Средняя кинетическая энергия электрона

При электрическом разряде в разреженном неоне ( ) при комнатной температуре очень небольшая часть атомов неона распадается на электроны и ионы (масса атома неона в раз больше массы электрона ). Длина свободного пробега электронов (то есть среднее расстояние, которое электрон проходит без соударений) мм. Газ находится в электрическом поле напряжённостью В/см. Оцените «температуру» электронов , соответствующую их средней кинетической энергии. Постоянная Больцмана Дж/К, заряд электрона Кл.

Рассмотрим столкновение свободного электрона с атомом газа. Будем считать, что электрон до столкновения движется с некоторой характерной скоростью , атом покоится, и что столкновение лобовое и абсолютно упругое (по условию акты ионизации атомов неона происходят очень редко). Тогда законы сохранения импульса и энергии можно записать в виде:

где и — скорости электрона и атома после столкновения. Отсюда

(после столкновения намного более лёгкий электрон изменяет направление своего движения), и уменьшение кинетической энергии электрона при лобовом столкновении составляет

Последнее неравенство означает, что скорость движения электрона между соударениями изменяется в очень небольших пределах, то есть всё время близка к . Таким образом, можно считать, что — это средняя скорость хаотического движения электронов в плазме газового разряда. Поскольку при нелобовых соударениях уменьшение кинетической энергии электрона будет, очевидно, лежать в пределах от 0 до , то можно считать, что среднее уменьшение кинетической энергии электрона при столкновении с атомом неона составляет

Будем считать, что между ударами электрон движется под действием электрического поля равноускоренно с ускорением в течение промежутка времени . Тогда за это время электрическое поле совершает над электроном работу

В установившемся режиме среднее уменьшение кинетической энергии электрона , происходящее при соударении, должно на каждом интервале между соударениями компенсироваться работой сил электрического поля:

Отсюда средняя кинетическая энергия движения электронов

Соответствующая этой энергии «температура» электронов может быть оценена при помощи соотношения , откуда

Средняя кинетическая энергия – электрон

Средняя кинетическая энергия электрона Т возрастает при образовании молекулы. В наглядном классическом представлении электрон должен двигаться в поле двух ядер быстрее, чем в атоме. Но средняя потенциальная энергия U – 2 Т сильно понижается результате притяжения к двум ядрам. Общее понижение энергии Е U Т есть, таким образом, результат преобладающего понижения потенциальной энергии электрона. Поэтому система из двух ядер и электрона оказывается более устойчивой, чем система разъединенных ядер, иными словами, благодаря понижению потенциальной энергии электрона возникает химическая связы Характерной ее особенностью является коллективизирование электрона всеми ( здесь двумя) ядрами молекулы. Такая связь называется к о-в а л е н т н о it или чисто ковалентной, как в молекуле Н /, где ядра одинаковы; это означает, что оба ядра молекулы владеют электроном в равной мере. Общее электронное облако обтекает оба ядра. По свойствам симметрии электронного облака образовавшаяся связь называется ст-связью. [1]

Средняя кинетическая энергия электронов остается неизменной, за исключением случая сильных электрических полей ( проблема горячего электрона, см. гл. [2]

Читайте также:  Фото планшетов и смартфонов

Средняя кинетическая энергия электронов , ионов и атомов одинакова и, следовательно, температура электронного газа совпадает с температурой самого газа. Такое равновесие может наступить при относительно больших давлениях, при которых наблюдается большое число соударений в единицу времени и происходит интенсивный обмен энергией. Примером изотермической плазмы являются дуга и искра при атмосферном давлении. [3]

Средней кинетической энергии электронов в плазме сопоставляют температуру соответствующего максвелловского распределения и говорят о температуре электронного газа в плазме, несмотря на то, что в газоразрядной неизотермической плазме нет термодинамического равновесия. Таким образом, температура электронного газа в плазме имеет условный смысл. [4]

Средней кинетической энергии электронов в плазме сопоставляют температуру соответствующего максвелловского распределения и говорят о температуре электронного газа в плазме, несмотря на то, что в газоразрядной неизотермической плазме нет термодинамического равновесия. Таким образом, температура электронного газа в плазме имеет условное значение. [5]

Поэтому средняя кинетическая энергия электронов в плазме устанавливается очень большая по сравнению со средней кинетической энергией нейтральных частиц. [6]

