Главная > Теоретическая физика. Т. X. Физическая кинетика
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

§ 23. Флуктуации в слабо ионизованном неравновесном газе

В этом параграфе мы рассмотрим флуктуации функции распределения электронов в стационарном неравновесном состоянии слабо ионизованного газа; газ пространственно однороден и находится в постоянном однородном электрическом поле Е.

Мы будем интересоваться лишь временной, но не пространственной корреляцией флуктуаций. Тогда имеет смысл ввести вместо зависящей от координат точной (флуктуирующей) функции распределения усредненную по всему объему газа функцию

(которую мы будем в этом параграфе обозначать той же буквой без аргумента ); эта функция флуктуирует только со временем. Функция же по отношению к которой флуктуирует есть найденное в предыдущем параграфе распределение (22,8).

Для рассматриваемой системы представляют особый интерес не столько флуктуации функции распределения самой по себе, сколько связанные с ними флуктуации плотности электрического тока j. Корреляторы этих величин связаны друг с другом очевидной формулой

причем, разумеется, есть флуктуация плотности тока, усредненная по объему газа.

Решение задачи для неравновесного газа основано на указанном в § 20 общем методе.

Согласно этому методу, коррелятор удовлетворяет (по переменным ) кинетическому уравнению (22,1), которое играет в данном случае роль уравнения (20,13) общего метода. Вместе с этим коррелятором такому же уравнению удовлетворяет и функция

через которую в свою очередь выражается искомый коррелятор тока:

Таким образом, имеем уравнение

Кинетическое уравнение (22,1) учитывает столкновения электронов только с молекулами, но не друг с другом. Поэтому здесь нет механизма, устанавливающего одновременную корреляцию между электронами с различными импульсами и «начальное» условие для функции будет таким же, как и в равновесном состоянии. Поскольку речь идет о флуктуации функции распределения, усредненной по всему объему газа, то должно быть учтено постоянство числа частиц (электронов). Согласно (20,17), при таком условии имеем

( - плотность электронов), откуда для начальной функции

где - средняя скорость электронов в состоянии с распределением . Скорость V направлена, разумеется, вдоль поля Е; напишем ее в виде

где b — подвижность. Постоянство полного числа электронов означает также, что и потому

Следуя описанному в § 19 методу, совершаем над уравнением (23,5) одностороннее преобразование Фурье: умножаем его на и интегрируем по t в пределах от 0 до . При этом член преобразуется по частям с учетом начального условия (23,6) и условия

В результате получим уравнение

где

(23,10)

В силу (23,8), это уравнение должно решаться при дополнительном условий

(23,11)

Если решение уравнения (23,9) найдено, то искомое спектральное разложение коррелятора токов можно найти простым интегрированием. Действительно, пишем

и, поступив затем в точности аналогично выводу (19,14), получим

(23,12)

Ниже будем считать для конкретности, что длина пробега . В равновесном состоянии, в отсутствие электрического поля, функция f есть равновесное максвелловское распределение ). Решение уравнения (23,9) есть тогда

в чем легко убедиться, заметив, что

(23,14)

Если (где - время релаксации по направлениям импульса), то в (23,13) можно пренебречь членом в знаменателе. Вычислена интеграла (23,12) приводит тогда к результату

(23,15)

где проводимость газа в слабом поле; — подвижность в слабом поле, даваемая формулой (22,17). Результат (23,15) соответствует, конечно, общей формуле Найквиста для равновесных флуктуаций тока (см. IX, § 78).

Действительно, рассмотрим цилиндрический вдоль оси объем газа. Поскольку плотность тока уже усреднена по объему, то полный ток где S — площадь сечения цилиндра. Из (23,15) имеем тогда

(23,16)

где - длина образца, а - его сопротивление.

При уравнение (23,9) решается последовательными приближениями, подобно тому, как решалось уравнение (22,6). Но в то время, как уравнение (22,6) определяло скалярную функцию, уравнение (23,9) написано для векторной функции. Первые члены разложения такой функции (зависящей от двух векторов—постоянного Е и переменного ) напишем в виде

(23,17)

причем (здесь ). Функция же есть

(23,18)

с вычисленными в предыдущем параграфе

Подставим (23,17-18) в уравнение (23,9) и отделим в нем члены, нечетные и четные по . Снова полагая получим, собрав нечетные члены:

здесь опущены члены, заведомо малые (в отношении ) по сравнению с написанными. Отсюда

(23,19)

Что касается четных по членов, то они должны удовлетворять уравнению (23,9) лишь после усреднения по направлениям соответствии с тем, что выражение (23,17) дает лишь первые члены разложения искомой функции. После несложного вычисления (с использованием выражений (23,19)) получается следующее уравнение для функции :

(23,20)

где

Это уравнение надо решать при дополнительном условии

(23,21)

к которому сводится (23,11) при подстановке в него (23,17).

По известной функции искомый коррелятор тока определяется формулой (23,12). При подстановке в нее разложения (23.17) и простого преобразования с использованием (23,19) получается

Член - в уравнении (23,20) становится существенным при , т. е. при , где - время релаксации по энергиям электронов. С таких частот начинается, следовательно, дисперсия флуктуаций тока.

В общем случае уравнение (23,20) очень сложно. Ограничимся, для иллюстрации, случаем малых частот, и сильных полей, удовлетворяющих условию где — параметр (22,13). В силу последнего условия, функция дается выражением (22.18). Вычисление интеграла в первом члене в (23,22) дает

Во втором члене в (23,22) ограничимся буквенной оценкой. Из уравнения (23,20) (без члена ) находим оценку

Интеграл оценивается затем как

В результате находим для коррелятора тока выражение

где - численная постоянная.

1
Оглавление
email@scask.ru