Амбіполярна дифузія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Амбіполярна дифузія — одночасна дифузія різнойменних заряджених частинок у квазінейтральному середовищі. Зокрема така дифузія характерна для плазми, в якій одночасно рухаються електрони та йони. Попри те, що частинки різного заряду мають різні коефіцієнти дифузії, кулонівська взаємодія між ними призводить до того, що дифузія швидких частинок сповільнюється, а дифузія важких прискорюється. В умовах, коли зберігається квазінейтральність, загальний коефіцієнт дифузії має проміжне значення.

При амбіполярній дифузії виникає електричне поле, пропорційне градієнту концентрації частинок.

Теорія[ред.ред. код]

Найпростіше розглянути амбіполярну дифузію для двокомпонентної плазми без магнітного поля. Струми електронів та йонів задаються формулами:

 j_e = - \mu_e n_e E - D_e \frac{\partial n_e}{\partial x},
 j_i = + \mu_i n_i E - D_i \frac{\partial n_i}{\partial x},

де  j_e та  j_i - електронний та йонний струм, відповідно,  n_e та  n_i - концентрації електронів та йонів,  \mu_e та  \mu_i - рухливості,  D_e та  D_i - коефіцієнти дифузії.

В умовах квазінейтральності концентрації електронів та йонів рівні:  n_e = n_i = n , а сумарний електричний струм дорівнює нулю. Тоді,

 E = \frac{D_i - D_e}{\mu_i + \mu_e} \frac{1}{n}\frac{\partial n}{\partial x}  ,

а сумарний коефіцієнт дифузії

 D_a = \frac{\mu_i D_e + \mu_e D_i}{\mu_e + \mu_i} .

Рухливість електронів зазвичай набагато більша від рухливості йонів, тому наближено

 D_a = D_i + \frac{\mu_i}{\mu_e} D_e .

Використовуючи співвідношення Ейнштейна, коефіцієнт амбіполярної дифузії матиме вигляд:

 D_a = D_i + \frac{D_i}{T_i} \frac{T_e}{D_e} D_e = D_i\left( 1 + \frac{T_e}{T_i} \right) ,

де  T_i та  T_e - температури йонної та електронної компонент плазми, відповідно. У разі коли ці температури однакові, коефіцієнт амбіполярної дифузії удвічі більший від коефіцієнта дифузії іонів.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.