Выравнивание средней кинетической энергии электронов и атомов идет довольно сложным путем. При упругом столкновении электронов с атомами обмен кинетической энергией происходит в весьма слабой степени вследствие огромного различия в массах электронов и1 атомов. При неупругом столкновении кинетическая энергия передается атомам крупными порциями ( возбуждение, ионизация), но воспринимается ими не как кинетическая энергия, а как внутренняя энергия атома, перешедшего в иное состояние. Однако возбужденный атом может не только испустить приобретенную им энергию в виде излучения; возможны и столкновения возбужденного атома с невозбужденным, при которых энергия возбуждения распределяется между обоими атомами в виде кинетической энергии. Такие столкновения, получившие название столкновений вто рого рода, наблюдаются на опыте. Они-то и играют важную роль в явлениях электрического разряда при переходе кинетической энергии электронов в кинетическую энергию атомов. [8]

Так как средняя кинетическая энергия электрона пропорциональна абсолютной температуре, то, чем выше температура, тем больше величина кинетической энергии. Так как электроны определенным образом распределены по энергиям, то в металле всегда существуют электроны, обладающие энергиями как выше средней, так и ниже. Поэтому при любой температуре вблизи поверхности металла всегда находятся такие электроны, скорости которых направлены наружу, а их кинетические энергии достаточны для совершения работы выхода. С повышением температуры число таких электронов увеличивается, а поэтому интенсивность термоэлектронной эмиссии возрастает. [9]

Таким образом, средняя кинетическая энергия электронов в невырожденном полупроводнике выражается точно такой же формулой, как кинетическая энергия одноатомных молекул газа. [10]

При понижении температуры средняя кинетическая энергия электронов падает пропорционально температуре, а длина свободного пробега, если исключить рассеяние на ионах примеси ( на котором мы остановимся отдельно), либо остается постоянной, либо растет с понижением температуры. Поэтому, согласно (6.103), критическое поле, как правило, довольно резко падаете понижением температуры. [11]

Таким образом, средняя кинетическая энергия электронов остается постоянной и не может быть причиной роста энергии СВЧ-поля. [12]

Читайте также:  Как можно подключить телефон на телевизор

Какая температура соответствует средней кинетической энергии электронов , равной работе выхода с поверхности вольфрама, если потенциал, соответствующий работе выхода у вольфрама, равен 4 54 В. [13]

Какая температура соответствует средней кинетической энергии электронов , равной работе выхода из вольфрама, если поверхностный скачок потенциала для вольфрама 4 54 В. [14]

Во втором идеализированном случае средняя кинетическая энергия электронов благодаря действию электрического поля значительно превышает среднюю кинетическую энергию частиц таза. В связи со сравнительно большой массой частицы газа – скорость ее настолько мала по сравнению со скоростью электрона, что, рассматривая столкновение электрона с частицей, можно считать ее в начальный момент неподвижной. Будем считать, что это столкновение подчиняется законам упругого удара двух шаров. [15]

Средняя кинетическая энергия – электрон

При низких давлениях, когда число соударений относительно мало, это приводит к тому, что средняя кинетическая энергия электронов оказывается больше средней кинетической энергии ионов. Эти температуры можно измерить косвенными методами, причем оказывается, что, например, в положительном столбе тлеющего разряда при давлениях порядка 0 1 мм рт. ст. температура электронов может достигать 50 000 С и выше, в то время как температура ионов не превышает нескольких сотен градусов. [31]

Первое слагаемое в скобках – потенциальная энергия электронов эмиссии относительно уровня Ферми, а второе – средняя кинетическая энергия электронов эмиссии при температуре эмиттера Тэ. На коллекторе электроны отдают свою кинетическую энергию и опускаются до уровня Ферми. При этом коллектор нагревается, поэтому необходимо от коллектора отводить тепло. К эмиттеру необходимо постоянно подводить тепловую энергию. [33]

Из рис. 5 следует, что резкое возрастание энергии отталкивания Е при соприкосновении атомов вызвано ростом средней кинетической энергии электронов . Причины этого можно объяснить с помощью принципа неопределенности Гейзенберга. Пусть электрон заключен в пространстве, ограниченном стенками цилиндра и поршнем. Расстояние между дном цилиндра и поршнем равно X. Стенки цилиндра и поршень для электрона непроницаемы. Поэтому волновая функция электрона вне указанного постранства равна нулю. [35]

