Лабораторна работа No 15

Феноменът на прехода на електрони от един метал в друг се дължи на две причини:

- разликата в работата на изхода на електрони от контактуващите метали;

- различна концентрация на свободни електрони в металите.

Работната функция на електроните от метал (

) се нарича минималната работа, която трябва да се направи, така че електронът, преодолявайки силите на електростатично привличане, да остави метала навън. Когато два метала влязат в контакт, електроните се прехвърлят от метал с по-ниска работна функция към метал с по-висока работна функция. Този преход настъпва, докато настъпи равновесно състояние, характеризиращо се със същата стойност на максималната енергия на електроните вътре в металите (енергия на Ферми). Потенциалната разлика, възникваща в този случай, се определя от израза:

,

Където

- електронен заряд.

Когато два метала влязат в контакт с различни концентрации на свободни електрони поради дифузия, се получава насочен поток от електрони от метал с по-висока концентрация към метал с по-ниска концентрация на електрони. Процесът на дифузия спира, когато металите се зареждат до такава степен, че противоположното електрическо поле напълно спира насоченото движение на електроните. Потенциалната разлика, възникваща поради дифузия, е равна на:

,

Където

- Константата на Болцман;- контактна температура в абсолютен мащаб,и- концентрация на свободни електрони в контакт на метали.

Манифестирайки едновременно, и двете причини водят до появата на обща контактна потенциална разлика:

Когато от различни метали се образува затворена верига (независимо от техния брой), сумата от контактните потенциални разлики се оказва нула и токът във веригата не възниква. Ако обаче температурите на контактите са различни в затворена верига, тогава в нея възниква ток, който показва появата на електродвижеща сила, която обикновено се нарича термоЕМП. Това явление е открито от Зеебек през 1821 година. Промяната на знака на температурната разлика променя посоката на тока и термоЕМП.

За случая на два метала (фиг. 1) възникващият термоЕМП е пропорционален на температурната разлика на кръстовищата:

където е константата

се нарича коефициент на Seebeck:

,

За метали

редът има значение.

Изразът (2) е получен въз основа на класическите концепции за електрическата проводимост на металите. Изчислението, извършено въз основа на квантовата теория на електрическата проводимост, дава нелинейна зависимост на термоЕМП от температурата. Въпреки това, в температурния диапазон, в който температурата се променя в тази лабораторна практика, зависимостта (2) се изпълнява с висока степен на точност.

При феномена Зеебек топлинната енергия директно се превръща в електрическа, но за контактите на два метала ефективността се оказва много малка (

), следователно възникващата термоЕМП не се използва като източник на ток. За контакти на два различни полупроводникастотици пъти повече, отколкото за металите, което прави възможно използването им като текущи източници.

---