Электричество и магнетизм. Часть 2. Миловидова А.С - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

5
избыточного положительного заряда , который возник в металле в
связи с потерей электрона. Результирующая сила F, направленная в
сторону металла, возвратит электрон в металл. Между тем, обладая
кинетической энергией , электроны непрерывно «выскакивают» из металла
на расстояния, не превышающие атомных размеров, и втягиваются
обратно . В результате решетка из положительных ионов будет снаружи
обволакиваться тонким слоем отрицательных электронов и на всей
поверхности металла образуется двойной электрический слой , который
является своеобразным конденсатором, препятствующим новым
электронам выходить изнутри металла наружу. Таким образом, для того,
чтобы покинуть металл и уйти в окружающую среду , электрон должен
совершить работу А против сил притяжения к металлу, действующих на
расстоянии порядка размера кристаллической ячейки (10
-8
см ). Эта
работа называется работой выхода электронов из металла. Чем больше
работа выхода , тем труднее электрону вылететь из металла. Величина
работы выхода зависит от химической природы металла и состояния его
поверхности , загрязнения, влажности и т. д.
Работу выхода принято выражать в электронвольтах (эВ ). Один
электронвольт равен работе перемещения электрона в электрическом поле
между точками с разностью потенциалов 1 В.
1 эВ =1,6·10
-12
эрг =1,6·10
-19
Дж.
Работа выхода у различных металлов различна и колеблется в пределах от
1 до 6 эВ .
Итак , переходя
теперь к выводу общего
выражения для контактной
разности потенциалов,
учтем сначала первую
причину – различную
работу выхода . Для этого
приведем в контакт два
металла 1 и 2, имеющих
работу выхода соответственно А
1
и А
2
, причем А
2
> А
1
(рис.2). Очевидно,
что свободный электрон, попавший (в процессе теплового движения) на
поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со
стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения
(А
2
>А
1
). Следовательно, через поверхность соприкосновения металлов
будет происходить «перекачка» свободных электронов из первого металла
во второй , в результате чего первый металл зарядится положительно,
второй – отрицательно. Возникающая при этом разность потенциалов
'
2
'
1
ϕϕ −
создает электрическое поле напряженностью
Ε
r
, которое будет
затруднять дальнейшую «перекачку» электронов и совсем прекратит ее,
когда работа перемещения электрона за счет контактной разности
потенциалов станет равна разности работ выхода электрона из металлов:
E
r
1 2
,
1
,
2
А
1
< А
2
2
+
+
+
+
–
–
–
–
Рис.2
2
                                        5
избы точного           пол ожител ьного заряда, к оторы й возник в метал л е в
связи с потерей эл ек трона. Резул ьтирую щ ая сил а F, направл енная в
сторону метал л а, возвратит эл ек трон в метал л . М ежду тем, обл адая
к инетической энергией, эл ек троны непреры вно « вы скак иваю т»из метал л а
на расстояния, не превы ш аю щ ие атомны х размеров, и втягиваю тся
обратно. В резул ьтате реш етк а из пол ожител ьны х ионов будет снаружи
обвол ак иваться тонк им слоем отрицател ьны х эл ек тронов и на всей
поверхности метал л а образуется двойной эл ек трический слой, к оторы й
явл яется своеобразны м к онденсатором, препятствую щ им новы м
эл ек тронам вы ходить изнутри метал л а наружу. Т ак им образом, дл я того,
чтобы пок инуть метал л и уйти в ок ружаю щ ую среду, эл ек трон дол жен
соверш ить работу А против сил притяжения к метал л у, действую щ их на
расстоянии порядк а размера к ристал л ической ячейк и              (10-8 см). Э та
работа назы вается работой вы хода эл ек тронов из метал л а. Ч ем бол ьш е
работа вы хода, тем труднее эл ек трону вы л ететь из метал л а. В ел ичина
работы вы хода зависит от химической природы метал л а и состояния его
поверхности, загрязнения, вл ажности и т.д.
       Работу вы хода принято вы ражать в эл ек тронвол ьтах (эВ ). О дин
эл ек тронвол ьтравен работе перемещ ения эл ек трона в эл ек трическом пол е
междуточк ами сразностью потенциал ов1 В.
                          1 эВ =1,6·10-12 эрг=1,6·10-19 Д ж.
Работавы хода у разл ичны х метал л ов разл ичнаи к ол ебл ется в предел ах от
                                                    1 до 6 эВ .
                   А 1< А 2                                И так ,       переходя
                   2                                теперь к вы воду общ его
                     +      –    r                  вы ражения дл я к онтак тной
ϕ1 ,                 +      –   E            ϕ 2 разности
                                                ,                    потенциал ов,
                     +      –                       у чт ем   с на чал а первую
                     +      –                       причину – разл ичную
               1                 2                  работу вы хода. Д л я этого
                   Рис.2                            приведем в к онтак т два
                   2                                метал л а 1 и 2, имею щ их
работу вы хода соответственно А 1 и А 2, причем А 2>А 1 (рис.2). О чевидно,
что свободны й эл ек трон, попавш ий (в процессе тепл ового движения) на
поверхность раздел а метал л ов, будет втянут во второй метал л , так к ак со
стороны этого метал л а на эл ек трон действует бол ьш ая сил а притяжения
(А 2>А 1). Сл едовател ьно, через поверхность соприк основения метал л ов
будетпроисходить « перек ачк а»свободны х эл ек тронов из первого метал л а
во второй, в резул ьтате чего первы й метал л зарядится пол ожител ьно,
второй – отрицател ьно. В озник аю щ ая при этом разность потенциал ов
                                                              r
ϕ −ϕ
  '
  1
         '
         2 с
           оздает эл ек трическое пол е напряженностью        Ε , к оторое будет
затруднять дал ьнейш ую « перек ачк у» эл ек тронов и совсем прек ратит ее,
к огда работа перемещ ения эл ек трона за счет к онтак тной разности
потенциал овстанетравнаразности работвы ходаэл ек тронаиз метал л ов:

Страницы