Электрондардың шығу жұмысы
Металдағы электрондар еркін орын ауыстырады дейді. Қандай электрондар? Неге еркін деп аталады? Біз талдаған материалдар бұл сұрақтарға жауап беруге жеткілікті. Металдағы тек Ферми деңгейіне жақын орналасқан электрондар ғана еркін электрондар болып табылады. Сондықтан, бос энергетикалық деңгейлерге жақын орналасқан бұл электрондар еркін қозғала алады (4.18 а-суретті қара).
Егер
электрондар еркін қозғала алатын болса,
неге металл бетіне ұшып шықпайды, себебі
кристалдық торды құраушы иондардың ара
қашықтығы электронның өлшемінен 107
есе үлкен. Электрондар ұшып шығады,
бірақ олар ұшып шыққанда металл оң
зарядталады да, оны қайта өзіне тартып
алады. Кинетикалық энергиясы бар
электрондар атомдық өлшем аралығына
ұшып шығады да, қайтадан кері қайтады.
Металл жұқа қозғалмайтын электрондар
қабатымен қоршалған сияқты болады.
Бұл кәдімгі конденсатор, потенциалдар
айырмасы
-ге
тең екі электрлік қабат. Бұл қабаттағы
электрондарға әсер ететін күштер -
айналық кескіндегі күштер. Электрон
сыртқа шыққанда бұл күштерге қарсы
істелетін жұмыс электронның потенциалық
энергиясының ұлғаюына жұмсалады (кез
келген заттың ішіндегі электрон теріс
энергияға ие). Бұл - электронды металдан
жұлып алуға қажетті минимал энергия,
оны шығару жұмысы
деп атайды.
,
(4.33)
мұндағы – металдан тыс атом өлшеміндей ара қашықтықтағы электрондар қабаты мен металл арасындағы потенциалдар айырмасы. Әрбір металдың өзінің шығару жұмысы бар: ол орналасуы мен металл бетінің тазалығына байланысты. Шығару жұмысы көп болған сайын, электронның ұшып шығу ықтималдығы аз және бетке жақын жердегі теріс таңбалы потенциалдың көп екендігін көрсету керек.
Энергетикалық
диаграммадағы А
– вакуумдағы деңгей (
)
мен Ферми деңгейі арасындағы энергия
айырмасы. (4.18- суретті қара).
Э
лектрондардың
металл бетінен ұшып шығуы – электрондық
эмиссия құбылысы. Электрондарға қандай
әдіспен энергия берілгеніне байланысты,
бөлінеді: фотоэмиссию (фотоэффект),
термоэлектрондық эмиссию, екінші
реттік электрондық эмиссию (металл бетін электрондар ағынымен атқылағанда), автоэлектрондық немесе суық эмиссия (күшті электр өрісі арқылы электрондарды сору арқылы).
Потенциалдардың контактілік айырмасы
Ш
ығу
жұмысы әртүрлі екі өткізгішті қарастырамыз,
олар бір-бірімен электрлік контактіде
болады ( 4.19 а-сурет). Өткізгіштер
температуралары бірдей.
Өткізгіштер
беттері эквипотенциальды, сондықтан,
шығу жұмысы әртүрлі болған кезде, мысалы
болса, онда өткізгіштен тыс, бірақ
өткізгіш бетіне жақын жердегі екі
және
нүктелері арасында потенциалдар айырмасы
пайда болады (4.19 а-сурет). Бұл айырма
сыртқы контакті айырмасы деп аталады
(4.19 а-сурет):
.
(4.34)
Өткізгіштер арасындағы саңылауда әлсіз электр өрісі пайда болады.
Түйісетін
металдардың энергетикалық
диаграммасын
қарастырайық. 4.20-суретте осы металдардың
түйіскенге дейінгі энергетикалық
диаграммасы кескінделген, олардың
сипаттамалары:
,
.
Түйіскеннен кейінгі металдардағы
энергияның таралуы 4.20 б-суреттегідей
болуы керек. Химиялық потенциалдардың
тепе-теңдігін тепе-теңдік шарты етіп
аламыз. Біздің жағдайымызда бұл Ферми
деңгейі. Ферми деңгейі теңескенше
электрондар бірінші металдан екінші
металға өтеді (4.20 в-суретті қара).
Материалдың сипаттамалары - шығу жұмысы
және Ферми деңгейінің мәні екінші
металл диаграммасының төмен қарай
түсуіне алып келеді. Өзінің біраз
электрондарын берген екінші металл -
оң, ал электрондар қосып алған бірінші
металл теріс зарядталады. Олардың
арасында ішкі потенциалдар айырмасы
пайда болады (4.20 в-суретті қара, ондағы
-
ішкі контактілік потенциалдар айырмасы).
4.20
– сурет Екі металдың энергетикалық
диаграммасы
:
а)
контакт жоқ; б) контактіде тепе-теңдік
жоқ; в) тепе-теңдік жағдайында (
-
металдардың өткізгіштік зоналарының
түбі).
.
(4.35)
Әдетте
вольттің оннан бір бөлігі немесе бір
вольт,
– милливольт, бірақ техникада ішкі
контактілік потенциалдар айырмасы кең
қолданыс табуда.
Классикалық
физика ішкі контактілік потенциалдар
айырмасының пайда болу себебін
металдардағы өткізгіш электрондар
концентрациясының әртүрлі болуымен
түсіндіреді:
,
және бұған ешқандай қарама-қайшылық
жоқ, себебі
электрондар концентрациясына байланысты
болады.
Бірнеше
металдарды түйістіргендегі ішкі
контактілік потенциалдар айырмасының
неге тең екендігін анықтайық (4.20 б-суретті
қара):
(4.36)
мұндағы
;
және т.б.
Барлық тізбектің контактілік потенциялдар айырмасы аралық екінші және үшінші металдар болмаған кездегі сияқты болады. Егер тізбек тұйықталған болса, онда контактілік потенциялдар айырмасы нөлге тең болады. Бұл дәнекерленген (контактіленген) металдар температурасы бірдей болған кезде орындалады.