§ 18.2. Контактная разность потенциалов.

Выясним, как возникает электризация при соприкосновении двух разнородных металлов (§ 14.5). Существуют две причины, вызывающие такую электризацию. Первая причина — это различие в работе выхода электронов из металлов; вторая — неодинаковая плотность электронного газа в металлах, т. е. различное число свободных электронов в единице объема металлов. Рассмотрим, к чему приводит различие в работе выхода электронов из металлов.

Пусть имеются пластинки 1 и 2, сделанные из разных металлов, причем (рис. 18.3, а). Приведем эти пластинки в соприкосновение. Тогда потенциальная кривая для этого случая будет иметь вид, показанный на рис. 18.3, б. На графике видно, что для перехода электронов из металла 1 в металл 2 им нужно совершить работу которая значительно меньше

Рис. 18.3.

Рис. 18.4,

Поэтому многие электроны будут переходить слева направо даже и при комнатной температуре. Что же касается электронов в металле 2, то все те электроны, которые

при хаотическом движении пересекут границу останутся в металле 1, так как их потенциальная энергия при этом уменьшается.

Наглядно все это можно представлять себе так: при переходе из металла 1 в металл 2 электроны должны преодолеть потенциальную ступеньку, а при переходе из металла 2 в металл 1 электроны сами скатываются с потенциальной ступеньки в металл 1. Из сказанного вышеследует, что справа налево должно переходить больше электронов, чем в обратную сторону. Поэтому металл 1 заряжается отрицательно, а металл 2 — положительно, т. е. между ними возникает электрическое поле. Все это поле оказывается сосредоточенным в тонком переходном слое между металлами (рис. 18.3, в). Оно тормозит переход электронов из металла 2 в металл 1. Поэтому потоки электронов в обе стороны между металлами быстро уравниваются и наступает подвижное равновесие.

Разность потенциалов возникающую между соприкасающимися металлами при подвижном равновесии электронов, называют контактной разностью потенциалов. Контактная разность потенциалов, обусловленная различием работы выхода электронов из металлов, может достигать нескольких вольт и практически не зависит от температуры.

Выясним теперь действие второй причины. Пусть концентрация свободных электронов в первом металле больше, чем во втором, т. е. (рис. 18.4, а). При этом для простоты рассуждений будем считать, что работы выхода электронов из металлов одинаковы. Тогда поток электронов из металла 1 в металл 2, обусловленный их хаотическим движением, будет больше, чем в обратную сторону, и металл 1 зарядится положительно, а металл 2 — отрицательно (рис. 18.4, б). Электрическое поле, которое появляется при этом в переходном слое между металлами, тормозит переход электронов из металла 1 в металл 2, и между потоками электронов в обе стороны быстро наступает подвижное равновесие.

Контактная разность потенциалов между металлами, обусловленная различной концентрацией свободных электронов в металлах, не превышает нескольких сотых долей вольта и возрастает при повышении температуры соприкасающихся металлов. Последнее объясняется тем, что при нагревании электроны движутся быстрее и потоки электронов в обе стороны возрастают. Но больше поэтому поток электронов из металла 1 в металл 2 возрастает сильнее и разность потенциалов увеличивается.