Reklama

Контактная разность потенциалов

Выясним, как возникает электризация при соприкосновении двух разнородных металлов. Существуют две причины, вызывающие такую электризацию. Первая причина — это различие в работе выхода электронов из металлов; вторая — неодинаковая плотность электронного газа в металлах, т. е. различное число свободных электронов в единице объема металлов. Рассмотрим, к чему приводит различие в работе выхода электронов из металлов.

IMG_20141027_0009_cr

Пусть имеются пластинки 1 и 2, сделанные из разных металлов, примем АВ1В2 (рис. 18.3, а). Приведем (эти пластинки в соприкосновение. (Тогда потенциальная кривая для этого случая будет иметь вид, показанный на рис. 18.3, б. На графике видно, что для перехода электронов из металла 1 в металл 2 им нужно совершить работу ∆АВ, которая значительно меньше АВ1. Поэтому многие электроны будут переходить слева направо даже и при комнатной температуре. Что же касается электронов в металле 2, то все те электроны, которые при хаотическом движении пересекут границу ВС, останутся в металле 1, так как их потенциальная энергия при этом уменьшается.

Наглядно все это можно представлять себе так: при переходе из металла 1 в металл 2 электроны должны преодолеть потенциальную ступеньку, а при переходе из металла 2 в металл 1 электроны сами скатываются с потенциальной ступеньки ∆АВ в металл 1. Из сказанного выше следует, что справа налево должно переходить больше электронов, чем в обратную сторону. Поэтому металл 1 заряжается отрицательно, а металл 2 — положительно, т. е. между ними возникает электрическое поле. Все это поле оказывается сосредоточенным в тонком переходном слое между металлами (рис. 18.3, в). Оно тормозит переход электронов из металла 2 в металл 1. Поэтому потоки электронов в обе стороны между металлами быстро уравниваются и наступает подвижное равновесие.

Разность потенциалов ϕ2 ‒ ϕ1 = ∆ϕ, возникающую между соприкасающимися металлами при подвижном равновесии электронов, называют контактной разностью потенциалов. Контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из металлов, может достигать нескольких вольт и практически не зависит от температуры.

IMG_20141027_0009а_cr

Выясним теперь действие второй причины. Пусть концентрация свободных электронов п в первом металле больше, чем во втором, т. е. n1>n2 (рис. 18.4, а). При этом для простоты рассуждений будем считать, что работы выхода электронов из металлов одинаковы. Тогда поток электронов из металла 1 в металл 2, обусловленный их хаотическим движением, будет больше, чем в обратную сторону, и металл 1 зарядится положительно, а металл 2 — отрицательно (рис. 18.4, б). Электрическое поле, которое появляется при этом в переходном слое между металлами, тормозит переход электронов из металла 1 в металл 2, и между потоками электронов в обе стороны быстро наступает подвижное равновесие.

Контактная разность потенциалов ∆ϕ между металлами, обусловленная различной концентрацией свободных электронов в металлах, не превышает нескольких сотых долей вольта и возрастает при повышении температуры соприкасающихся металлов. Последнее объясняется тем, что при нагревании электроны движутся быстрее и потоки электронов в обе стороны возрастают. Но n1 больше n2, поэтому поток электронов из металла 1 в металл 2 возрастает сильнее и разность потенциалов ∆ϕ увеличивается.

Reklama