Дрифт скорост
Дрифт скорост - раздел Физика, Кинетична теория на газовете Искаме да опишем поведението на една или няколко молекули, които са нещо различно.
Искаме да опишем поведението на една или повече молекули, които по някакъв начин се различават от по-голямата част от останалитегазови молекули. Ще наричаме „повечето“ молекули „фонови“ молекули, а молекулите, които се различават от тях, ще се наричат „специални“ молекули или (за кратко) S-молекули. Молекулата може да бъде специална по различни причини: тя може да бъде, да речем, по-тежка от фоновите молекули. Може би я нямаот тях и химическия състав. Или може би специалните молекули носят електрически заряд - тогава той ще бъде йон на фона на неутрални молекули. Поради необичайните маси или заряди, S-молекулите се влияят от сили, които се различават от силите между фоновите молекули. Чрез изучаване на поведението на S-молекулите може да се разберат основните ефекти, които влизат в играта при много различни явления. Нека изброим някои от тях: дифузия на газ, електрически ток в батерия, утаяване, разделяне с помощта на центрофуга и т.н.
Нека започнем с изучаването на основния процес: върху S-молекулата в газа от фоновите молекули действа специална сила F (това може да бъде гравитация или електрическа сила) и, освен това, по-често срещани сили поради сблъсъци с фонови молекули. Интересуваме се общ естеството на поведението на S-молекулата. Подробно описание на нейното поведение е задължително.резки бързи удари и един след друг сблъсъци с други молекули. Но ако следвате внимателно, става ясно, че молекулата постоянно се движи в посока на силата F. Ние казваме това плаващ насложени върху нестабилно движение. Но бихме искали да знаем как зависи скорост на дрейфа от сила F.
Ако в някакъв произволен момент от време започнем отгледайте S-молекулата, тогава можем да се надяваме, че имаме някъде между два сблъсъка. Това време ще се използва от молекулата за увеличаване на състава в допълнение към скоростта, останала след всички сблъсъци.скоростта по силата F. Малко по-късно (средно след време t) той отново ще изпита сблъсък и ще започне да се движи по нов сегмент от своята траектория. Стартовата скорост, разбира се, ще бъде различна, а ускорението от сила F остае непроменен.
За да опростите въпроса сега, да предположим, че след всекиПреди сблъсъка нашата S-молекула започва напълно „безплатно“. Това означава, че тя не е имала спомени от предишните ускорения под действието на силата F.някои предположения биха били разумни, ако нашата S-бенкаkula беше много по-лек от фоновите молекули, но това със сигурност не беше така. По-разумното предположение ще обсъдим по-късно.
Засега нека приемем, че всички посоки на скоростта на S-молекулата след всеки сблъсък са еднакво вероятни. Стартовата скорост е във всяка посока и не може да допринесе за произтичащото движение, така че няма да вземем предвид стартовата скорост след всеки сблъсък. Но освен произволно движение, всяка S-молекула във всеки един момент има допълнителна скорост по посока на силата F, която се увеличава от отпоследният сблъсък. Какво е равно средното стойност това части от скоростта? Тя е равна на произведението на ускорението F/m (Където т - маса на S-молекула) от средното време, изтекло от последния сблъсък. Но средното време, което е минало след последния сблъсък, трябва да бъде равен на средното време преди следващия сблъсък, който вече сме обозначили с буквата t. Средно аритметично сила, генерирана скорост F,- това е само скоростта на дрейфа; по този начин стигнахме до съотношението