Теория атомных столкновений - Мотт Н.
Скачать (прямая ссылка):
столкновений с электронами, пока еще невозможно; косвенные сведения о
происходящих при этом процессах могут быть, однако, получены на основании
следующих данных.
jИзмерение коэффициентов аккомодации. Коэффициент аккомодации атомов газа
на твердой поверхности определяется вероятностью обмена энергией между
атомами газа и колеблющимися атомами поверхности твердого тела. Путем
измерений коэффициентов аккомодации могут быть, таким образом, получены
сведения о порядке величины этой вероятности и о зависимости ее от
температуры.
Дисперсия и поглощение звука высокой частоты. Зависимость скорости
распространения звуковых колебаний высокой частоты от величины самой
частоты впервые была обнаружена Пирсом 161 при изучении распространения
звука в двуокиси углерода. Причиной дисперсии, как это предположили
впервые Герцфельд и Райс 17], здесь является то обстоятельство,^что
колебательные степени свободы молекул газа не успевают следовать за
быстрыми температурными изменениями, имеющими место при распространении
ультразвукового возмущения. Это связано с тем, что скорость обмена
энергией между колебательными и вращательными степенями свободы очень
мала. Этот же эффект приводит и к поглощению звука, обусловленному
разностью фаз между флюктуациями давления и плотности. В настоящее время
мы располагаем большим количеством опытных данных [8] о дисперсии и
поглощении звука в С02, а также во многих других газах и газовых смесях.
Эти данные позволили определить вероятность дезактивации колебаний при
столкновениях для ряда молекул.
Скорости мономолекулярных химических реакций. Согласно опытным данным,
для того чтобы мономолекулярная реакция могла иметь место, требуется
некоторая энергия "активации". Во многих случаях активация сводится к
возбуждению колебаний; изучение зависимости скорости реакции от давления
разлагающегося газа или от примесей посторонних газов может дать нам,
таким образом, сведения о вероятности возбуждения колебаний при
столкновениях. В то же время построение теории возбуждения такого рода
весьма существенно для правильной интерпретации экспериментальных данных.
§ 2. БЫСТРЫЕ РТОЛКНОВЕНИЯ МЕЖДУ ТЯЖЕЛЫМИ ЧАСТИЦАМИ 319<
7. Общий случай химических реакций. Сюда может быть отнесено очень
большое число явлений. Наиболее простой случай представляют столкновения
между двумя молекулами, сопровождающиеся перераспределением частиц;
наиболее важным является, однако, случай тройных столкновений, при
которых имеет место соединение или диссоциация двух молекул в результате
взаимодействия их с некоторой третьей частицей. Основная задача
заключается при этом в вычислении относительных вероятностей, реакций
различного типа в зависимости от свойств реагирующих веществ.
Проведенная нами классификация различных явлений, относящихся к общему
случаю столкновений между тяжелыми частицами, отнюдь не является строгой.
Так, например, четыре последних процесса весьма сходны друг с другом по
своей природе; поскольку, однако, методы их экспериментального
исследования коренным образом отличаются друг от друга, мы нашли более
целесообразным рассматривать эти процессы раздельно.
К сожалению, теория столкновений между тяжелыми частицами в настоящее
время разработана еще далеко не столь полно, как теория электронных
столкновений. Количественные результаты получены только в случае быстрых
столкновений, для которых справедливо первое приближение Борна, а также
для упругих столкновений между атомами газа. Некоторые общие результаты
получены, однако, также и в других случаях, а при решении ряда задач,
например задачи о возбуждении колебательных уровней, трудности
заключаются лишь в сложности соответствующего математического аппарата.
Следуя той же общей схеме, которая была принята нами для электронных
столкновений, мы рассмотрим прежде всего поведение быстрых частиц.
§ 2. Быстрые столкновения между тяжелыми частицами
1. Тормозная способность вещества для быстрых положительных ионов.
Вычисление потери энергии, испытываемой быстрыми положительными ионами на
одном сантиметре "пути при прохождении их через какое-либо вещество,
весьма сходно с соответствующим вычислением для случая быстрых
электронов, произведенным нами в гл. XI. Примем следующие обозначения: Мг
и М2 - значения масс двух сталкивающихся систем, М- MiM2/(Mi-\-M2) -
приведенная масса всей системы, Z'e - заряд иона; величины к, кп, •/, n0,
п имеют тот же смысл, что, и в гл. XI. Заменив массу электрона на М и е2
на Z'e2, мы можем Воспользоваться формулами, приведенными в гл. XI.
Дифференциальное сечение как функция импульса будет при
320 гл. XII. СТОЛКНОВЕНИЯ МЕЖДУ ТЯЖЕЛЫМИ ЧАСТИЦАМИ
этом иметь вид [см. формулу (11.10)]
т 1ЪГ\Л1Г 128*5 Jlf2Z'2e4 (IK, , |2 /Ю4\
hn(K)dK gZ I <=o/i (^) | i (12.1)
где
N
•0п(К)='%е'К*."10№',
8=1
.a Kh/2л - изменение импульса. Эффективное сечение, соответствующее
возбуждению и-го состояния, мы получим, проинтегрировав дифференциальное
