Контактные явления, контактная разность потенциалов — справочник студента

  • Между полупроводником и металлом
  • Цель работы:определение контактной разности потенциалов между полупроводником и металлом
  • Теоретические сведения

На границе полупроводника с металлом возникает контактная разность потенциалов, величина и направление которой определяется разностью работ выхода электрона из них. Если работа выхода ме­талла больше, чем у полупроводника, то в момент их соприкоснове­ния поток электронов из полупроводника превышает поток электронов из металла и полупроводник заряжается положительно, а металл – от­рицательно. Это приводит к возникновению отрицательного потенциа­ла приповерхностного слоя полупроводника , являющегося функци­ей расстояния х от поверхности, что в свою очередь изгибает энер­гетические зоны вверх, т.к. потенциальная энергия электронов  искривляет все энергетические уровни полупроводника, в том числе энергию «дна» зоны проводимости

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

или

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Аналогично энергия потолка в валентной зоне Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента  или Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента .

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

В поверхностной области электронного полупроводника при из­гибе зон «вверх» возникает обедненный слой, а следовательно запи­рающий слой. Если соотношение между работами выхода обратное, т.е. , то в контакте с металлом полупроводник заряжается отрицательно Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента  и ; зона изгибается вниз, что приводит к обогащению поверхностного слоя электронами и обеднению дырками (рис.1б).

Для электронного полупроводника при и для дырочного  при достаточном изгибе зон возможна инверсия, которая зак­лючается в том, что по мере приближения к поверхности тип проводи­мости полупроводника изменяется на обратный.

В самом деле, если полупроводник электронный и , то по мере приближения к по­верхности концентрация электронов будет уменьшаться, а дырок уве­личиваться, т.к. зоны изгибаются вверх и энергетическое расстоя­ние от уровня Ферми до границы разрешенных зон  и  изменяются.

В объеме  и полупровод­ник электронный, т.е. . По мере приближения к поверхности  увеличивается, а  уменьшается. На определенном расстоянии от поверхности , и полупроводник становится собственным (i-полупроводник).

Слева от этой границы полупроводник бу­дет дырочным, т.е. в приповерхностной области образуется — -пере­ход (рис. 2).

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Психологические теории мотивации - справочник студента

Оценим за полчаса!

Через границу раздела полупроводника с металлом в момент их соприкосновения начинает протекать диффузионный ток

,

который приводит к разделению зарядов и возникновению электрическо­го поля. Поле в свою очередь вызывает дрейфовый ток E0 , где E0 – напряженность поля, создаваемая контактной разностью потен­циалов.

Установившееся состояние характеризуется выравниванием уровня Ферми во всей системе, компенсацией диффузионного тока дрейфовой и равновесной контактной разностью потенциалов . Если к системе металл-полупроводник подключить внешнее напряжение , то уровень Ферми сместится на величину .

В частном случае при  и положительном полюсе батареи на металле внешнее поле и КРП бу­дут противоположно направлены друг к другу. Это приводит к снижению потенциального барьера контакта до величины  и возрастанию тока через переход.

Изменение полярности внешнего напряжения уве­личивает барьер до величины  и уменьшает ток через пере­ход. Ток, протекающий через границу, равен:

E0 ,                                   (1)

В.А.Х. контакта металл-полупроводник рассчитывается исходя из длины свободного пробега электронов. В случае, когда λ значи­тельно меньше толщины запирающего слоя , носители заряда пролета­ют эту область и многократно рассеиваются.

В слабых электрических полях энергия, приобретаемая носителем заряда в этом поле, значительно меньше тепловой, т.е. . Для контакта полупроводника с металлом максимальная напряженность бу­дет на поверхности полупроводника:

 Es Eмах |х=0

Таким образом, при , необходимо в выражении для плотнос­ти тока сохранить и диффузионный ток. Теория В.А.Х. контакта по­лупроводника с металлом, основанная на указанном выше неравенстве, называется диффузионной.

  1. Перпендикуляр к поверхности раздела металла с полупроводни­ком направим вдоль оси х, с началом координат на их границе. Тогда напряжение на участке приповерхностной области
  2. .
  3. Напряжение же на всем участке приповерхностной области по­лупроводника от границы раздела до глубины проникновения контакт­ного поля в полупроводнике, будет
  4.                                                                     (2)

Переходя от переменной интегрирования по  к , в соот­ветствии с формулой (1) и, считая полное поле в контакте одинаковым с поверх­ностным, т.е.

  • E0 Es
  • перепишем (2) в виде
  • ,                                              (3)

где  – концентрация электронов в приповерхностной области полупроводника. Решая уравнение (3) относительно j и учитывая, что , получим в.а.х. в виде:

.                                       (4)

В случае, когда λ>> , носители заряда пролетают запирающую об­ласть, почти не испытывая столкновений. В этом случае запирающий слой ведет себя подобно электровакуумному диоду.

При отсутствии внешнего поля поток электронов из полупроводника в металл опреде­ляется величиной барьера qφk.