В силу большого статистического веса непрерывного спектра степень ионизации газа становится заметной при температурах, при которых средняя кинетическая энергия электронов мала по сравнению с потенциалом ионизации атома. При этих температурах вероятность нахождения атома в возбужденном состоянии мала. [36]

В результате электроны, накопившие большую энергию при прохождении электрического поля, не успевают передавать ее атомам газа и средняя кинетическая энергия электронов оказывается значительно выше средней кинетической энергии атомов. Применяя в качестве характеристики средней энергии температуру ( что оказывается возможным благодаря установлению максвеллового распределения скоростей, см. § 4), мы вынуждены характеризовать тлеющий разряд двумя различными температурами – электронной и газовой. [37]

Эмиссия электронов с горячего катода вызывает эффект охлаждения, поскольку энергия для эмиссии полностью поставляется катодом; величина эффекта охлаждения в расчете на один излучаемый электрон равна сумме работы выхода и средней кинетической энергии электрона . Поэтому метод заключается в измерении дополнительной теплоты, необходимой для поддержания температуры катода строго постоянной в условиях, когда эмиссия электронов происходит и когда она не происходит. [38]

Читайте также:  Gta 4 повышение производительности

Под действием внешнего поля равновесное распределение электронов искажается и в проводнике возникает направленная диффузия электронов – электрический ток. Средняя кинетическая энергия электронов в этом случае несколько отклоняется от ее равновесного значения, и притом по-разному в разных проводниках. Таким образом, в присутствии тока полная энергия электронов справа и слева от контакта двух разных проводников оказывается различной. Этот избыток ( или недостаток) энергии выделяется ( или поглощается) в непосредственной близости от контакта и проявляет себя как тепло Пельтье. [39]

Во всех перечисленных источниках плазма неравновесна и неизотермична. Средняя кинетическая энергия электронов настолько высока, что оказывается достаточной для возбуждения атомов всех газов, включая инертные. Основными факторами, определяющими условия возбуждения, являются здесь температура электронов и их концентрация. При повышении температуры электронов растет их средняя кинетическая энергия ЕК312КТ и увеличивается число неупругих столкновений, приводящих к возбуждению линий. При увеличении концентрации электронов растет общее число столкновений атомов с электронами, а следовательно, увеличивается и число неупругих столкновений. [40]

Уравнение квантовой теории ( 73) показывает, как изменяется за время т под влиянием поля скорость движения электрона. Средняя кинетическая энергия электронов Е при небольшой их концентрации, обычно не достигающей в полупроводниках границ вырождения, равна 3 / 2 kT, что составляет при комнатных температурах около 0.03 эл. Между тем наибольшая энергия, накопленная даже в электрическом поле 104 в / см на длине свободного пробега I 10 – 7 см, составит всего 10 – 3 эл. [41]

В газоразрядной плазме заряженные частицы, входящие в ее состав, непрерывно находятся в ускоряющем электрическом поле. Средней кинетической энергии электронов в газоразрядной плазме сопоставляется некоторая температура максвелловского распределения электронов по энергиям ( стр. Она имеет условный смысл, ибо в газоразрядной неизотермической плазме отсутствует термодинамическое равновесие. Средняя кинетическая энергия электронов в газоразрядной плазме значительно превышает среднюю энергию нейтральных частиц плазмы. [42]

Между тем, вследствие малости его массы по сравнению с массой частицы газа электрон теряет при каждом упругом столкновении в среднем лишь незначительную долю своей кинетической энергии. Поэтому средняя кинетическая энергия электронов перестает увеличиваться под действием электрического поля лишь после того, как эта энергия достигнет сравнительно большого значения. [43]

Отсутствие теплового равновесия между частицами различного рода в плазме находит свое объяснение в следующем. Величина средней кинетической энергии электронов устанавливается в результате столкновений с молекулами газа, с одной стороны, и ускоряющего действия поля, – с другой. [44]

Металлический Na кристаллизуется в кубической объемно-центрированной решетке с расстоянием между ближайшими атомами 0 37 нм. Найти среднюю кинетическую энергию электронов , предполагая, что их закон дисперсии является квадратичным. [45]

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *