A minőségi leírását lassú mozgásának ionok gázok

Home | Rólunk | visszacsatolás

Ismételjük meghatározó része és a vizsgálat eredményeit a korábbi előadások, de figyelembe veszi a sajátosságait az gáznemű közegben.

2.1.4. Tekintsük a együttese a lokalizált viselkedését egy típusú ionok a gáz, amely körülmények között állandó hőmérsékleten és a teljes nyomás, és tegyük fel, hogy mivel az alacsony számsűrűségét ionok lehet elhanyagolni n Coulomb-taszítás közötti erők töltött részecskék. Mint mondtuk korábban, a diffúziós folyamat [8] okoz elterjedése ionok a gáz mennyisége és a térbeli elmozdulás okozza a jelenléte a gradiens-ion koncentráció. A diffúziós fluxus részecskék arra irányul, hogy a szemközti oldalon a koncentráció gradiens, és a sebessége egyenesen arányos az utóbbi. A megfelelő arányossági tényező nevezik (skalár) diffúziós együtthatója D. Kommunikációs J fluxus-sűrűség gradiens való koncentráció n értékét Fick diffúziós törvénye, ami meg van írva a általánosabb formában

Itt, az értéke egyenlő az ionok száma áramló egységnyi idő révén az egységnyi felületre merőleges irányban a részecske áramlás. A mínusz jel esetében a tény, hogy az áramlás a ionok irányul csökkentése azok koncentrációjától. A diffúziós együttható D összesen jellemző mindkét ion és a gáz részecskék, amelyeken keresztül diffundálnak; Az egyenlet, amely meghatározza a gáz D átláthatóság intézkedés tekintetében a mozgó részecskék rajta. Mivel diffúzió áramlás sebességét úgy határozzuk meg, a kapcsolatban

Fick törvény is felírható, mint

A diffúziós részecskék áramát tartjuk mindaddig, amíg egy kiegyenlítési koncentrációinak ionok és gáz molekulák. Az áramlás az ilyen típusú meg kell különböztetni a részecskeárammal által okozott inhomogenitást, a teljes rendszer nyomását.

Ha a gáz most szabhat egyenletes villamos tér gyenge, van egy folyamatos áramlását ionok az irányt a erővonalak, amely szuperponálódik egy sokkal gyorsabb termikus mozgást az ionok, ami diffúzió. a tömegközéppontja sebessége az ion felhő, vagy ezzel egyenértékűen, az átlagos sebesség az ionok, az úgynevezett drift. Ez az arány egyenesen arányos az elektromos mező a feltétellel, hogy ezen a területen tartjuk elegendően gyenge. Így a következő összefüggés áll fenn:

ahol az együttható K - ion mobilitás (skalár).

Hasonlóképpen a diffúziós koefficiens D-mozgékonyság K a teljes válasz az ionok és gáz, amelyben azokat elosztva.

Jelenlétében gyenge külső területén mobilitás és diffúziós együtthatója közé van bekötve egy egyszerű függés néven Einstein kapcsolatban. Ez a kapcsolat pontos a határ elenyészően kis elektromos mező, és egy gyenge ionkoncentráció. Megállapítja, hogy

ahol e - ion töltése,
K- a Boltzmann állandó,
T - gáz hőmérsékletét.

Ha a mobilitás K mérjük szokásos egységekben cm 2 / (V × s), a diffúziós koefficiens D - cm 2 / s, és a gáz hőmérséklete a T - a K, akkor tudjuk írni

(Ha a numerikus együtthatót az utolsó egyenlet szorzó 299,79, mivel ESU mobilitás egy dimenziója 1 cm 2 kapcsolódó 1 u feszültség Gauss CGS rendszer és 1 s és 1 egység. Hangsúlyozza a CGS rendszer Gauss 299 , V. 79)

2.1.5. Ez nem meglepő, hogy ilyen körülmények között a mobilitás K egyenesen arányos a diffúziós koefficiens D. Az a tény, hogy mind ezek az értékek a mértéke, hogy könnyen áramlását ionok révén a gáz terjed. Fontos megjegyezni, hogy a kapcsolat csak akkor érvényes, ha az elektromos mező olyan kicsi, hogy az ionok egy állam közel termodinamikai egyensúlyt a gázmolekulák, azaz amikor a feltételek az úgynevezett „gyenge” mezőben. Ebben az esetben az ion sebesség eloszlás nagyon közel van a Maxwell. A mozgása ionok fordul elő, főleg a véletlenszerű termikus mozgásában a hőenergia a gáz, amely szuperponálódik lassú sodródás irányába az alkalmazott tér.

Driftsebesség az ionok, ami által meghatározott egyenlet elér egy állandó állandósult értéke abban az esetben, ahol az ion gyorsulás irányába az elektromos mező, amely a tárcsázott közötti intervallum alatt a ütközések a ionok gázmolekulák, kiegyensúlyozott fékezés során ütközés. Mivel a tömege az ion általában összehasonlítható a tömegét molekulák normális körülmények között, csak a szükséges kis számú ion ütközések gázzal részecskék beállítani ezt a stacionárius állapotban van, miután a külső tér.

Most, ha növeljük az elektromos térerősség olyan szintre, ahol az átlagos ion lényegesen magasabb, mint a hőenergia gázmolekulák, van számos bonyolultabb eseményeket. A hőenergia a gáz lesz nagy jelentősége, de az elektromos mező hatására a megjelenése két fő összetevője a mozgás az ionok: irány mentén történő mozgása erővonalak és véletlenszerű mozgás, amely támogatja a területen az energia, de mivel az ütközés ionok molekulák úgy rendezetlen formában.