При наличии внешнего поля величиной U барьер становится равным q(φk — U), следовательно, ток из полуп­роводника в металл равен

.                                                     (5)

Ток из металла в полупроводник не изменяется т.к. барьер остается неизменным, поэтому

.                                                                (6)

 Выразив  через уровень Ферми и среднюю тепловую скорость , в.а.х. контакта полупроводника с металлом в диодной теории можно представить в виде

.                                        (7)

Сравнивая формулы (4) и (7),приходим к выводу, что в пропускном направлении ток возрастает по экспоненциальному закону. В запирающем же направлении для толстых переходов с увеличением отрица­тельного напряжения ток несколько возрастает, а для тонких пере­ходов обратный ток постоянен. Перепишем (4) и (7) в виде

.                                          (8)

Из выражения (8) найдем дифференциальное сопротивление, приходя­щееся на единицу площади раздела полупроводника с металлом. По определению дифференциальное сопротивление – это сопротивление контакта полупроводника с металлом в переменном поле. Численно  определяется касательной к в.а.х. при нулевом смещении (рис.3). Из (8) имеем

  1. .                                        (9)
  2. Выберем амплитуду внешнего напряжения U таким образом, чтобы qU

Источник: https://studopedia.net/3_11183_opredelenie-kontaktnoy-raznosti-potentsialov.html

Контактная разность потенциалов

  • ID: 44022
  • Название работы: Контактная разность потенциалов
  • Категория: Дипломная
  • Предметная область: Физика

Описание: Наиболее важно понятие контактной разности потенциалов для твёрдых проводников металлов и полупроводников.

В конечном счёте достигается равновесие при котором потоки электронов в обоих направлениях становятся одинаковыми и между проводниками устанавливается контактная разность потенциалов Значение контактной разности потенциалов равно разности работ выхода отнесённой к заряду электрона.

Если составить электрическую цепь из нескольких проводников то контактная разность потенциалов между крайними проводниками определяется только их…

  1. Язык: Русский
  2. Дата добавления: 2013-11-09
  3. Размер файла: 99 KB
  4. Работу скачали: 39 чел.

Контактная разность потенциалов

Контактная разность потенциалов, разность электрических потенциалов, возникающая между контактирующими телами в условиях термодинамического равновесия. Наиболее важно понятие контактной разности потенциалов для твёрдых проводников (металлов и полупроводников).

Если два твёрдых проводника привести в соприкосновение, то между ними происходит обмен электронами, причём вначале преимущественно электроны переходят из проводника с меньшей работой выхода в проводник с большей работой выхода.

В результате этого процесса проводники приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к появлению электрического поля, препятствующего дальнейшему перетеканию электронов.

В конечном счёте достигается равновесие, при котором потоки электронов в обоих направлениях становятся одинаковыми, и между проводниками устанавливается контактная разность потенциалов

 Значение контактной разности потенциалов равно разности работ выхода, отнесённой к заряду электрона. Если составить электрическую цепь из нескольких проводников, то контактная разность потенциалов между крайними проводниками определяется только их работами выхода и не зависит от промежуточных членов цепи (правило Вольта).

Контактная разность потенциалов может достигать величины в несколько в. Она зависит от строения проводника и от состояния его поверхности. Поэтому величина контактной разности потенциалов может быть изменена обработкой поверхностей (покрытиями, адсорбцией и т. п.), введением примесей (в случае полупроводников) и сплавлением с др.

веществами (в случае металлов).

 Электрическое поле контактной разности потенциалов сосредоточено в проводниках вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Линейные размеры этой области порядка длины экранирования, которая тем больше, чем меньше концентрация электронов проводимости в проводнике.

Длина экранирования в металлах имеет атомные размеры (10-8—10-7 см), а в полупроводниках колеблется в широких пределах и может достигать величины 10-4—10-5 см.

Отсюда следуют два вывода: 1) из двух соприкасающихся тел контактная разность потенциалов приходится в основном на проводники с большим сопротивлением; 2) для полупроводников в области сосредоточения контактной разности потенциалов заметно изменяется концентрация носителей заряда.

 В случае контакта металла с полупроводником контактная разность потенциалов сосредоточена практически в полупроводнике и при достаточно большой величине заметно изменяет концентрацию носителей тока в приконтактной области полупроводника, а следовательно, и сопротивление этого слоя.

Если образуется слой с высоким сопротивлением (обеднённый носителями тока), то при наложении внешней разности потенциалов концентрация носителей заряда будет в нём заметно меняться, причём несимметричным образом в зависимости от знака внешнего напряжения.

Таким образом, Контактная разность потенциалов обусловливает нелинейность вольтамперных характеристик контактов металл — полупроводник, которые благодаря этому обладают выпрямительными свойствами.

  •  В случае контакта двух полупроводников из одного вещества, но с различными типами проводимости контактная разность потенциалов приводит к образованию переходного слоя объёмного заряда с нелинейной зависимостью сопротивления от внешнего напряжения.
  • Эффект Зеебека
  • Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.
  • Эффект Зеебека также иногда называют просто термоэлектрическим эффектом.

Как уже отмечалось, эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает ЭДС (термоэдс), если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников называется термоэлементом или термопарой.

  1. Величина возникающей термоэдс зависит только от материала проводников и температур горячего (T1) и холодного (T2) контактов.
  2. В небольшом интервале температур термоэдс E можно считать пропорциональной разности температур:
  3. E = α12(T2 − T1), где α12 — термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термоэдс)
  4. В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако строго говоря, он зависит и от температуры и в некоторых случаях с изменением температуры α12 меняет знак.
  5. Более корректное выражение для термоэдс:

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

  • Объяснение эффекта
  • Возникновение эффекта Зеебека вызвано несколькими составляющими.
  • Различная зависимость средней энергии электронов от температуры в различных веществах

Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; в полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой.

В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд, а на горячем остаётся нескомпенсированный положительный заряд.

Процесс накопления заряда продолжается до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не вызовет поток электронов в обратном направлении, равный первичному, благодаря чему установится равновесие.

  1. ЭДС, возникновение которой описывается данным механизмом, называется объёмной ЭДС.
  2. Различная зависимость от температуры контактной разности потенциалов
  3. Контактная разность потенциалов вызвана отличием энергий Ферми у контактирующих различных проводников. При создании контакта уровни Ферми становятся одинаковыми, и возникает контактная разность потенциалов, равная

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

, где F — энергия Ферми, e — заряд электрона.

