Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Леше А. -> "Физика молекул" -> 12

Физика молекул - Леше А.

Леше А. Физика молекул — М.: Мир, 1987. — 232 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikamolekul1987.djvu
Предыдущая << 1 .. 6 7 8 9 10 11 < 12 > 13 14 15 16 17 18 .. 75 >> Следующая


Эта скорость возрастает до тех пор, пока частица за счет упругого столкновения с другой частицей не обменяется энергией и импульсом. После этого процесс возобновляется. При этом частица движется с некоторой средней скоростью — скоростью дрейфа Vd, которая зависит от времени между столкновениями

и, следовательно, от длины свободного пробега.

Таким образом, vD = vE = (qE/m)l и поскольку I — т, то

Введенная с помощью (3.4) подвижность ионов |хИон характеризует скорость дрейфа в поле единичной напряженности.

Подставляя полученные в предыдущей главе выражения для т [(2.28), (2.29)], получаем

(3.3)

(3.4)

q I

(3.5)

я л/2 Nd2mv

Подвижность ионов обычно выражают в (см/с) (В/см) = = см2*В-1-с-1; она зависит от суммарной площади, занимаемой молекулами nNd2, и среднего импульса mv отдельной молекулы.
Суммарный дрейф ионов создает электрический ток. В однородном поле E — V/1 при концентрации ионов сорта а, равной па, плотность тока равна

V

j a ион [ •

Отсюда получаем вклад этих ионов в удельную электропроводность

С помощью этого соотношения можно определить подвижность заряженных молекул. Следует учитывать, что, как правило, приходится иметь дело со смесью ионов различных сортов, а возникающие при ионизации электроны вносят значительный вклад в электропроводность. Варьируя состав смеси ионов, разделяя положительные и отрицательные заряды с помощью магнитных полей и т. п., можно изучить вклад ионов определенного сорта. Трактовка полученных таким образом данных (табл. 3.1) осложняется тем, что на подвижность может существенно влиять объединение молекул в комплексы (кластеры).

Таблица 3.1. Подвижность однократно заряженных ионов в нейтральном газе при О °С

I1HOH' ^ИОН’
CM2-B-1C-1 CM2-B-'-с-1
I MM рт. СТ. 760 MM рт. ст. I MM рт. ст. 760 MM рт. ст.

He 1,5- IO3 17 1,7- IO7 около 500
H2 4,5 . IO3 5,9 5,9 • IO3 8,2
O2 о о с* 2,18 1,4- IO3 1,58
N2 0,9- IO3 1,28 (9 0C) 1,1 • IO5 1,8
NH3 to о CO о 0,75 (9 °С) 0,5 • IO3 0,8
C2H5OH 0,27- IO3 0,36 (9 °С) 0,28 • IO3 0,37

Энергия, которую приобретает ион в процессе ускоренного движения, имеет вид

We,aoa = qlE. (3.7)

Для однократно заряженных ионов при E= 100 В-см-1 в газе при нормальном давлений (I « IO-5 см) получаем значение, примерно равное IO-3 эВ. Эта энергия уже пренебрежимо мала по сравнению с энергией теплового движения при комнатной температуре (около 0,025 эВ). При более низком давлении.
37

IO2 Па (примерно 1 мм рт. ст.), величина І становится больше и We, ион принимает значения порядка 1 эВ. В этом случае при столкновении ионов и молекул газа газ будет заметно нагреваться. Устанавливающаяся при атом температура зависит не только от эффективности столкновений, HO и от степени тепловой изоляции системы. В этих новых условиях соотношение

(3.4) не выполняется. При дальнейшем росте We, ИОн, что достигается, например, увеличением напряженности электрического поля, возникают неупругие столкновения: молекулы при столкновениях возбуждаются или даже ионизуются. Наконец число непрерывно образующихся новых ионов становится столь большим, что количество исходных ионов в системе уже не играет никакой роли и возникает самостоятельный разряд. Такие явления могут представить большой интерес для химической технологии будущего, так как оказалось, что большинство химических реакций, которые в других условиях либо вообще не имеют места, либо идут плохо, легче протекают между ионами. В физику и химию плазмы (так называют систему, состоящую из ионов и электронов) мы здесь, однако, вдаваться не будем.

С помощью рассмотренной выше модели дрейфа можно объяснить электропроводность электролитов, полупроводников и кристаллов, если соответствующим образом определить среднюю длину -свободного пробега. В металле, например, для электронов при нормальной температуре получаются времена свободного пробега порядка IO-14—IO-15 с, что совпадает с данными, полученными другими способами (например, методом циклотронного резонанса).

В заключение укажем на связь с рассмотренным ранее явлением диффузии. При плотности частиц N, согласно (3.4), в заданной точке создается поток частиц Nvd в направлении электрического поля (вдоль оси х). Если вследствие этого возникает градиент плотности dN/dx, то по первому закону Фи ка появляется диффузионный поток в обратном направлении. При равновесии эти потоки должны быть равны:

DjOr = NvmE. (3.8)

Поскольку потенциальная энергия ионов зависит от при равновесии должно иметь место больцмановское распределение

N(x) = N0e~ulx)lkT. (3.9)

Подставляя это выражение в (3.8) с учетом U = —qV, приходим к соотношению, которое выполняется независимо от кон-

кретных свойств системы

D = -^-kT. (3.10а)
Если дрейф ионов вызван неэлектрической силой F (например, силой тяжести), то вместо (3.4) получаем

Vd=HF. (3.11)

Тогда приходим к соотношению

D = \ikT, (3.106)

которое непосредственно можно получить из модельных представлений о диффузии и дрейфовом движении.

3.3. Электрический дипольный момент и поляризуемость
Предыдущая << 1 .. 6 7 8 9 10 11 < 12 > 13 14 15 16 17 18 .. 75 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed