1) в газе
и низкотемпературной плазме (См.
Плазма)
- отношение средней скорости
u направленного (в результате действия электрического поля) движения
электронов или
ионов к напряжённости электрического поля (См.
Напряжённость электрического поля)
Е: μ
= u/E. Зависимость
u от
Е в принципе даётся решением кинетического уравнения Больцмана (См.
Кинетическое уравнение Больцмана). Однако не только решение, но даже точное написание этого уравнения связано со значительными трудностями, обусловленными разнообразием элементарных процессов, в которых участвуют ионы
и электроны. Поэтому обычно П.
и.
и э. теоретически рассчитывают приближённо, вводя упрощающие допущения.
Подвижность ионов (μ
и)
и электронов (μ
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 незначительную 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. Теоретически П.
и.
и э. впервые проанализировал в 1903 П.
Ланжевен. Впоследствии были развиты более строгие
и сложные теории, описывающие зависимость
u от
Е. Первым измерил μ
эл английский физик Дж. Таунсенд, изучая диффузию пучка
электронов, движущихся в электрическом поле,
и смещение этого пучка в магнитном поле. Наиболее точные данные о зависимости
u от
Е приведены на
рис. 1. Приближённые значения μ
эл получают при измерении концентрации
и подвижности
электронов (а также
Е) в положительном столбе электрического разряда в газе (См.
Электрический разряд в газах)
. Подвижность ионов, движущихся в постороннем газе, удовлетворительно описывается теорией Ланжевена, согласно которой в одном
и том же газе она зависит только от массы иона (
рис. 2). Основной процесс, определяющий μ
ионов в их собственном газе, -
Перезарядка ионов. Пройдя длину свободного пробега (См.
Длина 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
u ≈
(
Е/р)
1/2, где
р - давление газа, приведённое к 0°C. Развитие этой теории позволило учесть
и собственное тепловое движение нейтральных атомов (молекул). В предельно слабых полях теория предсказывает, а эксперимент подтверждает линейную зависимость
u ионов от
Е.
П.
и.
и э. связана с коэффициентом диффузии (См.
Диффузия)
D формулой Эйнштейна: D/μ =
kT/e, где
Т - абсолютная температура заряженных частиц в предположении, что они подчиняются Максвелла распределению (См.
Максвелла распределение) (в смеси разных заряженных
и нейтральных частиц их средние энергии
и, следовательно, температуры могут быть различны - свойство "неизотермичности" такой смеси);
k - Больцмана постоянная; е - заряд электрона.
2)
Подвижность ионов в растворах (См.
Растворы)
U =
Fu, где
F - Фарадея число, u - скорость иона в
см/сек при напряжённости электрического поля в 1
в/см. Величина
U зависит от природы иона, а также от температуры, диэлектрической проницаемости (См.
Диэлектрическая проницаемость)
, вязкости (См.
Вязкость)
и концентрации раствора.
Л. А. Сена.
Рис. 1. Зависимость скорости и направленного (по электрическому полю Е) движения электронов в различных газах от отношения E/p, где р - приведённое к 0 °С давление газа.
Рис. 2. Зависимость подвижности ионов μ от их массы Mi.
.png?width=200 "Структура HEMT-транзистора в сечении")
