Практикум по электричеству и магнетизму. Солодуха А.М - 32 стр.

жительного заряда, который возник в металле в связи с потерей электрона. Ре-
зультирующая 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 разме-
ров, 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 раз-
мера кристаллической ячейки (10-8 см). Эта работа называется работой выхода
электронов из металла. Чем больше работа выхода, тем труднее электрону вы-
лететь 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 А1 и А2, причем
             А1 < А2               А2 > А1 (рис. 2). Очевидно, что свободный
                                   электрон, попавший (в процессе теплового
              + –    r
j1,           + – E          j 2, движения)    на поверхность раздела метал-
                                   лов, будет втянут во второй металл, так как
              + –
              +– 2                 со стороны этого металла на электрон дей-
         1                         ствует большая сила притяжения (А2 > А1).
            Рис.2
            Рис. 2
                                   Следовательно, через поверхность сопри-
косновения металлов будет происходить «перекачка» свободных электронов
из первого металла во второй, в результате чего первый металл зарядится по-
ложительно, второй – отрицательно. Возникающая при этом разность потен-
                                                                r
циалов φ1 - φ2 создает электрическое поле напряженностью E, которое бу-
          '   '


дет затруднять дальнейшую «перекачку» электронов и совсем прекратит ее,
когда работа перемещения электрона за счет контактной разности потенциа-
лов станет равна разности работ выхода электрона из металлов:
                               (     )                        A -A
                             e φ1' -φ'2 =A2-A1, или φ1' -φ'2 = 1 2 ,
                                                                 e
                                                                           (1)


                                         32