Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 38 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Для внешней контактной разности потенциалов
справедливы два правила (Законы Вольта).
Разность потенциалов на концах ряда после-
довательно соединённых металлов зависит лишь
от природы крайних металлов и не зависит от
природы промежуточных металлов (рис. 5.10).
ACBCABBCABAC
UUUUUUUUU
−
=
−
+
−
=
+= )()( .
При образовании замкнутой цепи из последовательно соединённых различных металлов сумма контактных разно-
стей потенциалов этих металлов не создаёт в цепи результирующей ЭДС.
0)()()(
=
−
+
−
+
−
=
++
=
ε
CABCABCABCAB
UUUUUUUUU .
Этот результат справедлив, если все контакты находятся при одинаковой температуре.
Однако различие в работах выхода не является единственной причиной возникновения разности потенциалов между
металлами
I
и
I
I
.
Если два металла имеют одинаковую температуру, но различные энергии Ферми, то это значит, что концентрация
электронов в них различна (
2/3
0
2
2
3
8
µ
π
=
h
m
n
), и больше у того металла, где больше энергия Ферми.
Пусть у двух металлов
21
nn > . Приведём их в соприкосновение (рис. 5.11). Начнётся обмен электронами за счёт
диффузии из первого металла во второй. Металлы зарядятся. Первый – положительно, второй – отрицательно. Образует-
ся двойной электрический слой. Возникает электрическое поле, которое приведёт к равновесию – выравниванию уровней
Ферми. При этом между металлами – внутренними точками – устанавливается вполне определённая разность потенциа-
лов, называемая внутренней контактной разностью потенциалов (
2,1
U
′
). Так как при совпадении уровней Ферми
III
µ≠µ , то днища потенциальных ям находятся на разной глубине. Эта разность
I
µ
и
II
µ определяет изменение потен-
циальной энергии электрона при переходе из одного металла в другой, т.е. при прохождении контактной разности потен-
циалов.
e
U
III
µ−µ
=
′
2,1
. (5.15)
Качественно (но не достаточно точно) внутреннюю контактную разность потенциалов
можно объяснить с точки зрения классической теории проводимости металлов, приняв элек-
тронный газ за идеальный.
Тогда избыточное давление газа
0
kTdndp
=
, обусловленное различием концентраций
электронов в металлах, будет уравновешено действием электрического поля:
dUen
dxdS
dSdxdUen
dS
Edq
dS
dF
dp
0
0
==== ,
получаем, что
00
kTdndUen
=
,
а сделав разделение переменных
0
0
n
dn
e
kT
dU =
, получаем выражение для контактной разности потенциалов
II
I
n
n
e
kT
U
0
0
ln=
. (5.16)
Явление термоЭДС (явление Зеебека, Германия, 1821) – явление, возникающее в электрической цепи, составленной
из последовательно соединенных металлов А и В с различной температурой контактов (рис. 5.12).
Явление объясняется двумя причинами. Зависимостью внутренней контактной разности потенциалов от температу-
ры (энергия Ферми зависит от температуры). Диффузией электронов, обусловленной наличием градиента температур
(
Tn ~ ). Учитывая обе причины будем иметь
B
A
ABAB
n
n
e
kT
UUU
0
0
ln+−=
.
Полная ЭДС равна сумме скачков потенциалов:
=+−++−=+=ε
A
B
BA
B
A
ABBAAB
n
n
e
kT
UU
n
n
e
kT
UUUU
0
0
2
0
0
1
lnln
A
B
n
n
e
TTk
0
0
12
ln
)(
−
=
. (5.17)
Заменив в (5.17) постоянные величины коэффициентом α (коэффициент термоЭДС),
получим
TTT
∆
α
=
−
α
=ε )(
12термо
.
Явление Зеебека используется для измерения температур. Соответствующее устрой-
ство называется
термопарой. Один спай термопары поддерживают при постоянной тем-
Рис. 5.11
Рис. 5.12
А
T
1
T
2
В
Рис. 5.10

Страницы