Элементы квантовой, атомной и ядерной физики. Полицинский Е.В. - 95 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

95
4.5. Контакт двух металлов по зонной теории
Если два различных металла привести в соприкосновение, то ме-
жду ними возникает разность потенциалов, называемая контактной
разностью потенциалов. Итальянский физик А. Вольта установил, что
если металлы А1, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd привести в
контакт в указанной последовательности, то каждый предыдущий при
соприкосновении с одним из следующих зарядится положительно. Этот
ряд называется рядом
Вольта. Контактная разность потенциалов для
различных металлов составляет от десятых до целых вольт.
Вольта экспериментально установил два закона:
1. Контактная разность потенциалов зависит лишь от химического
состава и температуры соприкасающихся металлов.
2. Контактная разность потенциалов последовательно соединен-
ных различных проводников, находящихся при одинаковой температу-
ре, не зависит от химического состава промежуточных проводников и
равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредст-
венном соединении крайних проводников.
Чтобы объяснить возникновение контактной разности потенциа-
лов воспользуемся представлениями зонной теории. Рассмотрим кон-
такт двух металлов с различными работами выхода А
1
и А
2
, то есть с
различными положениями уровня Ферми (верхнего заполненного элек-
тронами энергетического уровня). Если A
1
<A
2
(этот случай изображен
на рис. 55, а), то уровень Ферми располагается в металле 1 выше, чем в
металле 2. Следовательно, при контакте металлов электроны с более
высоких уровней металла 1 будут переходить на более низкие уровни
металла 2, что приведет к тому, что металл 1 зарядится положительно, а
металл 2 — отрицательно. Одновременно происходит относительное
смещение энергетических уровней: в металле, заряжающемся положи-
тельно, все уровни смещаются вниз, а в металле, заряжающемся отрица-
тельно, — вверх. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока ме-
жду соприкасающимися металлами не установится равновесие, которое,
как доказывается в статистической физике, характеризуется совпадени-
ем уровней Ферми в обоих металлах (рис. 55, б).
Так как для соприкасающихся металлов уровни Ферми совпадают,
а работы выхода А
1
и A
2
не изменяются (они являются константами ме-
таллов и не зависят от того, находятся металлы в контакте или нет), то
потенциальная энергия электронов в точках, лежащих вне металлов в
непосредственной близости к их поверхности (точки А и В, рис. 55 б),
будет различной. Следовательно, между точками А и В устанавливается
разность потенциалов, которая, как следует из рисунка, равна

Страницы