КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ - разность потенциалов, возникающая между находящимися в электрич. контакте проводниками в условиях тер-модинамич. равновесия. Между двумя проводниками, приведёнными в соприкосновение, происходит обмен электронами, в результате чего они заряжаются (проводник с меньшей работой выхода положительно, а с большей - отрицательно) до тех пор, пока потоки электронов в обоих направлениях не уравновесятся и во всей системе уровень эл--хим. потенциала (ферми-уровенъ)станет одинаковым. Установившаяся К. р. п. равна разности работ выхода проводников, отнесённой к заряду электрона.
Если составить электрич. цепь из неск. разл. проводников, то К. р. п. между крайними проводниками определяется только ихработами выхода и не зависит от промежуточных членов цепи (правило Вольта) К. р. п. может достигать неск. В. Она зависит от строения проводника (его объёмных электронных свойств) и от состояния его поверхности. Поэтому К. р. п можно изменять обработкой поверхностей (покрытия ми, адсорбцией и т. п.), введением примесей (для полупроводников) и сплавлением с др. веществами (в случае металлов).
Электрич. поле К. р. п., создаваемое приконтактным объёмным зарядом, сосредоточено вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Протяжённость приконтактной области тем меньше, чем больше концентрации электронов проводимости в проводниках: в металлах см, в полупроводниках до см. При контакте полупроводника с металлом практически вся область приконтактного поля локализована в полупроводнике.
Электрич. поле К. р. п. изменяет концентрации свободных носителей заряда (электронов, дырок) в при-контактном слое. Когда концентрация осн. носителей заряда в полупроводниках понижается, приконтактный слой представляет собой область повыш. сопротивления (запирающий слой). Т. к. концентрация носителей и, следовательно, сопротивление контакта изменяются несимметрично в зависимости от знака приложенного напряжения, то контакт двух полупроводников обладает вентильным (выпрямляющим) свойством. С К. р. п. связаны также вентильная фотоэдс, термоэлектричество и ряд др. электронных явлений. На существовании
К. р. п. основана работа важнейших элементов полупроводниковой электроники: р - n-переходов и контактов металл-полупроводник. Учёт К. р. п. важен при конструировании электровакуумных приборов. В электронных лампах К. р. п. влияет на вид вольт-амперных характеристик. При прямом преобразовании тепловой энергии в электрическую в термоэмиссионном преобразователе создаётся напряжение как раз порядка К. р. п. (см. также Полупроводники).
Термо - ЭДС
Между двумя различными металлическими проводниками в месте их соединения возникает контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из разных металлов, неодинаковой концентрацией электронов и давлением электронного газа.
Разность потенциалов U, появляющаяся на концах разомкнутой электрической цепи , состоящей из двух различных проводников, контакты которых находятся при различных температурах (Т1 и Т2) называется термоэлектродвижущей силой (эффект Зеебека) |
U = ( Т2 - Т1 ),
где - относительная дифференциальная (удельная) термо - э.д.с.
Причины термо - э.д.с.:
- температурная зависимость контактной разности потенциалов;
- диффузия носителей заряда от горячих спаев к холодным;
- увлечение электронов фононами (квантами тепловой энергии).
Эффекты Зеебека и Пельтье
Если температура контактов различных металлов не одинакова, то в цепи возникает электрический ток, называемый термоэлектрическим. Явление возникновения термоэлектрического тока (явление Зеебека), а так же явление Пельтье и Томсона, называется термоэлектрическими явлениями.
- Явление Зеебека (немецкий физик) 1821г. - возникновение термоэлектрического тока (или термоЭ.Д.С.) в замкнутой цепи последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми имеют различную температуру.
В замкнутой цепи термо Э.Д.С. ~ разности температур.
e = a(T1 - T2)
Объяснение возникновения термо Э.Д.С.:
EF зависит от температуры, Þ, если температура кристаллов различна, то разными будут и внутренние контактные разности потенциалов. Таким образом, сумма скачков потенциалов отлична от нуля и, Þ, возникает в цепи термо Э.Д.С. Диффузия электронов при градиенте температуры в цепи также приводит к появлению термо Э.Д.С.
Явление Зеебека используется для измерения температур - термопары - представляют собой два разнородных металла, контакты которых находятся при разных температурах.
- Явление Пельтье (французский ~физик) 1834г.: (обратное к явлению Зеебека), при прохождении тока через контакт двух разнородных металлов в зависимости от его напряжения кроме джоулева тепла (нагревания проводников) выделяется (при одном направлении тока) или поглощается (при другом направлении тока) дополнительная теплота.
QДж~I2, QПельтье ~I; QПельтье > 0 при I® и Qл< 0 при I¬.
Объяснение явления Пельтье:
Электроны по разную сторону спая обладают различной средней энергией. Если электроны, движущиеся по часовой стрелке, пройдут спай В и попадут в область с меньшей энергией, то избыток своей энергии они отдадут кристаллической решетке и спай В будет нагреваться. В спае А электроны переходят в область с большей энергией, забирают часть энергии у кристаллической решетки для выравнивания своей температуры с температурой кристаллической решетки. Таким образом спай А будет охлаждаться.
Явление Пельтье используется в термоэлектрических полупроводниковых холодильниках.