ВУЗ:
Рубрика:
4
какой-либо причине электрон выйдет за пределы металла, то на него начнут
действовать неуравновешенные силы притяжения со стороны ионов поверхности
металла и со стороны того 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
ϕ
,
2
ϕ
А
1
< А
2
2
+
+
+
+
–
–
–
–
Рис.2
2
4
к ак о й-ли бо пр и чи не эле к т р о н вы йде т за пр е де лы м е т алла, т о на не го начнут
де йс т во ват ь не ур авно ве ше нны е с и лы пр и т яж е ни я с о с т о р о ны и о но в по ве р х но с т и
м е т алла и с о с т о р о ны т о го и збы т о чно го по ло ж и т е льно го зар яда, к о т о р ы й во зни к в
м е т алле в с вязи с по т е р е й эле к т р о на. Ре зульт и р ующ ая с и ла F, напр авле нная в
с т о р о нум е т алла, во звр ат и т эле к т р о н в м е т алл. М е ж дут е м , о бладаяк и не т и че с к о й
эне р ги е й, эле к т р о ны не пр е р ы вно « вы с к ак и вают » и з м е т алла на р ас с т о яни я, не
пр е вы шающ и е ат о м ны х р азм е р о в, и вт яги вают с я о бр ат но . В р е зульт ат е р е ше т к а
и з по ло ж и т е льны х и о но в буде т с нар уж и о бво лак и ват ьс я т о нк и м с ло е м
о т р и цат е льны х эле к т р о но в и на вс е й по ве р х но с т и м е т алла о бр азуе т с я дво йно й
эле к т р и че с к и й с ло й, к о т о р ы й являе т с я с во е о бр азны м к о нде нс ат о р о м ,
пр е пят с т вующ и м но вы м эле к т р о нам вы х о ди т ь и знут р и м е т алла нар уж у. Т ак и м
о бр азо м , длят о го , чт о бы по к и нут ьм е т алл и уйт и в о к р уж ающ ую с р е ду, эле к т р о н
до лж е н с о ве р ши т ь р або т у А пр о т и в с и л пр и т яж е ни я к м е т аллу, де йс т вующ и х на
р ас с т о яни и по р ядк а р азм е р а к р и с т алли че с к о й яче йк и (10-8 с м ). Э т а р або т а
назы вае т с я р або т о й вы х о да эле к т р о но в и з м е т алла. Ч е м бо льше р або т а вы х о да,
т е м т р удне е эле к т р о ну вы ле т е т ь и з м е т алла. Ве ли чи на р або т ы вы х о да зави с и т о т
х и м и че с к о й пр и р о ды м е т алла и с о с т о яни я е го по ве р х но с т и , загр язне ни я,
влаж но с т и и т .д.
Рабо т у вы х о да пр и нят о вы р аж ат ь в эле к т р о нво льт ах (эВ). Оди н
эле к т р о нво льт р аве н р або т е пе р е м е щ е ни яэле к т р о на в эле к т р и че с к о м по ле м е ж ду
т о чк ам и с р азно с т ью по т е нци ало в 1 В .
1 эВ=1,6·10-12 эр г=1,6·10-19 Д ж .
Рабо т а вы х о да ур азли чны х м е т алло в р азли чна и к о ле бле т с яв пр е де лах о т 1 до 6
эВ.
А 1< А 2 И т ак , пе р е х о дя т е пе р ь к
2 вы во ду о бщ е го вы р аж е ни я для
+ – r к о нт ак т но й р азно с т и
– E
ϕ1 , +
ϕ 2 по
, т е нци ало в, учт е м с начала
+ – пе р вую пр и чи ну – р азли чную
+ – р або т у вы х о да. Д ля эт о го
1 2 пр и ве де м в к о нт ак т два м е т алла 1
Ри с .2 и 2, и м е ющ и х р або т у вы х о да
2 с о о т ве т с т ве нно А 1 и А 2, пр и че м
А 2>А 1 (р и с .2). Оче ви дно , чт о с во бо дны й эле к т р о н, по павши й (в пр о це с с е
т е пло во го дви ж е ни я) на по ве р х но с т ь р азде ла м е т алло в, буде т вт янут во вт о р о й
м е т алл, т ак к ак с о с т о р о ны эт о го м е т алла на эле к т р о н де йс т вуе т бо льшая с и ла
пр и т яж е ни я (А 2>А 1). Сле до ват е льно , че р е з по ве р х но с т ь с о пр и к о с но ве ни я
м е т алло в буде т пр о и с х о ди т ь « пе р е к ачк а» с во бо дны х эле к т р о но в и з пе р во го
м е т алла во вт о р о й, в р е зульт ат е че го пе р вы й м е т алл зар яди т с я по ло ж и т е льно ,
вт о р о й – о т р и цат е льно . Во зни к ающ ая пр и эт о м р азно с т ь по т е нци ало в ϕ1 − ϕ 2'
'
r
с о здае т эле к т р и че с к о е по ле напр яж е нно с т ью Ε, к о т о р о е буде т зат р уднят ь
дальне йшую « пе р е к ачк у» эле к т р о но в и с о вс е м пр е к р ат и т е е , к о гда р або т а
пе р е м е щ е ни я эле к т р о на за с че т к о нт ак т но й р азно с т и по т е нци ало в с т ане т р авна
р азно с т и р або т вы х о да эле к т р о на и з м е т алло в:
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- …
- следующая ›
- последняя »