На контакте тем самым существует электрическое поле, локализованное в тонком приконтактном слое. Если составить замкнутую цепь из двух металлов, то U возникает на обоих контактах.

Электрическое поле будет направлено одинаковым образом в обоих контактах — от большего F к меньшему.

Это значит, что если совершить обход по замкнутому контуру, то в одном контакте обход будет происходить по полю, а в другом — против поля. Циркуляция вектора Е тем самым будет равна нулю.

Если температура одного из контактов изменится на dT, то, поскольку энергия Ферми зависит от температуры, U также изменится. Но если изменилась внутренняя контактная разность потенциалов, то изменилось электрическое поле в одном из контактов, и поэтому циркуляция вектора Е будет отлична от нуля, то есть появляется ЭДС в замкнутой цепи.

  • Данная ЭДС называется контактная ЭДС.
  • Если оба контакта термоэлемента находятся при одной и той же температуре, то и контактная, и объёмная термоэдс исчезают.
  • Фононное увличение

Если в твёрдом теле существует градиент температуры, то число фононов, движущихся от горячего конца к холодному, будет больше, чем в обратном направлении.

В результате столкновений с электронами фононы могут увлекать за собой последние и на холодном конце образца будет накапливаться отрицательный заряд (на горячем — положительный) до тех пор, пока возникшая разность потенциалов не уравновесит эффект увлечения.

Читайте также:  Субъекты гражданско-процессуального права - справочник студента

Эта разность потенциалов и представляет собой 3-ю составляющую термоэдс, которая при низких температурах может быть в десятки и сотни раз больше рассмотренных выше. В магнетиках наблюдается дополнительная составляющая термоэдс, обусловленная эффектом увлечения электронов магнонами.

Применяется для создания термодатчиков (например в компьютерах). Такие датчики миниатюрны и очень точны.

Термоэлектрический эффект Пельтье

При пропускании электрического тока через место спайки двух проводников (полупроводников) возникает так называемый термоэлектрический эффект Пельтье. Он сопровождается либо поглощением, либо выделением тепла.

Формула:

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

отражает взаимосвязь выделяемого тепла на спае с величиной термо-ЭДС проводников (p2, p1), окружающей температурой (T, в Кельвинах) и проходящим током (I). Если разница (p2 − p1) положительна и направление тока через спай 1 положительно, то на первом спае будет происходить выделение тепла.

А в месте второго спая, соответственно, поглощение. Но эта формула не учитывает, что максимальный перепад температур в месте спайки ограничен.

Вследствие эффекта Джоуля (рассеивания тепла в проводниках, пропорционального удельному сопротивлению ρ1, ρ2), а также ненулевой теплопроводности материалов (k1, k2) получаем верхний предел разности температур:

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Причем величину Z = (p2 − p1)2 / (k1 + k2)(ρ1 + ρ2) называют добротностью системы. То есть для достижения наибольшей разницы температур необходимо подобрать такие материалы, которые образуют систему с максимальной добротностью.

Если термопара используется для охлаждения, то для эффективной работы необходимо обеспечить беспрепятственное рассеивание тепловой мощности на 1 спае.

Интересно отметить, что если охлаждающая способность одного модуля термопары недостаточна, то возможно каскадное соединение нескольких модулей.

Термопара

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации.

Международный стандарт на термопары МЭК 60584 (п.2.2) дает следующее определение термопары: Термопара — пара проводников из различных материалов, соединенных на одном конце и формирующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

Для измерения разности температур зон, ни в одной из которых не находится вторичный преобразователь (измеритель термо-ЭДС), удобно использовать дифференциальную термопару: две одинаковых термопары, соединенных навстречу друг другу

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Каждая из них измеряет перепад температур между своим рабочим спаем и условным спаем, образованным концами термопар, подключёнными к клеммам вторичного преобразователя, но вторичный преобразователь измеряет разность их сигналов, таким образом, две термопары вместе измеряют перепад температур между своими рабочими спаями.

Способы подключения

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термоэдс, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.

Для дистанционного подключения термопар используются удлинительные или компенсационные провода. Удлинительные провода изготавливаются из того же материала, что и термоэлектроды, но могут иметь другой диаметр.

Компенсационные провода используются в основном с термопарами из благородных металлов и имеют состав, отличный от состава термоэлектродов.

Требования к проводам для подключения термопар установлены в стандарте МЭК 60584-3.

  1. Следующие основные рекомендации позволяют повысить точность измерительной системы, включающей термопарный датчик:
  2. — Миниатюрную термопару из очень тонкой проволоки следует подключать только с использованием удлинительных проводов большего диаметра;
  3. — Не допускать по возможности механических натяжений и вибраций термопарной проволоки;
  4. — При использовании длинных удлинительных проводов, во избежании наводок, следует соединить экран провода с экраном вольтметра и тщательно перекручивать провода;
  5. — По возможности избегать резких температурных градиентов по длине термопары;
  6. — Материал защитного чехла не должен загрязнять электроды термопары во всем рабочем диапазоне температур и должен обеспечить надежную защиту термопарной проволоки при работе во вредных условиях;
  7. — Использовать удлинительные провода в их рабочем диапазоне и при минимальных градиентах температур;
  8. — Для дополнительного контроля и диагностики измерений температуры применяют специальные термопары с четырьмя термоэлектродами, которые позволяют проводить дополнительные измерения сопротивления цепи для контроля целостности и надежности термопар.
  9. Применение термопар

Для измерения температуры различных типов объектов и сред, а также в автоматизированных системах управления и контроля. Термопары из вольфрам-рениевого сплава являются самыми высокотемпературными контактными датчиками температуры. Такие термопары незаменимы в металлургии для контроля температуры расплавленных металлов.

