двойной электрический слой

ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ - тонкий слой, сформированный двумя пространственно разделёнными слоями электрич. зарядов разного знака. Д. э. с. может образовываться на границе двух фаз, напр. твёрдого электрода и газа в газовом разряде, твёрдого электрода и жидкости в электролите, в плазме твёрдых тел, а также внутри одной фазы, напр. в газообразной плазме. Пространств. разделение зарядов в Д. э. с. сопровождается появлением электрич. разности потенциалов , к-рая оказывает существ. влияние на электрокинетич. явления, на скорость приэлектродных и электродных процессов, адсорбцию и т. п.

На границе металл - вакуум Д. э. с. образуется в результате смещения электронного газа за пределы положительно заряженной кристаллич. решётки. В газовом разряде на границе металл - газ Д. э. с. является прикатодный слой; именно такой Д. э. с. был впервые обнаружен И. Ленгмюром (I. Langmuir) в 1929. Д. э. с. в электролите образуется в результате неск. процессов (переходом ионов из электрода в раствор и наоборот, адсорбцией, ориентацией полярных молекул) и может быть локализован непосредственно или только в твёрдой фазе (электроде), или только в жидкой (растворе), или ионами твёрдой фазы и адсорбированными на нём ионами жидкой фазы.

Д. э. с. в плазме является областью с сильно нарушенной квазинейтральностью плазмы; толщина его составляет неск. дебаевских радиусов. Частица с зарядом е при пролёте через Д. э. с. набирает энергию , к-рая в сильных полях может во много раз превышать среднюю кинетич. энергию (темп-ру) частиц плазмы .

Разделение зарядов в плазменном Д. э. с. носит динамич. характер и для существования стационарного Д. э. с. в бесстолкновительной плазме требуется выполнение условий Ленгмюра и Бома. Условие Ленгмюра есть следствие баланса потоков импульса электронов и ионов, пролетающих через Д. э. с., и при оно определяет необходимое отношение электрич. токов электронов j_e и ионов j_i через Д. э. с.; в системе отсчёта, в к-рой Д. э. с. неподвижен, (т_i, т_е - массы ионов и электронов). Тепловое движение частиц, препятствующее динамич. разделению зарядов, не может помешать формированию Д. э. с., если выполнено условие Бома , где -скорость дрейфа электронов, переносящих ток (п-плотность плазмы). Но это условие по существу совпадает с условием возникновения неустойчивости Бунемана - раскачки связанных друг с другом колебаний плотности заряда электронной и ионной компонент плазмы (см. Неустойчивости плазмы).

Развитие неустойчивости Бунемана в плазме, окружающей Д. э. с., может привести к его разрушению, если эта неустойчивость не стабилизируется внеш. влиянием, напр. электродами, расположенными рядом с Д. э. с. Заряж. частицы, ускоренные в сильных Д. э. с., образуют в прилегающей плазме электронный и ионный пучки. При этом возможно развитие разл. пучковых неустойчивостей и происходит генерация плазменных колебаний, в частности ленгмюровских.

При нарушении условия Бома в неизотермич. плазме (T_е>T_i) с током могут образовываться короткоживущие слабые Д. э. с. с таким , что . Характерное время этих динамич. образований (-плазменная частота); их существенной структурной особенностью является наличие отрицательного потенциала (т. н. виртуального катода)непосредственно перед скачком потенциала в Д. э. с. При этом часть электронов, переносящих ток через Д. э. с , отражается от этого потенциального барьера.

Обмен импульсом между электронами и ионами в Д. э. с. часто рассматривается как механизм трения электронов об ионы, объясняющий аномальное сопротивление плазмы.

Лит.: Двойной слой и электродная кинетика, M., 1981.

А. С, Волокитин.

   <<      Предметный указатель      >>