Физические методы исследования. Семинарские занятия. Часть 2. Стариковская С.М. - 21 стр.

1.3     Методы измерения температуры в неравновесных си-
        стемах.
1.3.1   Низкотемпературная неравновесная плазма.
До сих пор мы рассматривали принципы измерения температуры в равновесных
системах, то есть в условиях, когда температура одинакова для всех подсистем
системы (скажем, для любой из степеней свободы молекул газа). В реальном
эксперименте часто встречаются ситуации, когда в системе можно выделить от-
дельные подсистемы и рассматривать их как невзаимодействующие. Рассмот-
рим неравновесную систему на примере низкотемпературной плазмы газового
разряда.
   При подаче на электроды разрядного промежутка напряжения, превышаю-
щего определенную величину, в промежутке зажигается тлеющий разряд. Элек-
троны, набирая энергию в поле, производят ионизацию атомов и молекул. Ла-
винообразное нарастание концентрации электронов ведет к росту концентрации
ионов. Ионы двигаются к катоду и выбивают из него дополнительные электро-
ды. Фактически, условие самовоспроизводимости концентрации электронов в
результате электрон-ионной эмиссии является условием поддержания самосто-
ятельного тлеющего разряда:

                               γ(eαd − 1) = 1                         (1.62)
   Здесь γ – коэффициент вторичной эмиссии, α – ионизационный коэффици-
ент, характеризующий размножение электронов на единице длины промежутка:
i = i0 eαd .
   Баланс энергии электронов определяется, с одной стороны, набором энер-
гии в поле, с другой – потерей энергии при столкновениях с молекулами га-
за. Рассмотрим отдельно взятый электрон, движущийся в электрическом поле.
Уравнение движения запишется как

                       dv                eE
                     m    = −eE, v(t) = − t + v(0)                (1.63)
                       dt                 m
   Средняя скорость направленного движения электрона называется дрейфо-
вой скоростью:

                                            eE
                           vd =< v(t) >≈ −      ,                    (1.64)
                                           mνm
   где νm – частота столкновений электрона с молекулами газа.
   Рассмотрим набор и потерю энергии двумя электронами в поле. Пусть пер-
вый движется по полю, второй – против поля и оба имеют после столкновения
скорость v. Тогда приращение энергии электрона, движущегося по полю, равно

                     m(v + vd )2 m(v)2          m(vd )2
               ∆ε+ =            −      = mvvd +                       (1.65)
                         2          2             2
  Для электрона, движущегося против поля,

                     m(v − vd )2 m(v)2           m(vd )2
               ∆ε− =            −      = −mvvd +                      (1.66)
                         2        2                2

                                     21