Внутренняя контактная разность - потенциал
Cтраница 3
Между различными проводниками имеется скачок потенциала, который не зависит от тока и существует даже в его отсутствие. Этот скачок потенциала носит название внутренней контактной разности потенциалов. [31]
При температуре Т, не равной абсолютному нулю, энергия Ферми зависит от температуры. Это приводит к тому, что внутренняя контактная разность потенциалов зависит от температуры контакта. Этой зависимостью объясняются термоэлектрические явления, рассмотренные в § 44.8. Не вдаваясь в подробности, укажем, что формула (44.23) для термоэлектродвижущей силы оказывается приближенно справедливой, однако коэффициент а выражается значительно сложнее и является, вообще говоря, функцией температуры. [32]
В действительности же, как показывает квантовая теория твердых тел, средняя кингтичгская энергия электронов в различных металлах не одинакова, а значит, переход электронов из одного металла в другой, независимо от существования контактной разности, сопровождается выделением или поглощением тепла. Поэтому и коэффициент Пельтье не равен внутренней контактной разности потенциалов. [33]
Дело в том, что положение уровня Ферми зависит от температуры. Поэтому если температуры контактов разные, то разными будут и внутренние контактные разности потенциалов. Таким образом, сумма скачков потенциала отлична от нуля, что и приводит к возникновению термоэлектрического тока. [34]
Заметим, что направление 1 / - может совпадать с направлением Vk, но может быть и противоположно ей. Если энергия Ферми у обоих металлов одинакова, то после установления равновесия внутренняя контактная разность потенциалов равна нулю. [35]
Явление Пельтье имеет следующее объяснение. Электроны, переносимые током из одного металла в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В случае ускорения кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. В случае замедления кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате происходит охлаждение. Более точно, носители тока, будь то электроны или дырки, по разные стороны от спая ( контакта) обладают различной полной энергией ( полная энергия представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий) и, пройдя через спай, если они попадают в область с меньшей энергией, то отдают свой избыток энергии кристаллической решетке, в результате чего спай нагревается. Соответственно, на другом спае носители тока переходят в область с большей энергией и недостающую энергию они заимствуют у решетки, что приводит к охлаждению спая. [36]
Энергия Ферми для металлов зависит от эффективной массы носителей и их концентрации. Следовательно, Ut будет определяться этими же величинами, и поскольку концентрация электронов и положение уровней Ферми в разных металлах мало различаются, величина внутренней контактной разности потенциалов для металлов обычно мала и лежит в пределах 0 001 - 0 01 В. [37]
 |
Энергетическая диаграмма возникновения внешней контактной разности.| Энергетическая диаграмма возникновения вну. [38] |
Энергия Ферми для металлов зависит от эффективной массы носителей и их концентрации. Следовательно, ф - будет определяться этими же величинами, и поскольку концентрация электронов и положение уровней Ферми в разных металлах мало различаются, величина внутренней контактной разности потенциалов для металлов обычно мала и лежит в пределах 0 001 - 0 01 В. [39]
В результате этого между металлами возникнет разность потенциалов и появится электрическое поле, которое вызовет дополнительное движение электронов ( переносное, или дрейфовое, движение) в обратном направлении - от металла 2 к металлу /; поэтому общее количество электронов, переходящих от / к 2, будет уменьшаться, а идущих в противоположном направлении - увеличиваться. Эта разность потенциалов н является внутренней контактной разностью потенциалов обоих металлов. [40]
В классической электронной теории считается, что средняя кинетическая энергия электронов зависит только от температуры, а следовательно, при одинаковой температуре одна и та же внутри обоих соприкасающихся металлов. В действительности же, как показывает квантовая теория металлов, средняя кинетическая энергия электронов в различных металлах не одинакова, а значит, переход электронов из одного металла в другой, независимо от существования контактной разности, сопровождается выделением или поглощением тепла. Поэтому и коэффициент Пельтье не равен внутренней контактной разности потенциалов. [41]
Теперь рассмотрим, какие условия существуют на самом контакте. Если уровни Ферми металлов MI и УИ2 при равновесии совпадают, то это означает, что на контакте существует потенциальный барьер и обусловленное им электрическое поле. Это поле Ек называют контактным, а соответствующую разность потенциалов р - внутренней контактной разностью потенциалов. [42]
Страницы: 1 2 3