ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ

ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ

       

1) в газе и н и з к о т е м п е р а т у р н о й плазме — отношение ср. скорости v направленного движения эл-нов или ионов (в результате действия электрич. поля) к напряжённости этого поля Е: m=v/E. Зависимость v от Е в принципе даётся решением кинетич. уравнения Больцмана. Однако не только решение, но даже точное написание этого ур-ния связано со значит. трудностями, обусловленными разнообразием элементарных процессов, в к-рых участвуют ионы и эл-ны. Поэтому обычно П. и. и э. теоретически рассчитывают приближённо, вводя упрощающие допущения. Подвижность ионов (mi)и эл-нов (me) исследуют раздельно, т. к. элементарные процессы, определяющие движение тех и других, различны. Для эл-нов существенно, что из-за малости их массы они при упругих столкновениях с тяжёлыми ч-цами теряют лишь незначит. часть энергии. Поэтому даже в слабых полях их ср. энергия намного превышает энергию тяжёлых нейтральных атомов и молекул. Теоретически П. и. и э. впервые проанализировал в 1903 франц. физик П. Ланжевен. Впоследствии были развиты более строгие и сложные теории зависимости v от Е. Первым измерил me англ. физик Дж. Таунсенд, изучая диффузию пучка эл-нов, движущихся в электрич. поле, и смещение этого пучка в магн. поле. Данные о зависимости v эл-нов от E в разл. газах приведены на рис. 1. Приближённые значения me получают при измерении концентрации и энергии эл-нов (а также Е) в положительном столбе газового разряда.

Рис. 1. Зависимость скорости в направленного (по электрич. полю Е) движения эл-нов в разл. газах от отношения Е/р, где р — приведённое к 0°С давление газа.

Подвижность ионов в постороннем газе удовлетворительно описывается теорией Ланжевена, согласно к-рой в однородном газе она зависит только от массы иона (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость подвижности ионов mi от их массы Mi.

Осн. процесс, определяющий mi ионов в их собств. газе,— перезарядка ионов. При столкновении с нейтральной ч-цей ион обменивается с ней зарядом, а вновь возникший ион «стартует» (т. н. эстафетное движение ионов).

П. и. и э. связана с коэфф. диффузии D ф-лой Эйнштейна: D/m= kT/e, где Т — абс. темп-pa заряженных ч-ц в предположении, что они подчиняются Максвелла распределению (в смеси разных заряженных и нейтральных ч-ц их ср. энергии и, следовательно, темп-ры могут быть различны — св-во «неизотермичности» такой смеси); е — заряд эл-на.

2) Подвижность ионов в растворах U=Fu, где F — Фарадея постоянная, u — скорость иона в см/с при напряжённости электрич. поля в 1 В/см. Величина U зависит от природы иона, а также от темп-ры, диэлектрической проницаемости, вязкости и концентрации раствора.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.