Большая Советская Энциклопедия (ПО)

  1) в газе и низкотемпературной плазме — отношение средней скорости u направленного (в результате действия электрического поля) движения электронов или ионов к напряжённости электрического поля Е: m = u/E. Зависимость u от Е в принципе даётся решением кинетического уравнения 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 (m_и ) и электронов (m_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 m_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 m_эл получают при измерении концентрации и подвижности электронов (а также Е ) в положительном столбе электрического разряда в газе .

  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 m ионов в их собственном газе, — перезарядка ионов . Пройдя длину 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 D формулой Эйнштейна: D/m = kT/e, где Т — абсолютная температура заряженных частиц в предположении, что они подчиняются Максвелла распределению (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 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 , вязкости 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 m от их массы M_i .

Подвижность носителей тока

Подви'жность носи'телей то'ка в твёрдом теле, отношение скорости направленного движения электронов проводимости и дырок (дрейфовой скорости u_др ), вызванного электрическим полем, к напряжённости Е этого поля:

m = u_др /Е .

  У разных типов носителей в одном и том же веществе m различны, а в анизотропных кристаллах различны m каждого типа носителей для разных направлений поля Е. Величина m определяется процессами рассеяния электронов в кристалле. Рассеяние происходит на заряженных и нейтральных примесных частицах и дефектах кристаллической решётки, а также на тепловых колебаниях кристаллической решётки (фононах). Испуская или поглощая фонон, носитель изменяет свой квазиимпульс и, следовательно, скорость. Поэтому m сильно изменяется при изменении температуры. При T ³ 300 К преобладает рассеяние на фононах, с понижением температуры вероятность этого процесса падает и доминирующим становится рассеяние на заряженных примесях или дефектах, вероятность которого растет с уменьшением энергии носителей.