  • Преимущества термопар
  • Высокая точность измерения значений температуры (вплоть до ±0,01 °С)
  • Большой температурный диапазон измерения: от −200 °C до 1800—2500 °C
  • Простота
  • Дешевизна
  • Надежность
  • Недостатки
  • Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.

На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового сенсора и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.

Эффект Пельтье (в момент снятия показаний, необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный)

зависимость ТЭДС от температуры существенно не линейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.

  1. возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
  2. на большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.
  3. Типы термопар
  4. платинородий-платиновые — ТПП13 — Тип R
  5. платинородий-платиновые — ТПП10 — Тип S
  6. платинородий-платинородиевые — ТПР — Тип B
  7. железо-константановые (железо-медьникелевые) ТЖК — Тип J
  8. медь-константановые (медь-медьникелевые) ТМКн — Тип Т
  9. нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые) ТНН — Тип N.
  10. хромель-алюмелевые — ТХА — Тип K
  11. хромель-константановые ТХКн — Тип E
  12. хромель-копелевые — ТХК — Тип L
  13. медь-копелевые — ТМК — Тип М
  14. сильх-силиновые — ТСС — Тип I
  15. вольфрам и рений — вольфрамрениевые — ТВР — Тип А-1, А-2, А-3
  16. Сравнение термопар

Таблица ниже описывает свойства нескольких различных типов термопары. В пределах колонок точности, T представляет температуру горячего спая, в градусах Цельсия. Например, термопара с точностью В±0.0025Г—T имела бы точность В±2.5 В°C в 1000 В°C.

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=44022

Контактная разность потенциалов

В 1797г. Вольт установил, что если привести в электрический контакт металлы в следующей последовательности: Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, то каждый предыдущий металл приобретёт более высокий потенциал, чем последующий.

Контактная разность потенциалов Δφ между двумя металлами — порядка несколько микровольт. Если привести в контакт несколько из этих проводников последовательно, то на возникшую разность потенциалов промежуточные проводники не влияют.

Поэтому в замкнутой цепи, состоящей из различных материалов, суммарная разность потенциалов равна нулю.

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

  • Ток в кольце равен нулю, если температура Т постоянна по всему кольцу.

  • Термоэлектрический ток
  • Если взять два металла 1 и 2 и привести их в контакт, а концы нагреть так, что Т1 не равна Т2 , то возникает ток, называемый термоэлектрическим током:

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента Феноменологически возникновение тока в этой электрической цепи можно описать наличием эквивалентной ЭДС, которая называется термо-ЭДС. Для металлов термо-ЭДС описывается уравнением: ε=α(Т1-Т2), где α – коэффициент термо-ЭДС. У металлов α порядка несколько (мкВ)/0С. У полупроводников α порядка 1000 и более (мкВ)/0С.

Для пар металлов (Cu, Bi), (Ag, Cu), (Au, Cu), (Pt, Fe) α»const в широком диапазоне температур. В случае пар других металлов α зависит от разности Т1 и Т2 и даже может менять знак.

В полупроводниках α сильно зависит от Т (т.е. термоэффект большой и нелинейный). Большое значение α для полупроводников связано с сильной зависимостью проводимости полупроводников от температуры.

У полупроводников смешанного типа термотоки, образованные диффузией электронов и дырок, могут компенсировать друг друга. В свинце (Pb) имеет место полная компенсация термотоков, поэтому при измерении коэффициента α у металлов, как правило, их принято выражать относительно свинца. Также приводят значения коэффициента α по отношению к платине и меди.

Таблица значений коэффициентов термо-ЭДС для некоторых металлов и сплавов по отношению к свинцу

№ п/п материал α, мкВ/С0 № п/п материал α, мкВ/С0
Константан -38.0 Свинец
Копель -38.0 Серебро 2.7
Никель -20.8 Медь 2.8
Нихром -18.0 Золото 2.9
Алюмель -17.3 Вольфрам 3.6
Платина -4.3 Железо 15.0
Ртуть -4.4 Хромель 24.0
Алюминий -0.4 Сурьма 43.0
Олово -0.2

Коэффициент α материалов чувствителен к ничтожному количеству примесей, термической и холодной обработке. По этой причине α может возникать в цепи, состоящей даже из одного и того же материала, например при наличии неоднородности температуры или механического натяжении различных частей проволоки, и значения приводимых коэффициентов α в различных источниках могут отличаться до 10%.

Явление контактной разности потенциалов и зависимость ее от температуры используют для измерения температуры с помощью термопар.

Широко используют термопару ТХК, включающую спай двух проволочных проводников, один, изготовленный из сплава, который называется “хромель” (Ni – 89%, Cr – 9,8%, Fe – 1%, Mn – 0,2%) и второй, изготовленный из сплава “копель” (Сu – 56%, Ni – 44%).

В этой паре хромель имеет положительный потенциал, копель – отрицательный. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары »49 мВ. Она используется в диапазоне температур 220-870 К.

Также широко используют термопару ТХА, состоящую из двух проволочных проводников хромель – алюмель. Алюмель – сплав, содержащий Ni – 94%, Al – 2%, Mn – 2,5%, Si – 1% и примеси – 0,5%. В этой паре алюмель имеет отрицательный потенциал. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары »41 мВ. Она используется в диапазоне температур 220-1270 К.

В научных лабораториях используют также термопару ТМК, включающую пару проводников медь – константан. Константан содержит Cu – 60% и Ni – 40% и по своему составу близок к составу копели. Максимальная термоЭ.Д.С. у этой термопары » 21 мВ. Эта пара используется в диапазоне температур 10-670 К.

