Контактылық потенциалдар айырымы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 3 бет
Таңдаулыға:

8. Контактылық потенциалдар айырымы

Физикалық қасиеттері әр түрлі болатын екі ортаның шекарасында көптеген құбылыстар пайда болады. Әр түрлі металдар, әр түрлі жартылай өткізгіштер, металл мен жартылай өткізгіштер шекараларында жүретін құбылыстардың үлкен практикалық маңызы бар. Соларды ретімен қарастырайық.

Шығу жұмыстары Х ₀₁ және Х ₀₂ болатын әртекті екі металды бір-бірімен түйістірейік. (14, а сурет) . Ондай жағдайда интенсивті түрде бірінен-бірі не электрондар ауыса бастайды. Егер W _F1 >W _F2 , онда бірінші металдың электрондары екінші металға өтіп, ол металдағы төменгі рұқсат етілген деңгейлерді толтыра бастайды. Бірінші металдағы Ферми деңгейі төмендеп, ол өзінің біраз еркін электрондарын жоғалту нәтижесінде оң зарядталады. Екінші металдағы Ферми деңгейі көтеріледі - ол теріс зарядталады. Металдардағы Ферми деңгейі көтеріледі - ол теріс зарядталады. Металдардағы Ферми деңгейлері теңескен кезде динамикалық тепе-теңдік орнайды. (14, б сурет)

14 - сурет

Міне осындай жағдайда екі металл шекарасында U _R потенциалдар айырымы пайда болады. Оны сыртқы контактылық потенциалдар айырымы (немесе тек контактылдық потенциалдар айырымы) деп атайды. Теріс зарядталған металдағы электрондардың потенциалдық энергиясы артып, оң зарядталған металдағылардікі - кемиді. Сондықтан металдардағы Ферми деңгейлері теңескенде, металдар шекарасында Х ₀₁ және Х ₀₂ айырымымен анықталатын потенциалдық тосқауылдың секірмелі мәні пайда болады :

e U _R = X ₀₂ - X ₀₁ немесе U _R= X ₀₂ -X ₀₁ /е (8. 1)

Ферми деңгейлерінің теңесуіне металдардың шекараға жақын орналасқан бөліктерінің шамалы ғана электрондарының ауысуы жеткілікті. Сондықтан контактының өткізгіштігінің металдар өткізгіштігінен айырмасы жоқтың қасы. Түйістірілген металдардағы Ферми деңгейлері теңескеннен кейін электрондардың бір металдан екінші металға өтуі Ферми деңгейлерінің айырмасына байланысты болады. Өйткені, бірінші металдағы Ферми деңгейінің биік болуына байланысты, ол деңгейдегі электрондардың кинетикалық энергиясы көп, олардың жылдамдығы үлкен болады. Сондықтан бірінші металдан екінші металға өткен электрондар саны кері өтетін электрондар санынан артық болады да контактының өне бойында ішкі контактылық потенциалдар айырымын пайдаланады:

e U _i = W _{F 1} - W _F2 немесе U _i =W _F1 - W _F2 /e (8. 2)

Сонымен ішкі контактылық потенциалдар айырымының пайда болуының басты себебі - электрондардың концентрациясы көп металдан концентрациясы аз металға диффузиялануы . Диффузиялық ток ішкі контактылық потенциалдар айырымының өрісі туғызатын дрейфтік токқа тең болғанда, бұл жағдай үшін де, динамикалық тепе- теңдік орнайды. Ішкі контактылық потенциалдар айырымы өте аз шама - ол металдарда 10 ^-2 В-тан аспайды, ал сыртқы контактылық потенциалдар айырымы бірнеше вольтқа жетуі мүмкін. Сондықтан оны көп жағдайда елемеуге болады.

Металдардағы контактылық потенциалдар айырымына байланысты болатын тағы екі құбылыс қарастырайық. Оның біріншісі тізбектеп жалғанған бірнеше металл өткізгіштер жөнінде (15, а сурет)

Мұндай жағдайда шеткі екі металл арасындағы контактылық потенциалдар айырымы оларды бір- біріне қосатын металл өткізгіштердің тегіне байланысты болмайды . Шындығында

U _{R1, 2} = X ₀₂ - X ₀₁ /e ; U _{R2, 3} = X _{03 -} X ₀₂ /e, . . . ; U _{R (n-1) n} =

= X _0u - X ₀ (n-1) /e . (8. 3)

Егер бұларды өзара қосатын болсақ, онда : U _{R 1 n} =

X _{0 u} - X ₀₁ /e

Е к і н ш і с і - 15, б- суреттегідей етіп қосылған екі металдың А және В контактыларындағы температура бірдей болмаған кезде, электр қозғаушы күштің пайда болуы.

Біз жоғарыда (4, 3) Ферми деңгейінің металдағы электрондар концентрациясына байланысты екенін айттық. Бұл теңдеуде Ферми деңгейінің температураға байланыстылығы айқын көрінбейді. Бірақ теңдеудегі n _c =N/V электрондар концентрациясы - температураға байланысты шама. Белгілі температурадағы еркін электрондардың энергиясының Ферми деңгейінен онша алшақ кетпейтінін ескеріп, (4. 6) формуласын 0- ден W _F -ке дейін интегралдау нәтижесінде мынадай теңдеу аламыз :

(8. 4)

Мұндағы W _F0 - абсолют Ферми деңгейі. Енді (8. 5) -ті (4. 3) теңдеуіне қойып, Ферми деңгейінің температураға тәуелділігін таба аламыз . Ол:

Алынған теңдікті (8. 2) - ге қоятын болсақ, онда контактылық потенциалдар айырымының температураға байланысты шама екенін көреміз :

(8. 5)

Сонымен екі металды 15, б- суретте көрсетілгендей етіп қосқанда, олардың контактыларының температурасы бірдей болмаған жағдайда контактылардағы сыртқы контактылық потенциалдар айырымы бір - бірін компенсациялайды да, ішкі контактылық потенциалдар айырымы бір - бірін компенсациялай алмайды. Соның нәтижесінде тізбектес термоэлектрлік қозғаушы күш пайда болады. Практикада бұл құбылыс көбінесе денелер температурасын өлшеуге қолданылады. (термопара)

Бұл айтылғандардан мынадай қорытынды жасау керек: электродтар арасындағы контактылық потенциалдар айырымы электрондық приборлардың жұмысына елеулі түрде әсер жасауы мүмкін, сондықтан оны барлық уақытта ескеріп отырған жөн.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.