Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 36 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Эта формула согласуется с опытными данными в области комнатных температур.
Рассеяние электронных волн происходит лишь при появлении искажений периодичности в решётке – неоднородно-
стей, играющих роль центра рассеяния. Такими центрами являются, например, флуктуации плотности в решётке, возни-
кающие в результате ангармонических тепловых колебаний положительных ионов металла. Помимо флуктуаций плотно-
сти, причиной рассеяния электронных волн и электрического сопротивления металлов являются искажения периодично-
сти кристаллической решётки, вызванные включениями в решётку примесных атомов. Удельное сопротивление
ρ
метал-
ла (
σ=ρ /1 ) состоит из двух частей:
пр
ρ+ρ=ρ
T
. Здесь
T
ρ
– удельное сопротивление, обусловленное рассеянием элек-
тронных волн на флуктуациях плотности;
пр
ρ
– удельное сопротивление, связанное с рассеянием на примесях. Оно не
зависит от температуры, называется остаточным удельным сопротивлением и сохраняется у металла при охлаждении
вплоть до абсолютного нуля.
Замечено, что у некоторых металлов и сплавов происходит резкое падение удельного сопротивления
ρ
вблизи оп-
ределённой температуры
c
T . Такое явление получило название явления сверхпроводимости, а температура – температу-
рой перехода в сверхпроводящее состояние.
Квантовомеханическая теория явление сверхпроводимости рассматривает как сверхтекучесть электронов в металле с
присущим сверхтекучести отсутствием трения. Электроны проводимости движутся в сверхпроводнике беспрепятственно –
без «трения» об узлы кристаллической решётки.
Возникновение сверхпроводящего состояния вещества связано с возможностью образования в металле связанных
пар электронов, находящихся друг от друга на расстояниях порядка 10
4
периодов кристаллической решётки. Вся элек-
тронная система сверхпроводника представляет собой связанный коллектив, простирающийся на громадные, по атомным
масштабам, расстояния. При этом не происходит рассеяния электронных волн на тепловых колебаниях решётки или при-
месях. А это и означает отсутствие электрического сопротивления.
Явление сверхпроводимости используется для получения сильных магнитных полей, поскольку при этом отсутст-
вуют тепловые потери. Для получения сильных магнитных полей применяют особые сверхпроводники II рода – некото-
рые сплавы, тонкие сверхпроводящие плёнки. В такие проводники магнитные поля с напряжённостью больше чем на-
пряжённость критического поля (при переходе в нормальное состояние) проникают в вещество в виде нитей, пронизы-
вающих образец. Вещество между нитями оказывается сверхпроводящим, и сильные токи приводят к сверхсильным маг-
нитным полям.
5.6. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
Работа выхода. Как известно, для удаления электрона из атома, необходимо совершить работу против сил притяже-
ния электрона к ядру. Эта работа характеризует энергию ионизации. Аналогичное понятие, введён-ное для твёрдого тела,
называют работой выхода электрона из металла. Различают полную и эффективную (изотермическую) работу выхода.
Энергию, необходимую для вырывания из металла неподвижного электрона, называют полной работой выхода. Она
равна глубине потенциальной ямы –
n
ε , а так как неподвижных электронов нет, то эта энергия будет меньше
n
ε
. Энер-
гия, необходимая для удаления из металла электронов с уровня Ферми, называется эффективной работой выхо-
да:
µ−ε=
n
A . Процесс удаления электрона с уровня Ферми является изотермическим. Если электроны удаляются с более
низких уровней, чем уровень Ферми, то на освободившиеся уровни будут переходить электроны с верхних уровней, от-
давая энергию кристаллической решётке. Металл будет нагреваться. Если электроны удаляются с верхних уровней, то на
освободившееся место будут переходить электроны с нижних уровней, отбирая энергию у решётки, металл будет охлаж-
даться.
Работа выхода характеризуется потенциалом выхода. Так как
ϕ
=
eA , а при удалении электрона
µ
−
ε
=
n
A , то по-
тенциал выхода
e
n
µ−ε
=ϕ
. Работа (потенциал) выхода зависит от рода металла, наличия в нём примесей, состояния по-
верхности, внешнего электрического поля, температуры металла. Если внешнее электрическое поле ускоряющее, то вы-
сота барьера и работа выхода уменьшаются (эффект Шостки), при тормозящем поле работа выхода увеличивается.
Термоэлектронная эмиссия. Электронная эмиссия это испускание электронов металлами. Она имеет следующие ви-
ды: термоэмиссия, фотоэмиссия, вторичная эмиссия, холодная эмиссия и др.
Термоэмиссия наблюдается в вакуумных приборах: радиолампах, тиратронах, газотронах и т.п.
Оценим концентрацию электронов в электронном облаке (непосредственно за двойным электрическим слоем) при
равновесии. Воспользуемся функцией Ферми:
1
1
+
=
µ−ε
kT
e
f
. (5.11)
Покинуть металл могут электроны, для которых A
+
µ
≥
ε
. Такой энергией обладают электроны хвостовой части
распределения Ферми – Дирака.
Сопоставим величины A и kT. Обычно A ∼ 2 – 5 эВ, при температуре T = 1000 K величина kT ∼ 0,1 эВ.
Следовательно, величина
5020~ −
k
T
A
, а так как A≥
µ
−
ε
, то и 1>>
µ−ε
kT
e , тогда (5.11) примет вид
kT
ef
µ−ε
−
= .
Если принять, что энергия электронов, прошедших двойной электрический слой равна нулю, то
A
=
µ
−
ε
и
kTA
ef
/−
= , т.е. получили вероятность того, что любой электрон может покинуть металл. При этом концентрация элек-

Страницы