ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
18
электроны, находящиеся внутри металла, в среднем взаимно
уравновешиваются, и электроны движутся свободно внутри металла между
узлами решетки. Если же по 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
E
r
1 2
,
1
ϕ
,
2
ϕ
А
1
< А
2
+
+
+
+
–
–
–
–
Рис.2
18
эле кт рон ы , н аход ящие ся вн ут ри ме т алла, в сред н е м взаимн о
уравн ове шиваю т ся, и эле кт рон ы д вижут ся свобод н о вн ут ри ме т алла ме жд у
узлами ре ше т ки. Е сли же покакой -либоприч ин е эле кт рон вы й д е т за пре д е лы
ме т алла, т он а н е гон ач н ут д е й ст воват ь н е уравн ове ше н н ы е силы прит яже н иясо
ст орон ы ион ов пове рхн ост и ме т алла и со ст орон ы т ого избы т оч н ого
положит е льн огозаряд а, кот оры й возн ик вме т алле в связи с пот е ре й эле кт рон а.
Р е зульт ирую щаясила F, н аправле н н аявст орон у ме т алла, возврат ит эле кт рон в
ме т алл. М е жд у т е м, облад ая кин е т ич е ской эн е ргие й , эле кт рон ы н е пре ры вн о
« вы скакиваю т » из ме т алла н а расст оян ия, н е пре вы шаю щие ат омн ы х разме ров,
и вт ягиваю т ся обрат н о. В ре зульт ат е ре ше т ка из положит е льн ы х ион ов буд е т
сн аружи обволакиват ься т он ким слое м от рицат е льн ы х эле кт рон ов и н а все й
пове рхн ост и ме т алла образуе т ся д вой н ой эле кт рич е ский слой , кот оры й
являе т ся свое образн ы м кон д ен сат ором, пре пят ст вую щим н овы м эле кт рон ам
вы ход ит ь изн ут ри ме т алла н аружу. Таким образом, д ля т ого ч т обы покин ут ь
ме т алл и уй т и в окружаю щую сре д у, эле кт рон д олже н сове ршит ь работ у А
прот ив сил прит яже н ия к ме т аллу, д е й ст вую щих н а расст оян ии поряд ка
разме ра крист аллич е ской яч е й ки (10-8 см). Э т а работ а н азы вае т ся работ ой
вы ход а эле кт рон ов из ме т алла. Ч е м больше работ а вы ход а, т е м т руд н е е
эле кт рон у вы ле т е т ь из ме т алла. Ве лич ин а работ ы вы ход а зависит от
химич е ской природ ы ме т алла и сост оян ия е го пове рхн ост и, загрязн е н ия,
влажн ост и и т .д .
Р абот у вы ход а прин ят о вы ражат ь в эле кт рон вольт ах (эВ). Од ин
эле кт рон вольт раве н работ е пе ре ме ще н ия эле кт рон а в эле кт рич е ском поле
ме жд у т оч ками с разн ост ью пот е н циалов1 В .
1 эВ=1,6· 10-12 эрг=1,6· 10-19 Дж.
Р абот а вы ход а у различ н ы х ме т аллов различ н а и коле бле т сяв пре д е лах от 1
д о6 эВ.
И т ак, пе ре ход я т е пе рь к
А1 < А2
вы вод у обще го вы раже н ия д ля
+ – кон т акт н ой разн ост и
+ –
r пот е н циалов, уч т е м сн ач ала
ϕ1, + –
E ϕ 2, пе рвую прич ин у – различ н ую
работ у вы ход а. Для эт ого
+ – приве д е м в кон т акт д ва ме т алла
1 2 1 и 2, име ю щих работ у вы ход а
Р ис.2 соот ве т ст вен н оА 1 и А 2, прич е м
А 2>А 1 (рис.2). Оч е вид н о, ч т о
свобод н ы й эле кт рон , попавший (в проце ссе т е плового д вижен ия) н а
пове рхн ост ь разд ела ме т аллов, буд е т вт ян ут во вт орой ме т алл, т ак как со
ст орон ы эт ого ме т алла н а эле кт рон д е й ст вуе т большая сила прит яжен ия
(А 2>А 1). С ле д оват е льн о, ч е ре з пове рхн ост ь соприкосн ове н ия ме т аллов буд е т
происход ит ь « пе ре кач ка» свобод н ы х эле кт рон ов из пе рвогоме т алла вовт орой ,
в ре зульт ат е ч е го пе рвы й ме т алл заряд ит ся положит е льн о, вт орой –
от рицат е льн о. Возн икаю щая при эт ом разн ост ь пот е н циалов ϕ1 − ϕ 2 созд ае т
' '
r
эле кт рич е ское поле н апряже н н ост ью Ε , кот орое буд е т зат руд н ят ь д альн е й шую
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- …
- следующая ›
- последняя »
