Повторете определяне част и резултатите от предишните лекции, но се вземат предвид спецификата на газовата среда.

2.1.4. Разглеждане на ансамбъл на локализирано поведението на един вид йони в газа, който е в условия на постоянна температура и общо налягане, и се предполага, че поради ниския брой плътността на йони може да се пренебрегне п Кулон отблъскване сили между заредени частици. Както казахме по-рано, процесът на дифузия [8] причинява разпространение на йони на обема на газ и тяхното пространствено изместване се дължи на присъствието на градиента на концентрация йон. дифузионен поток от частици се насочва към страната, противоположна на градиента на концентрация, а скоростта му е пряко пропорционална на последната. подходящ коефициент на пропорционалност се нарича (скаларна) дифузионен коефициент D. Съобщение J плътността на потока с градиент в тяхната концентрация п е настроен на закона на Фик дифузия, която е на по-общата форма

Тук стойност, равна на броя на йони, произтичащи за единица време през единица площ, перпендикулярна на посоката на потока на частиците. знак минус отчита факта, че потокът на йони е насочена към намаляване на тяхната концентрация. дифузионен коефициент D е обща характеристика на йони както и газови частици, чрез които те дифундират; от уравнението, който определя мярката за газ D прозрачност по отношение на движещи се частици през тях. Тъй като дифузията на скоростта на потока се определя от отношението

закон на Фик също може да бъде записано като

Потокът от дифузия на частици се поддържа толкова дълго, докато изравняване на концентрации на йони и газови молекули. Потокът от този тип е да се разграничава от потока от частици, причинени от нехомогенността на пълно налягане система.

Ако газ се сега да наложи единна електрическо поле е слаб, има постоянен поток от йони по посока на линиите на игрището, което се наслагва върху много по-бързо топлинно движение на йоните, което води до дифузия. центъра на масата скорост на йон облак, или еквивалентно, средната скорост на йони, е известен като спрея. Този процент е пряко пропорционално на електрическото поле, при условие, че тази област се поддържа достатъчно слаб. По този начин, следната зависимост притежава:

където коефициентът К - йон мобилност (скаларна).

Също дифузионен коефициент D йон мобилност К е общият отговор на йоните и газ, в която те са разположени.

При наличие на слаб коефициент външното поле мобилност и разпространение са свързани между една проста зависимост, известна като отношението на Айнщайн. Тази връзка е точна в границата на пренебрежимо малък електрическо поле и слаба концентрация на йони. В него се посочва, че

къде е - йонна заряд,
K-Болцман константа,
Т - температура газ.

Ако К за мобилност измерва в конвенционални единици на cm 2 / (V х и), коефициентът на дифузия D - cm 2 / и и температура газ Т - в К, тогава може да напише

(Когато цифровата коефициент се използва в последния уравнение множител 299.79, тъй като ESU мобилност има размер на 1 cm 2. свързана с 1 ф напрежение Gaussian CGS система и 1 сек и 1 единица. Подчертава в CGS система е Гаусово 299 , В. 79)

2.1.5. Не е изненадващо, че при тези условия на мобилността на K е пряко пропорционално на коефициента на дифузия Г. Фактът, че тези две стойности са мярка за това колко лесно потока на йони чрез спредовете на газ. Важно е да се отбележи, че връзката е валидно само когато електрическото поле е толкова малка, че йоните са в състояние близко до термодинамично равновесие с молекулите на газа, т.е. когато условията на така наречената "слаба" терена. В този случай функцията разпределение скорост на йон е много близо до Максуел. Движението на йони се извършва главно като случаен термична предложение на топлинна енергия от газа, който се наслагва върху бавно отклонение в посока на областта на приложната.

Плаващите скорост на йоните, които се определят от уравнението достигне постоянна стационарно състояние стойност в случая, когато йон ускорение в посока на електрическо поле, което се избира по време на интервала между сблъсъци на йони с газови молекули, балансиран спиране по време на удар. Тъй като масата на йона е сравнима с масата на молекули при нормални условия, изисква само малък брой йонни сблъсъци с газови частици да се определи тази стационарно състояние след външното поле.

Сега, ако се увеличи електрическата напрегнатост на полето до ниво, при което средната йон енергия е значително по-висока от топлинната енергия на молекулите на газа, има редица по-сложни събития. Топлинната енергия на газ става малко значително, но електрическото поле предизвиква появата на два основни компонента на движение на йони: посока движение по силови линии и произволно движение, което е подкрепено от поле енергия, но поради сблъсъка на йони с молекули се безредно форма.

