а експеримент підтверджує лінійну залежність u іонів від Е.

Рухливість іонів і електронів пов'язана з коефіцієнтом дифузії D формулою Ейнштейна: D / m = kT / e, де Т - абсолютна температура заряджених частинок в припущенні, що вони підкоряються Максвелла розподілу (в суміші різних заряджених і нейтральних частинок їх середні енергії і, отже, температури можуть бути різні - властивість «неізотермічних» такої суміші); k - Больцмана постійна; е - заряд електрона.

2) Рухливість іонів в розчинах U = Fu, де F - Фарадея число, u - швидкість іона в см / сек при напруженості електричного поля в 1 в / см. Величина U залежить від природи іона. а також від температури. діелектричної проникності, в'язкості і концентрації розчину.

Мал. 1. Залежність швидкості і спрямованого (по електричному полю Е) руху електронів в різних газах від відносини E / p, де р - наведене до 0 ° С тиск газу.

Мал. 2. Залежність рухливості іонів m від їх маси Mi.