Работа выхода в металлах
В металлах, согласно электронной теории проводимости, свободные электроны находятся в состоянии постоянного хаотичного теплового движения. Однако при нормальных температурах они не покидают металл. У поверхности металла существует задерживающее электрическое поле. Чтобы вылететь из металла электрон должен совершить работу по преодолению задерживающих сил. Эта работа называется работой выхода.
Работа выхода - работа, которую должен совершить электрон, чтобы выйти из металла.
Формула для работы выхода:
,
где - заряд электрона, - разность потенциалов между точками в металле и за пределами задерживающего слоя.
Работа выхода измеряется в электронвольтах.
Электронвольт - внесистемная единица измерения, равная энергии, которую приобретает электрон при движении между двумя точками с разностью потенциалов в 1 Вольт.
Как у поверхности металла образуется задерживающее поле?
- Вследствие теплового движения электроны с поверхности металла могут отрываться и образуют над поверхностью электронное облако.
- На местах покинувших металл электронов образуются положительные ионы. По закону Кулона, они стремяться вернуть покинувшие металл электроны обратно.
В результате у поверхности металла образуется двойной электрический слой.
В вакууме за пределами задерживающего слоя поле отсутствует, поэтому формула для работы выхода запишется в виде:
,
где - потенциал выхода, равный потенциалу поля внутри металла.
Контактная разность потенциалов
Явление контактной разности потенциалов в 1797 году открыл Алессандро Вольта (1745 -1827).
Контактная разность потенциалов - разность потенциалов, которая возникает при контакте поверхностей двух разных металлов.
- Разность потенциалов, возникающая при контакте двух разных металлов, зависит от их химического состава и температуры.
- Если цепь составлена из нескольких разных проводников при одинаковой температуре, контактная разность потенциалов определяется только контактной разностью между крайними проводниками.
Причины возникновения контактной разности потенциалов:
- Разная работа выхода для разных металлов.
- Разная концентрация свободных электронов в разных металлах.
Схематически рассмотрим контакт двух металлов. Пусть у металла 1 работа выхода больше, чем у металла 2, и в металле 1 концентрация свободных электронов больше.
Между точками и , лежащими рядом с поверхностью, но не принадлежащими проводнику, возникает внешняя контактная разность потенциалов.
Электроны диффундируют из одного металла в другой, при этом из металла 1 в металл 2 уходит больше электронов, так как . В результате металл 1 приобретает положительный, а металл 2 - отрицательный заряд. Возникшая разность потенциалов называется внутренней контактной разностью потенциалов.
