2.6. Термоелектричні і контактні явища

План лекції

3.6.1. Робота виходу

3.6.2. Контактна різниця потенціалів. Закони Вольта.

3.6.3. Термоелектричні явища

2.6.1. Робота виходу

Якщо в металах є слабко зв'язані рухливі електрони, то природно виникає запитання - чому вони не виходять за межі металу? Ці електрони при звичайних температурах не виходять з металу в на­вколишній простір тому, що існують сили, які протидіють цьому виходу.

Електрони в металі рухаються з різними швидкостями, і той електрон, що має достатню кінетичну енергію, може вирватися з металу. Але тоді на цей електрон діятиме сила з боку індукованого позитивного заряду поверхні металу, притягуючи електрон назад у метал. Крім того, електрони, яким удалося вилетіти з металу, утворюють над його поверхнею електронну хмар­ку, густина якої швидко зменшується з відда­ленням від поверхні металу. В електронній хмарці встановлюється динамічна рівновага: одні електрони вириваються з металу, а інші поверта­ються назад.: Можна сказати, що поверхня металу й електронна хмарка утворюють два електричні шари, подібні до пластин зарядже­ного конденсатора . Товщина позитивного шару в металі становить кілька міжатомних відстаней.

Електронна хмарка заряджена негативно, а метал заряджений позитивно. Різниця потенціалів між електронною хмаркою і металом називається поверхневим стрибком потенціалу, або контактною різницею потенціалів між металом і навколишнім середовищем. Отже, для виходу електрона з металу повинна виконуватися робота проти сил затримуючого електричного поля біля поверхні металу.

Роботу, яку треба виконати, щоб перевести електрон з металу в навколишній простір, називають роботою виходу. Робота виходу електрона з металу дорівнює різниці потенціальних енергій електрона поза металом і всередині металу. Вона для різних металів неоднакова й залежить від стану поверхні металу (забруднення, слідів вологи) і особливо від домішок. Тому металеві катоди в електронних лампах виготовляють з домішками торію, барію, окислів (активовані катоди). При цьому робота виходу електрона зменшується.

2.6.2. Контактна різниця потенціалів. Закони вольта

Експериментальне встановлено, що коли привести в дотикання два різних (незаряджених) метали, то в місці контакту виникає різниця потенціалів, яка називається контактною різницею потен­ціалів. Вона залежить від хімічного складу металів і температури. У цьому полягає перший закон Вольта. При цьому один метал заряджається позитивно, а другий - негативно. Досліджуючи різні метали, А. Вольта склав ряд, в якому кожний попередній метал у місці контакту з наступним наелектризовується позитивно, а кожний наступний - негативно. Ось цей ряд:

Рис.2.14. Електрохімічний ряд напруг

У ньому кожний попередній метал має меншу роботу виходу, ніж наступний, і електрони переходять від металу з меншою роботою виходу до металу з більшою роботою

виходу. А. Вольта експеримен­тально встановив і другий закон, який полягає в тому, що коли послідовно скласти кілька різних металевих провідників при однакових температурах, то різниця потенціалів між крайніми провід­никами не залежить від хімічних властивостей проміжних провідників, а тільки від початкового і кінцевого.

Причин виникнення контактної різниці потенціалів дві: різна робота виходу електронів з металу і різна концентрація електронів провідності в металах.