Работа выхода электрона из металла.

При комнатной температуре практически все свободные электроны находятся внутри металла, так как их удерживает притяжение положительных ионов. Однако при любой температуре отдельные электроны имеют высокие скорости движения, соответственно, большую кинетическую энергиею и могут выйти из металла в окружающее свободное пространство (например, в вакуум). Вблизи поверхности возникает «электронное облако», которое вместе с по­верхностным слоем положительных ионов образует двойной электрический слой толщиной порядка 10^-10-10^-9 м. Поле этого слоя препятствует выходу следующих электронов. Разность потенциалов  слоя называется поверхностным скачком потенциала. Работу, которую должен совершить электрон при выходе из металла, называют ра­бо­той выхода А: А= е∙∆φ. Работу выхода принято измерять в электрон-вольтах (эВ). Работа выхода электрона зависит от химической природы ме­талла и чистоты обработки его поверхности и не зависит от температуры. Для чистых ме­таллов величина работы выхода имеет порядок нескольких эВ.

С ростом температуры Т количество электронов, имеющих достаточную кинетическую энергию и способных выйти из металла, увеличивается. Это явление называется термоэлектронной эмиссией.

Контактная разность потенциалов.

В 1797 г. итальянский физик Вольта обнаружил сходное явление и при контакте двух металлов.

1 закон Вольта: при со­при­косновении двух разнородных металлов между ними возникает разность по­тенциалов, зависящая от их химического состава и температуры (первый за­кон Вольты). Эта разность потенциалов называется контактной.

2 закон Вольта: контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении первого и последнего проводников.

Для объяснения этого явления рассмотрим контакт двух различных металлов 1 и 2, имеющих работу выхода А₁ и А₂, причем пусть А₁А₂. Очевидно, что свободным электронам второго металла труднее покинуть его пределы, чем электронам первого металла.

Рис. 2.

В результате хаотического теплового движения первый металл зарядится поло­жи­тельно, второй - отрицательно (рис.2). Возникающая разность потенциалов создает электрическое поле напряженностью Е, которое затрудняет дальнейший переход электронов из 1 в 2. Передвижение электронов прекратится, когда разность потенциалов поля станет равна:

, где е - абсолютная величина заряда электрона. Значение ∆φ/ составляет обычно около 1В.

Второй причиной появления контактной разности потенциалов между метал­лами 1 и 2 является различная концентрация в них свободных электронов n₀₁ и n₀₂. Давление идеального газа равно: p = n₀ kT , где n₀ - концентрация молекул, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная темпера­тура. Пусть n₀₁ > n₀₂, тогда р₁ р₂, т.е. давление электронного газа в первом металле больше, чем во втором. Под действием перепада давления электроны будут переходить из первого металла во второй больше, чем в обратном направле­нии. Возникает разность потенциалов:

.

При комнатной температуре значение ∆φ^// имеет порядок 10^-1 В. Таким образом, при контакте двух различных металлов между ними возника­ет контактная разность потенциалов

φ₁ - φ₂ = ∆φ’ + ∆φ’’ = + .

Контактная электризация тел, т.е. возникновение между телами контактной разности потенциалов, встречается довольно часто и не только у металлов. Напри­мер, ею обусловлена электризация тел в процессе трения.