Константан известен тем, что он обладает высоким значением удельного сопротивления и рекордно малым температурным коэффициентом сопротивления (at порядка 1×10-5 oC-1, причем, в зависимости от образца, at может меняться от плюс 1×10-5 oC-1 до минус 4×10-5 oC-1). У меди at »4 10-3 oC-1, и он всегда больше нуля.

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Cu — CuO : Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента ; (при скручивании проводников, часть окиси меди CuO снимается и разность потенциалов уменьшается).

Контактные явления, контактная разность потенциалов - Справочник студента

Контактная разность потенциалов создает дополнительную аддитивную погрешность при измерениях электрических величин, т.к. она является источником неконтролируемых ЭДС.

  1. Выводы.Для уменьшения влияния контактной разности потенциалов и термотока следует:
  2. — изготавливать проводники из одинаковых материалов;
  3. — использовать комбинацию проводников с малой контактной разностью потенциалов;
  4. — устранять большие градиенты температуры;
  5. — устранять механические напряжения в проводниках.



Источник: https://infopedia.su/10×7741.html

ПОИСК

    Контактные потенциалы. На границе раздела фаз двух различных металлов всегда возникает контактная разность потенциалов. Один металл приобретает положительный потенциал, а другой — отрицательный. Это явление [c.323]

    Контактные потенциалы.

Свободные электроны металла могут выходить за границы ионной решетки вследствие этого на поверхности металла возникает положительный (по отношению к потенциалу вакуума)-потенциал. Величина этого потенциала зависит от природы металлов. Это обусловливает частично скачок потенциала на границе соприкосновения двух металлов.

Скачок потенциала при соприкосновении двух металлов возникает за счет перехода свободных электронов из одного металла в другой.

Так как энергетические, уровни электронов в металлах не одинаковы, то из того металла, где этот уровень выше, будет переходить в другой металл, где этот уровень ниже, большее количество электронов, чем в обратном направлении за то же самое время.

Направленный процесс перехода прекратится, когда энергетические уровни электронов в обоих металлах сравняются. При этом металл, из которого преимущественно уходили электроны, зарядится положительно, а другой — отрицательно. Контактные потенциалы, как правило, малы, и при измерении э.д. с. гальванических элементов их можно не учитывать. [c.287]

    Разность внешних потенциалов измерить можно, а поверхностный потенциал измерить нельзя, так как каждое измерительное устройство обладает собственным поверхностным потенциалом. Разность двух поверхностных потенциалов при контакте различных фаз называют контактным потенциалом. Этот потенциал неизмерим по той же причине, что и отдельный поверхностный потенциал. Поэтому определить абсолютное значение внутреннего потенциала невозможно. Соответственно, неопределим скачок внутреннего потенциала между металлом и раствором, в который погружен металл, т. е, абсолютный потенциал электрода. [c.133]

    Так как разность электродных потенциалов включает контактную разность потенциалов, то в подобных случа.ях при записи цепи можно для упрощения записи не указывать поверхности раздела, отвечающей контактному потенциалу, подразумевая ее. [c.430]

    Все фазы, составляющие элемент, записываются подряд в одну строку и отмечаются все имеющиеся поверхности раздела между ними. Чтобы правильно отразить наличие контактной разности потенциалов, принято при записи на обоих концах цепи указывать одинаковые металлы.

Як, Я , Яд, Я+ — разности потенциалов, отвечающие имеющимся поверхностям раздела. Здесь.

Я — контактная разность потенциалов, называемая в теории гальванических элементов большей частью просто контактным потенциалом Яд — небольшая разность потенциалов, устанавливающаяся на поверхности соприкосновения двух растворов, различающихся по виду растворенного электролита или по концентрации, и называемая диффузионной разностью потенциалов или просто диффузионным потенциалом. Разности потенциалов между электродом и раствором Я и Я+ мы будем называть разностями потенциалов, отвечающими этим электродам (не смешивать с электродными потенциалами, рассматриваемыми в 175). [c.420]

    РОЛЬ КОНТАКТНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ И ДВОЙНЫХ ИОННЫХ СЛОЕВ В ОБРАЗОВАНИИ Э Д. С. ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ [c.58]

    Третий путь нахождения термодинамических параметров химических реакций основан на измерении э. д. с. гальванических элементов. При исключении влияния контактных потенциалов э. д. с. цепи ( ) однозначно связана с АС° реакции соотношением  [c.32]

    При сравнении различных поверхностей, на которых проводились измерения теплот адсорбции и контактных потенциалов, можно прийти к выводу, что ни одна из них, по-видимому, не является идеальной для этих целей. [c.141]

    Экспериментальные определения показали приблизительное соответствие между рядом величин разностей контактных потенциалов и рядом напряжений. Это привело к заключению, что [c.190]

    Для решения проблемы Вольта, т. е. вопроса о соотношении между контактными потенциалами и э. д. с. гальванических элементов, акад. А. Н. Фрумкин поставил задачу выяснения роли двойных слоев в создании э. д. с.

Очевидно, что если выбрать такие концентрации электролитов, при которых не будет перехода ионов металла в раствор или в обратном направлении, то э. д. с. должна быть близка к контактной разности потенциалов.

Такая концентрация электролита, при которой на электроде отсутствует заряд, обусловленный переходом ионов, носит название нулевой концентрации. Потенциал электрода, находящегося в растворе такой концентрации, называется нулевой точкой данного металла или потенциалом нулевого заряда.

