Дрейф, диффузия и энергия электронов и ионов в слабоионизованной плазме

Движение электронов в поле Е складывается из хаотического с «тепловой» скоростью vT и направленного вдоль поля, дрейфового, со скоростью ve. Крайняя устанавливается в итоге компенсации импульса, приобретаемого под действием электронной силы —еЕ в период меж столкновениями, и утраты направленного импульса в итоге рассеяния при упругих столкновениях с молекулами.
Скорость дрейфа электронов приближенно приравнивается закон подобия, характерный почти всем чертам слабоионизованного неравновесного газа в поле. Закон подобия vt = f(E/N) справедлив и в тех вариантах, когда нет серьезной пропорциональности vt<>E/N и подвижность це не постоянна.

Для подходящего спектра E/N подвижность можно условно найти как некоторое среднее для данного спектра значение vjE. Так, к примеру, для воздуха в области ? = 20кВ/см при давлении р=1атм (при комнатной температуре N = 2,51 - 1019 см 3, Ј/TV = 0,795-1 (Г15 В-см2) vt = 1,0-107 см/с, це = 500 см2/(В-с).

В физике газового разряда нередко заместо плотности газа N пользуются давлением р = NkT. Это комфортно и целенаправленно, когда газ прохладный и его температуру Т можно считать фиксированной. Для удобства приведем соотношения меж единицами измерения

E/N. При Г = 293 К Е/р [В/(см-Тор)] = 1,32?/р [кВ/(см-атм)] = = 3,3-1016Ј/W[B-CM2] =0,33?/ЛЧТд], где 1 Таунсенд (Тд) равен Ю-17 В-см2.

Подвижность ионов в сотки раз меньше подвижности электронов, ^ потому ионы, обычно, дают малый вклад в электронный ток. За 1 с электронное поле совершает над электроном работу <—eE-v) = —eEve, где < ) — символ усреднения по скоростям. В 1 см3 за 1 с выделяется энергия eEvene — оЕ2 = jE. Это есть джоулево тепло тока. Вместе с приобретением энергии от поля (в среднем eEvt/vm = e'E'/imvi) в одном действенном столкновении) электрон при каждом упругом столкновении передает «неподвижной» молекуле малую толику 6 = 2т/М собственной энергии $, где М — масса молекулы.

В молекулярных газах электроны с большей вероятностью возбуждают колебания молекул. В данном случае электрон дает молекуле значительно огромную, чем 2т/М, но в среднем тоже малую толику собственной энергии.

При наиболее больших энергиях Y~10-20эВ электроны возбуждают электрические состояния и ионизуют молекулы, в итоге чего же теряют значительную долю собственной энергии. В данном случае 6~1 и справедливое для малых утрат огромного смысла уже не имеет.