Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Работа выхода электронов из металла

.

Подставив значение в (1), получим:

Плотность тока в металлическом проводнике

, (2)

откуда видно, что плотность тока пропорциональна напряженности поля, т. е. получили закон Ома в дифференциальной форме. Коэффициент пропорциональности между и есть не что иное , как удельная проводимость материала

, (3)

которая тем больше, чем больше концентрация свободных электронов и средняя длина их свободного пробега.

2. Закон Джоуля – Ленца. К концу свободного пробега электрон под действием поля приобретает дополнительную кинетическую энергию

(4)

При соударении электрона с ионом эта энергия полностью передаётся решётке и идёт на увеличение внутренней энергии металла, т. е. на его нагревание.

За единицу времени электрон испытывает с узлами решётки в среднем столкновений:

(5)

Если n – концентрация электронов, то в единицу времени происходит столкновений и решётке передаётся энергия

, (6)

которая идёт на нагревание проводника. Подставив (4), (5) в (6) получим таким образом энергию, передаваемую решётке в единице объёма проводника за единицу времени,

. (7)

Величина является удельной тепловой мощностью тока. Коэффициент пропорциональности между и по (3) есть удельная проводимость ; следовательно, выражение (7) – закон Джоуля –Ленца в дифференциальной форме.

3. Закон Видемана-Франца. Видеманом и Францем экспериментальноустановлен закон, согласно которому отношение теплопроводности к удельной проводимости для всех металлов при одной и той же температуре одинаково и увеличивается пропорционально термодинамической температуре:

,

где - постоянная, не зависящая от рода металла.

Таким образом, классическая теория электропроводности металлов объяснила законы Ома и Джоуля – Ленца, а также дала качественное объяснение закона Видемана – Франца.

Как показывает опыт, свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум, называется работой выхода. Укажем 2 вероятные причины появления работы выхода:

1. Если электрон по какой-то причине удаляется из металла, то в том месте, которое электрон покинул, возникает избыточный положительный заряд и электрон притягивается к индуцированному им самим положительному заряду.

2. Отдельные электроны, покидая металл, удаляются от него на расстояние порядка атомных, и создают тем самым над поверхностью металла “электронное облако”, плотность которого резко убывает с расстоянием. Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решётки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям (м). Он не создаёт электрического поля во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла.

Таким образом, электрон при вылете из металла должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя. Разность потенциалов в этом слое называется поверхностным скачком потенциала, определяется работой выхода электрона из металла:

,

где - заряд электрона. Так вне двойного слоя электрическое поле отсутствует, то потенциал среды равен нулю, а внутри металла потенциал положителен, и равен . Потенциальная энергия свободного электрона внутри металла равна и является относительно вакуума отрицательной. Исходя из этого можно считать, что весь объём металла для электронов проводимости представляет потенциальную яму с плоским дном, глубина которой равна работе выхода .

Работа выхода выражается в электрон-вольтах (эВ): 1 эВ равен работе, совершаемой силами поля при перемещении элементарного электрическогозарядапри прохождении им разности потенциалов в 1 В. Так как заряд электрона равен Кл, то 1 эВ =Дж.

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:429

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.