§ 276. Контактная разность потенциалов

Если металлические или полупроводниковые тела приведены в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной. Для того чтобы измерить эту величину, надо создать тесный контакт между двумя телами вдоль некоторой поверхности (спаять, сварить, пришлифовать, обеспечив отсутствие посторонних включений, окисных пленок и пр.) и образовать из этих тел разорванный в одном месте контур. Каждое из тел будет иметь определенный потенциал, одинаковый во всех точках тела. Поэтому контактную разность потенциалов можно измерить, определяя поле в зазоре. По порядку величины контактная разность потенциалов между двумя телами равна десятым долям вольта.

Рис. 308.

Необходимость существования контактной разности потенциалов вполйе очевидна — она должна возникать, если только работа выхода электронов у соприкасающихся тел различна. Напомним, что работа выхода А — это существующая при температуре абсолютного нуля разность между энергией электрона на самом высоком уровне внутри металла и энергией электрона, вышедшего за пределы металла с нулевой кинетической энергией.

Распределение электронов по энергиям у двух приведенных в соприкосновение твердых тел можно изобразить схемой (рис. 308). Верхний уровень одинаков для всех тел. Электроны тела, у которого работа выхода меньше, расположены на более высоком энергетическом уровне. Таким образом создаются условия для перехода электронов из первого тела во второе. Этот переход сопровождается образованием положительного заряда на первом теле и отрицательного — на втором. В месте контакта возникнет электрическое поле, которое будет препятствовать переходу электронов. В конце концов установится равновесие; оно будет осуществляться при строго определенной разности потенциалов, характерной для данной пары металлов.

Картина, которую мы набросали, будет в незначительной степени зависеть от температуры. При повышении температуры распределение электронов по энергиям уже не имеет столь резкой границы. Появятся электроны на более высоких уровнях, однако условия перехода электронов останутся в основном те же из-за слабой зависимости энергии электронов от температуры, о чем мы говорили выше.

Из приведенного описания явления очевидно, что все твердые тела можно расположить в определенный ряд так, чтобы предыдущий член ряда заряжался положительно по отношению к последующему. Такой ряд был составлен еще Вольта, открывшим контактную разность потенциалов. Из приведенного нами объяснения явления очевидно, что ряд Вольта должен быть рядом по восходящим работам выхода: электроны переходят от тел с меньшей работой выхода к телам с большей работой выхода.

Поскольку контактная разность потенциалов двух тел выражается в виде разностей работ выхода,

то очевидно, что разность потенциалов двух тел может быть представлена в виде разности потенциалов этих двух тел с каким-либо третьим:

Далее, очевидно, что в замкнутой цепи, составленной из любого числа тел, суммарная контактная разность потенциалов равна нулю: Электрический ток в такой цепи существовать не будет.

Ряд напряжений (нормальный потенциал в растворе электролита, вольты):