Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Контактная разность потенциалов. Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия.

 

Энергетическая схема вольфрама и кривая распределения электронов по энергиям при Т = 0 К (сплошная кривая) и при высокой температуре (штриховая кривая) показаны на рис.2.3.

 

 

Рис.2.3.

Видно, что при повышении температуры “хвост” кривой распределения заходит за нулевой уровень потенциальной ямы, что свидетельствует о появлении некоторого числа электронов, обладающих кинетической энергией, превышающей высоту потенциального барьера. Такие электроны способны выходить из металла. Поэтому нагретый металл испускает электроны. Это явление получило название термоэлектронной эмиссии. В заметной степени оно наблюдается лишь при высокой температуре, когда число термически возбужденных электронов, способных выйти из металла, оказывается достаточно большим.

Поместив вблизи нагретого металла проводник и создав между ним и металлом электрическое поле, можно получить термоэлектронный ток. Плотность тока термоэлектронной эмиссии определяется формулой Ричардсона-Дэшмана:

 

(2.3)

где - постоянная Ричардсона. Логарифмируя (2.3), получаем

 

 

 

1/T
 
LnА
Ln(1/T)
Рис.2.4.

График этой функции представляет собой прямую линию, по наклону которой можно определить термодинамическую работу выхода Ф. Экстраполируя эту прямую до пересечения с осью ординат, можно найти теоретическое значение постоянной Ричардсона: А = 1,2 106 А / (м2К2). В действительности же для разных металлов ее значения несколько различаются.

 

Рассмотрим процессы, происходящие при сближении и контакте двух металлов, энергетические диаграммы которых показаны на рис.2.5 а.

 

 

Рис.2.5.

В изолированном состоянии электроны в этих проводниках характеризуются уровнями Ферми EF1 и ЕF2 и работами выхода Ф1 и Ф2. Приведем проводники в контакт, сблизив их до такого расстояния, при котором возможен эффективный обмен электронами. На рис.2.5 а показано, как заполнены электронами уровни металлов при Т = 0 К; в зоне проводимости проводника 2 заняты все состояния вплоть до уровня Ферми ЕF2, причем против этих состояний расположены занятые уровни зоны проводимости проводника 1. Поэтому из проводника 2 электроны не могут переходить в проводник 1.

При температуре, отличной от 0 К, электроны проводника 2, термически возбужденные на уровни, расположенные выше ЕF2, могут переходить в проводник 1, но число таких электронов при обычных температурах невелико, вследствие чего их поток n21 очень мал.

Иная картина складывается для проводника 1. В нем при Т = 0 К зона проводимости также заполнена вплоть до уровня Ферми ЕF1, но вследствие меньшей работы выхода (Ф1 < Ф2) против занятых состояний этого проводника, располагающихся выше уровня Ферми ЕF2, размещаются свободные уровни зоны проводимости проводника 2. Поэтому при наличии контакта (даже при Т = 0 К) электроны с занятых уровней проводника 1 переходят на свободные уровни проводника 2, образуя поток n12, на первых порах значительно превосходящий поток n21.

Теперь рассмотрим, как устанавливается равновесие между проводниками. Проводник 1, теряя электроны, заряжается положительно. Возникновение этих зарядов вызывает смещение энергетических уровней обоих проводников. В проводнике 1, заряженном положительно, все уровни опускаются вниз, а в проводнике 2, заряженном отрицательно, все уровни поднимаются вверх относительно своих положений в незаряженном состоянии этих проводников (рис.2.5б). В результате устанавливается равновесие и уровни Ферми ЕF1 и ЕF2 уравниваются. Равновесию между проводниками отвечает равновесная разность потенциалов между ними:

 

(2.4)

называемая контактной разностью потенциалов. Uк определяется разностью работ выхода электронов из контактирующих проводников. Значение ее может достигать единиц вольт. Из рисунка б следует, что контактная разность потенциалов создает для электронов, переходящих в проводник с большей работой выхода, потенциальный барьер высотой eUк = Ф2 - Ф1, который препятствует дальнейшему переходу электронов из проводника 1 в проводник 2.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
 | 
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 474; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.