Electrical mobility

Điện di động là khả năng các hạt tích điện (như điện tử hoặc proton) di chuyển qua môi trường để phản ứng với một điện trường đang kéo chúng. Việc tách ion theo tính di động của chúng trong pha khí được gọi là quang phổ di động Ion, trong pha lỏng được gọi là điện di.
Lý thuyết
Khi một hạt tích điện trong một chất khí hoặc chất lỏng được kích hoạt bởi một điện trường đồng nhất, nó sẽ được đẩy nhanh cho đến khi đạt vận tốc trôi dạt theo công thức

\,v_{d}=\mu E

where

$\,v_{d}$ is the drift velocity (SI units: m s⁻¹)
$\,E$ is the magnitude of the applied electric field (V m⁻¹)
$\,\mu$ is the mobility (m² V⁻¹ s⁻¹))

In other words, the electrical mobility of the particle is defined as the ratio of the drift velocity to the magnitude of the electric field:

\,\mu ={\frac {v_{d}}{E}}

Ví dụ, tính di động của ion natri (Na +) trong nước ở 25 ° C là 5,19 × 10-8 m2 V-1 s-1 [1]. Điều này có nghĩa là ion natri trong điện trường 1 V / m sẽ có vận tốc dòng chảy trung bình 5,19 × 10-8 m / s. Các giá trị này có thể thu được từ các phép đo ion dẫn trong dung dịch.

Điện di động tỷ lệ với phí ròng của hạt. Đây là cơ sở cho cuộc biểu tình của Robert Millikan rằng điện tích xảy ra trong các đơn vị rời rạc, mà độ lớn của nó là điện tích của điện tử.

Điện di động cũng tỉ lệ nghịch với bán kính Stokes {\ displaystyle a} a của ion, là bán kính hiệu quả của ion chuyển động bao gồm bất kỳ phân tử nước hoặc các dung môi khác di chuyển với nó. Điều này đúng bởi vì ion solvat chuyển động với vận tốc không đổi (\ displaystyle s} s phải chịu hai lực bằng nhau và ngược lại: lực điện và lực ma sát {\ là độ nhớt của dung dịch. Đối với các ion khác nhau có cùng mức phí như Li +, Na + và K + lực điện đều bằng nhau, do đó tốc độ trôi dạt và tính di động có tỷ lệ nghịch với bán kính a. Trên thực tế, các phép đo tính dẫn cho thấy di động ion tăng từ Li + tới Cs + và do đó bán kính Stokes giảm từ Li + sang Cs +. Điều này trái ngược với thứ tự của bán kính ion cho tinh thể, và cho thấy trong dung dịch các ion nhỏ hơn (Li +) được hydrat hóa rộng rãi hơn so với dung dịch lớn hơn (Cs +).

Mobility in gas phase

Mobility is defined for any species in the gas phase, encountered mostly in plasma physics and is defined as:

\mu ={\frac {q}{m\,\nu _{m}}}

where

$\,q$ is the charge of the species,
$\,\nu _{m}$ is the momentum transfer collision frequency, and
$\,m$ is the mass.

Mobility is related to the species’ diffusion coefficient $\,D$ through an exact (thermodynamically required) equation known as the Einstein relation:

\mu ={\frac {q}{k\,T}}D

where

$\,k$ is the Boltzmann constant,
$\,T$ is the gas temperature, and
$\,D$ is a measured quantity that can be estimated. If one defines the mean free path in terms of momentum transfer, then one gets:

D={\frac {\pi }{8}}\lambda ^{2}\nu _{m}

But both the momentum transfer mean free path and the momentum transfer collision frequency are difficult to calculate. Many other mean free paths can be defined. In the gas phase, $\,\lambda$ is often defined as the diffusional mean free path, by assuming a simple approximate relation is exact:

D={\frac {1}{2}}\lambda \,v

when $\,v$ is the root mean square speed of the gas molecules:

v={\sqrt {{3\,k\,T} \over {m}}}

where $\,m$ is the mass of the diffusing species. This approximate equation becomes exact when used to define the diffusional mean free path.

Các ứng dụng
Điện di động là cơ sở cho lượng mưa tĩnh điện, được sử dụng để loại bỏ các hạt khỏi khí thải trên quy mô công nghiệp. Các hạt được cho một phí bằng cách phơi chúng ra các ion từ một sự phóng điện trong trường hợp của một trường mạnh. Các hạt này có khả năng di chuyển điện và được điều khiển bằng điện trường để thu thập điện cực.

Các thiết bị tồn tại mà lựa chọn các hạt với một phạm vi hẹp của điện di động, hoặc các hạt có điện di động lớn hơn một giá trị được xác định trước [3] Loại máy này thường được gọi là “máy phân tích di động khác biệt”. Sự di chuyển được chọn thường được xác định bằng đường kính của một hạt hình cầu sạc đơn, do đó “đường kính điện di động” trở thành đặc tính của hạt, cho dù nó có thực sự hình cầu hay không.

Đi qua các hạt của sự di chuyển được lựa chọn vào một máy dò như một bộ đếm hạt ngưng tụ cho phép số nồng độ của các hạt với sự di động được lựa chọn hiện đang được đo. Bằng cách thay đổi tính di động đã chọn theo thời gian, có thể thu thập được dữ liệu di động và nồng độ. Kỹ thuật này được áp dụng trong việc quét sores vi phân.

Mobility in gas phase

Leave a Comment Cancel Reply