Általában, az ion mobilitás K, szerint meghatározott Eq. több állandó, és jellemzően attól függ, hogy az arány a villamos mező a számot a gáz sűrűsége molekulák, azaz a paraméter E / N. Ez a paraméter meghatározza az átlagos többlet ion általuk megszerzett a pályán az állandósult sodródás, mint az energia hő-mozgás. Ezen túlmenően, az energia eloszlása ​​ionok válik lényegében nonmaxwellian, és nem lehet pontosan kiszámítani keretében meglévő elméletek. Továbbá, a diffúziós ionok előfordul egy merőleges irányban erővonalak, eltérő sebességen a ion driftsebesség a villamos tér irányában; ezért a diffúziós együttható válik tenzor helyett skalár mennyiség. Tenzor diffúziós együttható az űrlap

Itt DT - (skalár) keresztirányú diffúziós koefficiense ionok, amely leírja a diffúzió sebessége a merőleges irányban a területen,
dl - (skalár) hosszanti diffúziós koefficiens jellemző ionok diffúziójának a villamos tér irányában.

Azokban az esetekben, az itt leírt, „köztes” és „erős” [9] mezőben Einstein kapcsolatban már nincs helye.

Itt próbálunk bizonyítani a nyilatkozatát a fenti, amely szerint a paraméter E / N meghatározza az átlagos energia ionok kapnak az elektromos mező vagy „mező energia.” Az elektromos mező a ion töltéssel eE azaz az erő, amely tájékoztatja, gyorsulás eE / m, ahol m - tömege ion. Ezután használjuk a durva modell, feltételezve, hogy egy ütközés egy molekula gázt nem veszít az összes energia átlagosan, ami megkapta a mezőt az ütközés az átlagos szabad úthossz. Akkor, ha # 964; - az átlagos idő egymást követő ütközések, vagy még egyszerűbben, közepes szabad úthossz egy ion, az ion sebessége az ütközés előtt megegyezik annak # 964; / t. mint # 964;

1 / N, az átlagos energia kapott ion mező között eltelt idő alatt ütközések arányos (E / N) 2. Pontos számítások azt is jelzik, hogy a paraméter az E / N jellemzi az energia ionok elektromos mező.

Bár paraméter E / N több alapvető, egészen a közelmúltig, a legtöbb kísérletezők eredményeiről számoltak be munkájuk, árukapcsolás őket a paraméter E / p, ahol p - a gáz nyomása, vagy a paraméter E / p0, ahol p0 - „csökkentett nyomás” normalizált hőmérsékletre 0 ° C-on A nagysága a csökkentett nyomás viszonya határozza meg

Itt T - abszolút hőmérséklet, amelynél a mérést.

Egy ilyen bemutatása az eredmények nem voltak teljesen kielégítőek, mivel a szimbólum P0 jelölésére is szolgál a nyomás normalizált hőmérsékleten más, mint 0 ° C-on Azonban, ha az E / N összehasonlítása a különböző kísérleti eredmények, hogy többé nem egyértelmű. Alkalmas transzformációs képletek van formájában

Itt az E / N egységekben mérjük a 10 -17 cm 2 × B.
T - a K, és az E / p (vagy E / P0) - egységben V / (cm × Hgmm ..).

Huxley, Crompton és Alford (1966) javasolta egy új egységet paraméterének méréséhez E / N - «Townsend,” vagy rövidítve Tg, feltételezve, hogy 1 == Tg × 10 -17 cm 2 B; Azóta egy új mértékegységet széles körben használják. Fogjuk használni, mint a paraméter E / N, és a paraméter E / P.

A mező energiája elhanyagolható a hőenergiát a gáz, ha az egyenlőtlenséget

ahol M és m - tömege a molekula és ion, illetve
it # 955; - a nyert energiát az elektromos mező ion az átlagos szabad úthossz # 955; ahogy mozog a erővonalak.

Az egyenlőtlenség benne olyan tényező, amely tömegétől függ az ütköző partnerek abban az esetben, gyenge mező és alapvetően különböző molekulatömegű ion és ezt a tényezőt figyelembe veszi azt a tényt, hogy az energia veszteség egy ütközés ion lényegesen nagyobb, mint az átlagos energia megszerezte azokat a területen közötti ütközések. A ideális gáz egyenletből p = NkT, és az arány R = 1 / Ns (ahol N - száma a gáz sűrűsége molekulák, s - ion szórási keresztmetszete a molekulában), az egyenlőtlenséget felírható (M / m + m / M) ee- <

Ha ez a feltétel teljesül, akkor azt mondják, hogy az elektromos mező a „gyenge”, akkor az úgynevezett „legerősebb” abban az esetben ellentétes egyenlőtlenség.

A fentiekből arra lehet következtetni, hogy az ion mobilitás K egy konstans, amely nem függ a paraméter E / p, azzal a megkötéssel, hogy a. és ezért az ion közel van a hőenergiát a gáz. Sőt, az elmélet, K egy konstans is nagyobb ion energiák, ha a frekvencia közötti ütközések ionok független az energiájukat. Azonban, általában a mobilitása ionok kezd függ a paraméter E / p már közel a felső határ meghatározása egy gyenge területen. Ilyen körülmények között, a koncepció az ion mobilitás elveszíti néhány erények, de a fenomenológiai definíciója mobilitása, mint a VD kapcsolatban E hasznos összehasonlításakor a kísérleti adatok és fogják használni az alábbiakban.