Контактная разность потенциалов двух металлов зависит только от их химического состава и температуры

Контактная разность потенциалов. Термоэлектричество

При тесном соприкосновении двух разнородных металлов, между ними возникает разность потенциалов. Вольта установил два закона:

2. Разность потенциалов на концах цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных металлов при одинаковой температуре равна разности потенциалов, возникающей при непосредственном контакте двух концевых проводников (рис.69).

Рисунок 69

Вольта установил ряд металлов (ряд Вольта), в котором каждый предыдущий металл с одним из последующих приобретает положительный потенциал Аℓ, Zn, Sn, Cd, P в, S в, Bi, Hg, Fe, Cи, Ag, Aи, Pt, Pd.

Для того, чтобы понять природу контактной разности потенциалов нужно представить механизм перехода электронов из одного металла в другой. Он заключается в следующем. Силы притяжения со стороны атомов кристаллической решетки внутри металла, действующие на свободный электрон уравновешены (рис.70).

Если электрон вылетит за поверхность, то он втянется обратно. Для того, чтобы покинуть металл электрон должен совершить работу, которая называется работой выхода. Она измеряется в электроновольтах

.

Рисунок 70 У разных металлов работа выхода разная, поэтому

электрон, который попадает в зону контакта, будет втянут в металл с большей работой выхода. В результате возникает разность потенциалов. У чистых металлов она 1,31-5,35 эВ.

Другая причина – разная концентрация электронов в металлах.

Полная контактная разность потенциалов определяется соотношением

, (56)

где А₁ и А₂ – работа выхода электрона из 1-го и 2-го металлов, n₀₁ и n₀₂ – концентрации электронов в них.

Если концы проводников замкнуты (рис.71), то возникает контактная разность потенциалов, компенсирующая первую и тока в цепи не будет, то есть

Контактная разность потенциалов не создает тока в цепи замкнутых металлических проводников, имеющих одинаковую температуру.

Если же температура разная, то возникает термоэлектродвижущая сила э.д.с. Действительно

; (57)

Рисунок 71

;

;

; , (58)

где α=(К/е)/ℓn(n₀₁/n₀₂) – постоянная величина для данной пары металлов.

Замкнутая цепь проводников, создающая ток за счет различия температуры контактов между проводниками, называется термоэлементом или термопарой (рис.72), которые применяются в электрических термометрах, позволяющих измерять

Рисунок 72 температуру дистанционно в широком диапазоне.

Существует эффект обратной термоэлектрическому. Его обнаружил Пельтте в 1834г. Если по замкнутой цепи составленной из двух разнородных металлов пропускать постоянный электрический ток в том же направлении, что и термоток, то спаи приобретут разную температуру – спай который имел большую температуру при термотоке будет охлаждаться за счет движения электронов против сил электрического поля в спае.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется термоэлектронной эмиссией?

2. Какие разновидности эмиссий существуют?

3. Что называется током насыщения в диоде и чем он обусловлен?

4.Каким образом можно изменять анодный ток в электровакуумном триоде?

5.Что называют запирающим слоем?

6.Какой газовый разряд называется самостоятельным, а какой несамостоят-м?

7.Каким образом возникает контактная разность потенциалов?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Дата добавления: 2014-01-04