Контактна різниця потенціалів

Електрони провідності в металі весь час перебувають у хаотичному тепловому русі. Та обставина, що вільні електрони утримуються всередині металу, вказує на те, що в поверхневому шарі металу виникає затримуюче електричне поле, яке перешкоджає електронам виходити з металу в навколишній вакуум. Щоб покинути метал, електрон повинен виконати деяку роботу, яка називається роботою виходу.

Рис. 37

Одна із причин виникнення роботи виходу полягає в наступному. Якщо при тепловому русі електрон вилетить з металу, то він індукує на його поверхні заряд, який називається зарядом дзеркального відображення. Між електроном і цим зарядом виникає сила притягання, що називається силою електричного зображення і яка намагається повернути електрон назад у метал.

Інша причина зумовлена тим, що біля поверхні металу у вакуумі існує “електронна хмарка”, яка заряджена негативно (рис.1). Розміри цієї хмарки одного порядку з розмірами атомів (10^-10м). При цьому метал, охоплений негативною електронною хмаринкою, відносно вакууму заряджений позитивно (рис.1). Позитивний потенціал внутрішньої частини металу відносно вакууму називається внутрішнім потенціалом .

Потенціальну енергію W вільних електронів -е у вакуумі вважають такою, що дорівнює нулю (бо ). Тоді всередині металу з позитивним внутрішнім потенціалом потенціальна енергія електронів провідності від’ємна:

Рис.38

Отже, вільні електрони в металах знаходяться в “потенціальній ямі з плоским дном” (рис.2) (плоским через те, що поверхневий подвійний шар утворює електричне поле, подібне до поля плоского конденсатора).

Для виходу електрона з металу у вакуум треба подолати потенціальний бар’єр – поле подвійного поверхневого шару. Це потребує додаткової енергії, яка має бути не меншою за глибину потенціальної ями.

Роботою виходу називається величина А_вих, що дорівнює тій найменшій додатковій енергії з протилежним знаком, яку потрібно передати електрону провідності в металі для його виходу у вакуум. Отже, числове робота виходу дорівнює:

Якщо електрону в металі надати додаткової енергії, його кінетична енергія Зростає. Умову виходу електрона з металу можна записати так:

де – проекція швидкості електрона на нормаль до поверхні металу.

Додаткову енергію електрони провідності можуть отримати при освітленні металу (зовнішній фотоефект), нагріванні (термоелектронна емісія), під дією сильного електричного поля (автоелектронна емісія), при бомбардуванні поверхні металу потоком електронів у вакуумі (вторинна електронна емісія).

Робота виходу залежить від хімічної природи металу і стану його поверхні. Забруднення, залишки вологи тощо змінюють величину роботи.

Підібравши певним чином покриття поверхні, можна значно зменшити А_вих. Якщо на поверхню вольфраму (А_вих=4,5 еВ) нанести шар оксиду лужно-земельного металу (Са,Ва), то робота виходу зменшується до 2еВ.

Якщо розглянути два контактуючих метала із роботами виходу А₁>А₂, то електрони будуть більше переходити у перший метал. Між металами виникає різниця потенціалів Dj₁₂=j₁–j₂, яка зветься внутрішньою контактною різницею потенціалів.

Це явище було відкрито А. Вольтою і описується законами Вольти.

І^й закон Вольти

при з’єднанні двох провідників, виготовлених із різних металів, між ними виникає контактна різниця потенціалів, яка залежить тільки від їх хімічних властивостей і температури:

де k – стала Больцмана; е – заряд електрона; п₁, п₂ – концентрація вільних електронів у металах.

ІІ^й закон Вольти

Різниця потенціалів між кінцями кола, яке складається із послідовно з’єднаних металевих провідників, що знаходяться при однакових температурах Т, не залежить від хімічного складу проміжних провідників. Вона дорівнює контактній різниці потенціалів, яка виникає при безпосередньому з’єднанні крайніх провідників.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Термоелектричні явища

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.