Существование контактной разности потенциалов вовсе не означает неправильность уравнения (IX.8), полученного из представлений, развивавшихся Нернстом. [c.191]

    Измерение э. д. с. этой же пары металлов в обычной цепи осложняется тем, что величина электродвижущей силы будет зависеть также и от концентрации ионов металла в растворе. Электродвижущая сила будет обусловлена, кроме контактных потенциалов, переходом ионов из металла в раствор или обратно, т. е. теми явлениями, которые рассматривает теория Нернста. Это вызывает дополнительные скачки потенциалов. [c.384]

    Контактные потенциалы. На границе раздела двух различных металлов возникает контактная разность потенциалов, что обусловлено различной концентрацией электронов проводимости и различной работой выхода электрона у соприкасающихся металлов.

Некоторые пары металлов обладают значительной контактной разностью потенциалов. Величина контактной разности потенциалов зависит от температуры, что используется для измерения температур (принцип термопар, широко применяемых в технике). [c.

239]

    Иная картина наблюдается, если будут взяты нулевые растворы, в которых отсутствуют эти переходы. Разность потенциалов между металлами, опущенными в нулевые растворы, равна контактному потенциалу металлов. [c.384]

    Таким образом, разность потенциалов в водных растворах в отсутствие двойных ионных слоев отвечает контактному потенциалу, который имел бы место при погружении металлов в воду, если бы вода была изолятором. При других концентрациях, не отвечающих нулевым растворам, э. д. с. будет отличаться от только что рассмотренной на величину скачков потенциала в ионных двойных слоях.

При этом ионные двойные слои образуются всегда так, что обусловленная ими э. д. с. удовлетворяет требованиям термодинамики. Из этого следует, что адсорбция каких-либо молекул на электродах, приводящая к изменению контактного потенциала — к изменению ионных двойных слоев, происходит всегда так, что электродвижущая сила остается прежней.

Влияние адсорбции на потенциал двух металлов, погру- [c.384]

    Следовательно, э. д. с. цепи определяется контактным потенциалом между металлами в данном растворителе как в изоляторе (в нулевых растворах) и разностью потенциалов в ионных двойных слоях. [c.385]

    Скачки потенциалов, из которых складывается э.д. с.

гальванической цепи, можно разделить на три типа 1) скачки потенциалов, возникающие на границе соприкосновения двух металлов (скачки контактных потенциалов) 2) скачки потенциалов, возникающие на границе соприкосновения металла с электролитом (скачки электродных потенциалов) 3) скачки потенциалов, возникающие на границе соприкосновения двух электролитов (скачки диффузионных потенциалов). Механизм возникновения скачков потенциалов различен. [c.287]

    Когда контактные потенциалы очень малы, а диффузионные потенциалы уменьшены почти до нуля с помощью солевого мостика, 3. д. с. гальванического элемента определяется разностью электрод- [c.289]

    Контактные потенциалы. На границе раздела двух различных [c.265]

    В металле, у его поверхности, всегда имеется двойной слой из положительных ионов решетки металла и электронов, выступающих за эту решетку. Такой потенциал, полностью сосредоточенный в металле, называется контактным потенциалом. [c.16]

    В случае металла в вакууме эти разности потенциалов соответствовали бы контактным потенциалам Вольта. [c.211]

    РОЛЬ КОНТАКТНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ И двойных ИОННЫХ СЛОЕВ в ОБРАЗОВАНИИ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ [c.26]

    Когда имеют дело с пленками нерастворимых веществ, обычно концентрацию вещества в растворе экспериментально измерить не удается, зато Г в данном случае — просто количество материала, нанесенного на единицу поверхности.

Кроме того, вместо поверхностного натяжения часто с помощью пленочных весов измеряют непосредственно поверхностное давление п. Могут определяться и другие ве.дичины контактные потенциалы, поверхностные вязкости и т. д.

Ниже описаны способы определения ряда этих величин. [c.95]

    При этом разность вольта-потенциала АУ, называемая в этой книге поверхностным или контактным потенциалом, определяется как [c.192]

    Вольта-потенциалом (или контактным потенциалом) называется разность потенциалов между двумя тбчкам г-Е ват ууме (или в диэлектрике), тгаходяп1иш1гагнблизтгтш5в рхн05т й двух мегаллов (на расстоянии порядка Ю- ч-Ю» см от поверхности каж Дого металла). Поскольку обе точки находятся в одной фазе, вольта-потенциал может быть измерен (см. ниже). [c.533]

    Кроме того, на поверхности каждого металла существует еще один скачок потенциала, так как электронный газ в металле выходит за границы кристсллической решетки и на поверхности металла снаружи появляется избыточный отрицательный заряд, а изнутри — избыточный поло> птельный заряд. Это приводит к образованию двойного электрического слоя и соответствующего скачка потенциала. Разность этих скачков потенциала между двумя металлами называется контактным потенциалом. [c.300]

    Несколько лет назад Миньоле [38] установил, что металл также вызывает поляризацию молекул, адсорбированных на его поверхности.

При измерениях контактных потенциалов им было обнаружено, что даже неполярные молекулы, адсорбированные на nOiBepxHO TH металлов чисто физическими силами адсорбции, обнаруживают довольно заметные дипольные моменты.

Так, например, он нашел, что при адсорбции ксенона на поверхности никеля происходит изменение потенциала на 0,85 в.

