Эффект Сена

Эффе́кт Се́на (или эстафе́тное движе́ние ио́нов) — явление переноса электрического заряда при движении ионов в газе того же вещества за счёт их резонансной перезарядки с собственным атомом.

Физические основы

Эффект Сена обнаружен советским физиком Л. А. Сеной в 1947 г. Изучая рассеяние положительных ионов в газе, он обнаружил упругие и неупругие взаимодействия, включая возбуждение и ионизацию атомов при соударениях с положительными ионами. Эти соударения отличаются от соударений атомов и электронов тем, что положительные ионы при прохождении газа, состоящего из атомов этого же вещества, могут перезаряжаться, причём эта перезарядка является упругим процессом. Если атомы и ионы газа принадлежат к одному и тому же веществу, то вероятность перезарядки настолько велика, что этот процесс превалирует над всеми другими электронными процессами, происходящими в данном газе. Следует учесть, что, в отличие от случая столкновения с электронами, для описания рассеивания ионов можно не привлекать квантово-механический анализ, поскольку длина волны де Бройля для ионов мала, и можно использовать алгоритмы классической механики. Считается, что в этом случае атом и ион одного и того же вещества (газа) являются независимыми системами.

При объяснении эффекта Сена считается, что атом и ион могут обмениваться электронами наподобие прохождения электроном потенциального барьера (туннельный эффект). Ясно, что вероятность перехода убывает с увеличением скорости иона и прицельного расстояния. Если это расстояние мало, то гипотетическая вероятность становится больше единицы, что с физической точки зрения означает что в момент максимального сближения атома и иона электрон ими обобществляется. При малой скорости иона за время сближения атома и иона электрон может несколько раз переходить от атома к иону, и вероятность перезарядки становится равной $1/2$. Для больших расстояний вероятность растёт.

В результате даже при небольшой величине напряжённости электрического поля, поскольку скорость направленного их движения больше скорости теплового движения, перенос заряда (передача электрона от иона к атому и наоборот) напоминает эстафету — ион достигает атома, передаёт ему электрон, при этом практически останавливается, затем ион снова разгоняется во внешнем электрическом поле до следующего акта столкновения и перезарядки.

Экспериментально было показано, что в слабых электрических полях скорость движения ионов пропорциональна отношению $E/P$, а в сильных полях — ${\Biggl (}E/P{\Biggl )}^{1/2}$ , где $E$ — напряжённость электрического поля, $P$ — давление газа.

Литература

• Сена Л. А. Столкновения электронов и ионов с атомами газа. — Москва : Гостехиздат, 1948.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. — Москва : Физматлит, 2014.

Ссылки

• Эффект Сена

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Эффект Сена», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Эффект_Сена» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».