ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ

ПОДВИЖНОСТЬ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ, 1)в газе и низкотемпературной плазме - отношение средней скорости и направленного (в результате действия электрич. поля) движения электронов или ионов к напряжённости электрического поля Е: м = и/Е. Зависимость и от Я в принципе даётся решением кинетического уравнения Больимана. Однако не только решение, но даже точное написание этого уравнения связано со значит, трудностями, обусловленными разнообразием элементарных процессов, в к-рых участвуют ионы и электроны. Поэтому обычно П. и. и э. теоретически рассчитывают приближённо, вводя упрощающие допущения. Подвижность ионов (м_и) и электронов (м_эл) исследуют раздельно, т. к. элементарные процессы, определяющие движение тех и других, различны. Для электронов существенно, что вследствие малости их массы они при упругих столкновениях теряют лишь незначпт. часть энергии. Поэтому даже в слабых полях появление у них направленного движения (накладывающегося на тепловое - хаотическое) приводит к тому, что их средняя энергия намного превышает энергию тяжёлых нейтральных атомов и молекул.

Рис. 1. Зависимость скорости и направленного (по электрическому полю Е) движения электронов в различных газах от отношения Е/р, где р - приведённое к 0 °С давление газа.

Теоретически П. и. и э. впервые проанализировал в 1903 П. Ланже-вен. Впоследствии были развиты более строгие и сложные теории, описывающие зависимость и от Е. Первым измерил м_эл англ, физик Дж. Таунсенд, изучая диффузию пучка электронов, движущихся в электрич. поле, и смещение этого пучка в магнитном поле. Наиболее точные данные о зависимости и от E приведены на рис. 1. Приближённые значения мэл получают при измерении концентрации и подвижности электронов (а также Е) в положительном столбе электрического разряда в газе.

Подвижность ионов, движущихся в постороннем газе, удовлетворительно описывается теорией Ланжевена, согласно к-рой в одном и том лее газе она зависит только от массы иона (рис. 2). Осн. процесс, определяющий м ионов в их собств. газе, - перезарядка ионов.

Рис. 2. Зависимость подвижности ионов м от их массы M_i.

Пройдя длину свободного пробега перезарядки, ион обменивается зарядом с нейтральной частицей, а вновь возникший ион -"стартует" с начальной скоростью, близкой к тепловой (т. н. "эстафетный" механизм движения ионов). В сильных полях при этом и ж ~ (Е/р)¹/2, где р - давление газа, приведённое к 0 °С. Развитие этой теории позволило учесть и собственное тепловое движение нейтральных атомов (молекул). В предельно слабых полях теория предсказывает, а эксперимент подтверждает л и-н е и н у ю зависимость и ионов от Е. П. и. и э. связана с коэфф. диффузии D формулой Эйнштейна: D/м. = kT/e, где Т - абс. темп-pa заряженных частиц в предположении, что они подчиняются Максвелла распределению (в смеси разных заряженных и нейтральных частиц их средние энергии и, следовательно, темп-ры могут быть различны - свойство "неизотермичности" такой смеси);

темп-ры, диэлектрической проницаемости, вязкости и концентрации раствора. Л. А. Сена.