Предполагая, что в этом случае образуется сплошной адсорбционный слой ксенона, Миньоле сделал вывод, что каждый атом ксенона приобретает индуцированный дипольный момент ц, равный 0,42-Ю ЭЛ. ст. ед. (0,42 ед. Дебая). Эти диполи ориентируются таким образом, что их положительные концы направлены в противоположную сторону от адсорбирующей поверхности. [c.40]

    Значительная часть фотоэлектрических измерений, проведенных при более высоких температурах, указывает на то, что хсмосорбированный водород образует диполи с положительными конца1Ии, направленными от поверхности однако некоторые более поздние измерения контактных потенциалов, выполненные при низких температурах (при температуре жидкого воздуха), указывают на наличие противоположно направленных диполей. Поэтому нельзя исключить возможность того, что на одних и тех же поверхностях металлов могут протекать оба типа хемосорбционных процессов. При этом можно предположить, что хемосорбция последнего типа, которая в случае железного адсорбента была названа хемосорбцией Л-типа и может быть изображена схемой [c.76]

    К сожалению, сопоставление экспериментальных данных по уменьшению теплот адсорбции с наблюдаемыми изменениями величин ефо представляет большие трудности.

Его можно провести только для адсорбции щелочных металлов на нитях вольфрама, относительно которых имеется достаточное количество надежных данных. Величины контактных потенциалов, измеренные в процессе адсорбции газов на нитях, относятся к числу менее надежных данных.

В большинстве исследований, в которых проводилось измерение контактных потенциалов иа пленках, значения потенциалов опреаелялись только для пленок, покрывающих поверхность почти сплошным слоем, в то время как для адсорбционных слоев с низкими значениями О такие измерения почти не проводились. Кроме того, между данными, опубликованными различными авторами, имеются довольно сильные расхождения [259]. [c.141]

    Величина ф° равна разности потенциалов, отвечающих исследуемому электроду и стандартному водородному электроду и соответствующих контактным потенциалам. Знак стандартного потенциала совпадает со знаком его заряда по отношению к стандартному водородному электроду.

Если исследуемый электрод по отношению к стандартному водородному электроду отрицателен, то идет окислительный электродный процесс и ф водородного электрода восстановительный.

Если электрод 110 отношению к стандартному водородному электроду по-ложи гелен, то идет восстанонительный электродный процесс и ф°>0, а электродный процесс отрицательного водородного электрода окислительный. [c.128]

    Эффект ДХоннана можно обнаружить, если заменить полупроницаемую мембрану солевым мостиком и поместить в обе ячейки электроды, чувствительные к одному из присутствующих в системе ионов. Возникает ЭДС концентрированного элемента (контактными потенциалами по обе стороны мембраны пренебрегаем) [c.217]

    Однако дальнейшие экспериментальные исследования установили недостаточность теории Нернста. Исследования Фрумкина показали, что э. д. с. элементов не равны нулю и в тех случаях, когда электроды находятся в нулевых растворах, т. е. не несут на себе заряда.

Таким образом, согласно Фрумкину, отсутствие двойного электрического слоя на поверхности раздела металл — раствор не означает отсутствия скачка потенциала. Потенциал может возникать за счет адсорбции растворенных молекул или ориентации молекул растворителя.

Потенциалы максимума электрокапиллярных кривых различных металлов не совпадают между собой. Между двумя металлами, находящимися при потенциалах максимумов электрокапилляр-ных кривых, возникает э. д. с. Потенциалы нулевого заряда металлов располагаются в ряд, близкий к ряду контактных потенциалов этих металлов в вакууме.

Полного совпадения при этом, как и следует ожидать, не получается в связи с тем, что ориентация молекул растворителя, обладающих [c.381]

    Потери на сопротивление в электролите могут быть в ряде случаев полезны. Например, при электролизе расплавленных солей поддержание нужной температуры осуществляется джоулевым теплом (Q = / / 0 При больших силах тока существенную роль чграют контактные сопротивления, вызываемые разностью контактных потенциалов, а также процессы поляризации. [c.246]

    Контактным потенциалом называется разность потенциалов между двумя точками в вакууме (или в диэлектрике), находя-шимися вблизи поверхностей двух металлов (на расстоянии 10 ..

10 м от поверхности каждого металла). А. Н. Фрумки-ным было установлено и экспериментально проверено, что измеряемая разность потенциалов между двумя различными металлами, помещенными в свои нулевые растворы, т. е.

разность [c.247]

    Экспериментальные определения показали приблизительное соответствие между рядом величин разностей контактных потенциалов и рядом напряжений. Это привело к заключению о том, что э. д. с. гальванических элементов по своей величине и природе близки к контактным потенциалам.

С этой точки зрония гальванический элемент подобен описанному выше элементу, используемому в ионизационном методе определения контактной разности потенциалов. Однако такое утверждение противоречит опытным фактам, показывающим, что э. д. с.

элементов зависит от концентрации ионов в растворе, от степени окисления ионов и, наконец, от природы растворителя, в то время как контактная разность потенциалов зависит лишь от природы металлов. [c.249]

    Недавно, измеряя контактные потенциалы, Миньоле [28], показал, что в неполярных молекулах и даже в атомах инертных газов при адсорбции на металлах и угле наводятся удивительно большие дипольные моменты.

Вероятно, адсорбируемые молекулы поляризуются электрическим полем двойного слоя, образованного свободными электронами поверхности металла и соответствующим внутренним положительным зарядом.

Соответствующий вклад в потенциальную энергию может быть записан как [c.28]

    Поверхностный потенциал, определяющийся разностью контактных потенциалов на границах раздела с пленкой и без нее, и изменение вязкости поверхностного слоя, вызываемое появлением на нем нерастворимой пленки, влияют на фазовые превращения в моносдоях. Поэтому изучение зависимости поверхностного потенциала и поверхностной вязкости от молекулярной площади также очень важно для выяснения природы монослоев. [c.278]

Источник: https://www.chem21.info/info/4781/

Контактная разность потенциалов

При контакте двух разнородных металлов возникает контактная разность потенциалов, которая может достигать нескольких вольт. Обнаружил это явление А. Вольта в 1797 г.

