В большинстве случаев коэффициенты переноса определяются в основном упругими столкновениями с рассеянием на большие углы. В связи с этим среднюю частоту столкновении в приближении Чепмена – Энскога кинетической теории определяют следующим образом:
,
(3.36)
где - среднее сечение столкновения с
передачей импульса, определяемое выражением
,
(3.37)
а величина
(3.38)
есть средняя относительная
скорость частиц с максвелловским распределением по скоростям. В случае, когда
сечение столкновения медленно меняется вблизи , можно
воспользоваться приближенным соотношением
. (3.39)
Формулы (3.36) и (3.37) можно рассматривать как определение среднего (с энергетическим весом) значения зависящей от скорости частоты столкновений с передачей импульса. Не трудно убедится, что
.
(3.40)
Здесь ,
а
-
максвелловская функция распределения.
Передача энергии и импульса при упругом столкновении
При упругом столкновении двух частиц их суммарная кинетическая энергия не меняется, в то время как скорости самих частиц в любой системе отсчета, кроме системы, движущейся со скоростью центра масс двух частиц, меняются.
Рассмотрим
столкновение двух частиц в газе в системе координат, движущейся со средней
массовой скоростью . Обозначим скорости частиц в
указанной системе отсчета до столкновения через
и
. Столкновение частиц приводит к рассеянию,
описываемому углами
(рис. (3.2)). Согласно формуле
(3.34), скорости падающей частицы до и после столкновения запишутся
(3.41)
Энергия, теряемая падающей частицей в процессе столкновения, определяется следующим образом:
.
(3.42)
Произведя усреднение по всем углам рассеяния, получим
(3.43)
где - вероятность упругого рассеяния в
элемент телесного угла
, определяемого формулой (3.6).
Вычисление интеграла в правой части (3.43) с учетом выражения (3.4) дает
и
.
Используя соотношения (3.33), получаем окончательно
.
(3.44)
Рассмотрим сначала
частный случай, когда частица-мишень покоится, т.е. . Тогда
из формулы (3.44) следует, что
.
Таким образом, средняя доля начальной кинетической энергии, теряемой падающей частицей на покоящеюся частицу-мишень со скоростью С, равна
.
(3.45)
Этот результат чаще всего
применяется к столкновениям, в которых падающей частицей является электрон, а
частицей-мишенью - тяжелая частица
(атом, ион, молекула).. Поскольку ,получим
,
(3.46)
где - масса тяжелой частицы. То
обстоятельство, что отношение масс в правой части равенства (3.46) мало,
означает, что в некоторых случаях энергообмен между частицами может быть
незначительным. В подобных случаях вводится понятие температуры электронов
отличной от температуры тяжелых частиц
.
Вернемся к формуле (3.44) и вычислим энергию, теряемую падающей частицей, усредненную по скоростям всех частиц-мишеней
.
(3.47)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.