Като цяло, K йон мобилност, определена съгласно уравнение. е по-постоянен и обикновено зависи от съотношението на електрическото поле на брой плътността на молекулите на газа, т.е. параметър E / N. Този параметър се определя средната излишък йон енергия, получена от тях в областта по време на стабилно отклонение в сравнение с енергията на топлинна движение. В допълнение, разпределението на енергия на йоните става значително nonmaxwellian и не може да бъде точно изчислена в рамките на съществуващите теории. Освен това, дифузията на йони се среща в посока, перпендикулярна на линията на сила, при скорост, различна от скоростта на йон отклонение в посока на областта; Следователно, коефициентът на дифузия става тензор отколкото количество скаларна. коефициент тензор дифузия е от формата

Тук DT - (скаларна) напречен коефициент на дифузия на йони, който описва скоростта на дифузия в посока, перпендикулярна на терена
дл - (скаларна) надлъжната дифузионен коефициент характеризиране на дифузията на йони в посока на областта.

В случаите, описани тук, "междинен" и "силен" [9] поле Einstein връзка вече няма място.

Тук ние се опитваме да докажем твърдението по-горе, според който параметър E / N определя средната енергия на йоните, които те получават от електрическото поле или "енергийно поле." В електрическо поле на йона с такса ее т.е. силата, която е за него, получено ускорение ЕЕ / т, където m - масата на йон. На следващо място, ние използваме груб модел, като се предполага, че сблъсък с молекула на неспазване на газ губи цялата енергия, средно, което е получил от полето до сблъсъка със среден свободен пробег. След това, ако # 964; - е средното време между последователните сблъсъци, или по-просто, означава свободен път на йон, скоростта йон преди сблъскването е равна на неговата # 964 / т. като # 964;

1 / N, средната енергия, получена от област йон по време между сблъсъци е пропорционална на (Е / N) 2. Точни изчисления показват също, че параметър E / N характеризира енергия на йоните в електрическо поле.

Въпреки параметър E / N е по-основен, доскоро повечето експериментатори отчитат резултатите от работата си, да ги направи с параметър E / р, където р - налягането на газа, или параметър E / P0, където p0 - "понижено налягане" нормализирана до температура от 0 ° с Големината на понижено налягане определя от отношението

Тук T - абсолютна температура, при която измерването.

Такова представяне на резултатите не са напълно задоволителни, тъй като P0 символ се използва за означаване на налягането се нормализира до температури, различни от 0 ° С Въпреки това, при използване на E / N сравняване на различни експериментални резултати, престава да бъде неясна. Подходящи трансформация формули имат формата

Тук E / N се измерва в единици от 10 -17 cm 2 х Б.
Т - в К и Е / Р (или E / p0) - в единици V / (см х мм живачен стълб ..).

Хъксли, Crompton и Alford (1966) са предложи нов единица за измерване на параметър E / N - «Townsend" или съкратено Tg, приемайки, че един == Tg х 10 -17 cm 2 В; От тогава се използва широко нова единица за измерване. Ще се използва като параметър E / N, и параметър E / P.

Енергията на поле е незначително в сравнение с топлинната енергия на газа, ако неравенството

където М и М - маса на молекулата и йон, съответно,
то # 955; - енергията получена от електрическо поле йон на средната свободен пътя # 955; тъй като тя се движи по линиите на полето.

Неравенството включен коефициент, който зависи от масата на сблъскващи партньори; в случай на слабо поле и от съществено различно молекулно тегло йон и този фактор се взема предвид факта, че загуба на енергия на сблъсък йон значително по-голяма от средната енергия тях, придобити от поле между сблъсъци. Използване идеално уравнение газ р = NKT и съотношението R = 1 / Ns (където N - брой плътност на молекулите на газа, е - йон разсейване напречно сечение в молекулата), неравенството могат да бъдат написани като (M / m + m / M) ее <

Когато този критерий е изпълнен, ние ще кажем, че електрическото поле е "слаб", ще се нарича "силните" в случай на противоположния неравенство.

От по-горе може да се заключи, че K на движението на йоните е константа, която не зависи от параметър E / P с уговорката, че. и следователно, йон енергия е в близост до топлинна енергия от газа. В действителност, тъй като теорията предсказва, К е константа и при по-високи енергии йонни, ако честотата на сблъсъци между йони е независимо от тяхната енергия. Въпреки това, обикновено на мобилността на йони започва да зависи от параметър E / стр вече е близо до горната граница на определяне слабо поле. При тези условия, идеята за движението на йоните губи някои от своите добродетели, но феноменологичната определението за мобилност като връзката ВД E е полезен при сравняване на експерименталните данни и ще бъдат използвани по-долу.