Он установил экспериментально, что контактная разность потенциалов, во-первых, зависит от химического состава и температуры, одинаковой для контактирующих металлов (первый закон Вольты), и, во-вторых, контактная разность потенциалов последовательно соединенных разнородных проводников с одинаковой температурой не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном контакте крайних проводников, — второй закон Вольты. Справедливость первого и второго законов подтверждена опытом.

Зависимость контактной разности потенциалов двух металлов от их химического состава обусловлена различием работы выхода электрона из этих металлов и концентрацией п электронного газа. Рассмотрим соединение металлов 1 и 2, имеющих работу выхода

Рис. 19.6

соответственно и А2, при А2 > А{ и одинаковой концентрации электронного газа п{ = п2 (рис. 19.6). Свободные электроны металла 1, оказавшиеся в процессе теплового движения у поверхности контакта, легко переходят в металл 2, так как работа выхода у него больше.

В результате такого перехода свободных электронов металл 1 заряжается положительно, а металл 2 — отрицательно.

Этот процесс происходит до тех пор, пока работа по перемещению электронного газа за счет контактной разности потенциалов не станет равной разности работ выхода электронов: е(ф, — ф2) = А2Ах Дж, или 2 = — (А{А2) / е, В.

Интенсивность теплового движения свободных электронов определяется температурой металлов 1 и 2. Однако разность работы выхода не единственная причина возникновения контактной разности потенциалов. Ее появление может быть обусловлено различием концентрации электронного газа в металлах 1 и 2.

Предположим, что пх > п2 при А1 = А2. Неравенство концентраций приведет к преимущественному переносу свободных электронов из металла 1 в металл 2. В результате металл 1 зарядится положительно, а металл 2 — отрицательно. Возникающая контактная разность потенциалов равна

Контактная разность потенциалов, обусловленная одновременным действием разностей (А] — А2) и (пх — п2), равна

Обе причины возникновения контактной разности потенциалов приводят к появлению электрических полей, которые могут действовать как в одном и том же, так и в противоположных направлениях. Контактное электрическое поле препятствует переходу электронного газа из одного металла в другой.

Изученное ранее в п. 9.1 явление электризации трением также обусловлено контактной разностью потенциалов. Через контактную поверхность двух диэлектриков внешние электроны атомов «худшего» диэлектрика переходят к «лучшему».

У последнего диэлектрическая проницаемость меньше, чем у первого, и следовательно, внешние электроны его прочнее связаны с атомами.

В результате диэлектрик с меньшей диэлектрической проницаемостью заряжается при трении отрицательно, а тело с большей диэлектрической проницаемостью — положительно.

Для аналитического обоснования второго закона Вольты рассмотрим цепь, состоящую из четырех последовательно соединенных металлических проводников с одинаковой температурой (рис. 19.7).

Разность потенциалов на концах этой цепи cpt — Ф4 = (cpL — ср2) + + (ф2 — ф3) + (ф3 — ф4). Учитывая формулу (19.5), преобразуем предыдущее равенство к виду ф1 — ф4 = —(Л, — А4) / е + (кТ/ ё)п(пх / п4).

Это и есть математическое выражение второго закона Вольты.

Рис. 19.7

И последний вывод из рассмотрения данного явления: контактная разность потенциалов не создает электрического тока в замкнутой цепи металлических проводников с одинаковой температурой.

Источник: https://studref.com/596892/tehnika/kontaktnaya_raznost_potentsialov

1.Понятие контактной разности потенциалов. 2.Как образуется контактная разность потенциалов. 3.Применение контактной разности потенциалов. — презентация

1

2 1. Понятие контактной разности потенциалов. 2. Как образуется контактная разность потенциалов. 3. Применение контактной разности потенциалов.

3 КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ – разность электрических потенциалов, возникающая между двумя контактирующими проводниками в условиях термодинамического равновесия. Контактная разность потенциалов достигает величины в несколько Вольт. Она зависит от: 1. Свойств проводника 2. Состояния поверхности проводника

4 Если два твёрдых проводника привести в соприкосновение, то между ними происходит обмен электронами, причём вначале преимущественно электроны переходят из проводника с меньшей работой выхода в проводник с большей работой выхода.

В результате этого процесса проводники приобретают электрические заряды противоположных знаков, что приводит к появлению электрического поля, препятствующего дальнейшему перетеканию электронов.

В конечном счёте достигается равновесие, при котором потоки электронов в обоих направлениях становятся одинаковыми, и между проводниками устанавливается контактная разность потенциалов. е

5 контактная разность потенциалов играет важную роль в физике твёрдого тела и её приложениях. Она оказывает заметное влияние на работу электровакуумных приборов, в электронных лампах, диодах контактная разность потенциалов между электродами складывается с приложенными внешними напряжениями.

6 В термоэлектронном преобразователе энергии контактная разность потенциалов используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Электроны «испаряются» из горячего катода с большой работой выхода и «конденсируются» на аноде с малой работой выхода. Разность в потенциальной энергии электронов превращается в работу, производимую во внешней электрической цепи.

7

8 Контактная сварка — осуществляется нагревом или расплавлением металлов при прохождении электрического тока в месте контакта сдавливаемых изделий. Выполняется сжатием листовых заготовок между стержневыми электродами(точечная контактная сварка) или вращающимися роликами (шовная контактная сварка) либо прижатием торцов изделий (стыковая контактная сварка).

9 Сварочные аппараты, работающие на принципе возникновения контактной разности потенциалов

Источник: http://www.myshared.ru/slide/1121583/

Ссылка на основную публикацию