Градуирование термоэлемента и определение его удельной термо-Э.Д.С.: Методическое пособие к лабораторной работе № 9

Министерство образования Российской Федерации

ХАБАРОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики

Доц. В.Г.Довбило

ЛАБОРАТОРНЫЙ

ПРАКТИКУМ

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ

ФИЗИКЕ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

 «ГРАДУИРОВАНИЕ

ТЕРМОЭЛЕМЕНТА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ЕГО УДЕЛЬНОЙ ТЕРМО-Э.Д.С.»

Хабаровск 2000

§ 1. Работа выхода электронов

из металла

Тот факт, что свободные электроны удерживаются внутри металла, свидетельствует о действии на электроны силы, направленной внутрь металла. Природа этих сил (РИС.1) обусловлена наличием двойного электрического слоя у поверхности металла  (отрицательного электронного облака, вылетевших из металла электронов, и слоя, образующихся при этом, положительных индукционных зарядов). Для вырывания электрона из металла требуется совершить некоторую работу против сил поля двойного электрического слоя. Минимальное значение этой работы, достаточной чтобы электрон покинул металл (вышел за пределы двойного электрического слоя) принято называть работой выхо-да. Для различных металлов работа выхода различна.

Из закона сохранения энергии ясно, что работа выхода долж-на увеличить энергию электрона. Если энергию электрона, вы-шедшего за пределы металла, принять за нулевую, то мы придём к выводу, что внутри металла энергия электрона отрицательна, т.е. электрон находится в потенциальной яме (РИС.2), глубина которой равна работе выхода.

Работу выхода принято измерять в электрон-вольтах (Эв). Один электрон-вольт равен энергии, которую приобретает элект-рон (или любая другая частица, обладающая тем же зарядом), пройдя разность потенциалов в 1 вольт.

 

Работа выхода для металлов колеблется в пределах несколь-ких электрон-вольт (примерно от 1,8 до 6,3 Эв).

Поскольку электрон – заряженная частица, то различие его энергетического состояния внутри металла и вне его означает, что между металлом и окружающей средой существует разность потенциалов  Δφ. Тогда работа выхода

 

(В квантовой теории металлов даётся несколько иная трактовка работы выхода).

Зная работу выхода, можно найти  Δφ = А /e . Величина  Δφ для металлов имеет порядок нескольких вольт.

Наличие разности потенциалов на границе металл-среда объясняется следующим.

Благодаря тепловому движению часть электронов способна удалиться от поверхности металла на некоторое расстояние, поэ-тому поверхность металла оказывается окружённой электронной атмосферой толщиной в несколько межатомных расстояний. Наличие этой электронной атмосферы приводит к образованию двойного электрического слоя (РИС.1) – плоского конденсатора, положительной обкладкой которого служит слой ионов металла, а отрицательной – электронная атмосфера. Для того, чтобы элек-трону выйти за пределы этого двойного слоя, и требуется опреде-лённая работа выхода.

§ 2. Контактная

 разность потенциалов

Если два разнородных металла привести в контакт, то будет иметь место взаимная диффузия свободных электронов. Пусть температура обоих металлов одинакова, а концентрация свобод-ных электронов первого металла больше, чем у второго, т.е.

 

Тогда диффузионный поток в направлении от первого метал-ла ко второму более интенсивен, чем обратный поток, и во вто-ром металле вблизи границы образуется избыток электронов, а в первом – недостаток. Вследствие этого первый металл окажется заряженным положительно, а второй – отрицательно. На границе металла в тонком слое возникает электрическое поле, затрудняющее дальнейший переход электронов из первого метал-ла во второй (РИС.3). Равновесие наступит тогда, когда действие электрического поля полностью компенсирует различие диффу-зионных потоков. Этому состоянию равновесия соответствует определённая разность потенциалов на границе металлов, которую называют внутренней контактной разностью потен-циалов.

Классическая электронная теория даёт для этой разности потенциалов значение

При комнатной температуре

 

величина 

поэтому