接觸電勢簡介

原因介紹

由于兩塊金屬的費米能級不一樣高，由于費米能級代表著電子的化學勢，當兩塊金屬接觸可以交換電子時，就會發(fā)生從化學勢高到化學勢低的電子流動，從而產(chǎn)生接觸電勢。兩個導體依靠產(chǎn)生接觸電勢差補償原來它們之間費米能級的差別，從而使電子達到統(tǒng)計平衡。 2100433B

金屬接觸電勢差完全由兩金屬的脫出功決定, 不存在由脫出功以外的電子密度不同這一因素而造成的所謂內(nèi)接觸電勢差 。

由兩種不同金屬M1 和M2構(gòu)成的非閉合回路如下圖，在真空中靠近兩金屬表面處的點a和點b間存在著因兩金屬的脫出功不同而產(chǎn)生的外接觸電勢差U12，如公式一 。

其中e為電子電荷的絕對值, 分別為M1 和M2的脫出功, 此外, 在兩金屬相接觸處的點c和點d間, 存在著因兩金屬單位體積中的自由電子數(shù)不同而產(chǎn)生的另一種接觸電勢差一一內(nèi)接觸電勢差。

基于普遍的熱力學觀點，把相互接觸的金屬M1、M2看成是可以交換粒（電子）的兩個子系統(tǒng), 它們在一定的溫度和壓強的通常情況下相互接觸后，由于電子交換 。

若Ef1=Ef2，則d?=0相當于平衡態(tài)。Ef1≠Ef2，系統(tǒng)就不平衡；過渡到平衡態(tài)，意味著d?Ef2，條件d??<0要求dN10；即具有較高的費米能級的子系統(tǒng)M1的電子數(shù)將減少，具有較低費米能級的子系統(tǒng)M2的電子數(shù)將增加，即電子從M1流入M2直至由于電子轉(zhuǎn)移引起金屬M1、M2的電勢發(fā)生變化，使兩者的費米能級達到一致為止。因此兩種不同金屬M1、M2接觸后，M1帶正電、電勢升高，電子的勢能減??；M2帶負電、電勢降低，電子的勢能增大。也就是說, 由原來的兩金屬費米能級不同而引起的電子轉(zhuǎn)移,在M1、M2間形成了靜電場，使金屬M1的電勢高于金屬M2，其電勢差即通常所說的接觸電勢差。這時候金屬M1,中的電子附加上在正的靜電場中的能量（負值） , 同時金屬M2 中的電子附加上在負的靜電場中的能量（正值） , 恰好使兩金屬的費米能級相同, 達到平衡, 電子的凈轉(zhuǎn)移過程也就停止了 。

金屬接觸電勢差完全由兩金屬的脫出功決定, 不存在由脫出功以外的電子密度不同這一因素而造成的所謂內(nèi)接觸電勢差 。

接觸電勢差：兩種不同的金屬相互接觸時在它們之間產(chǎn)生的電勢差。 其數(shù)值決定于金屬的性質(zhì)和接觸面的溫度。因不同金屬的功函數(shù)(電子逸出金屬表面所需的功)不同而產(chǎn)生。

與功函數(shù)的關系：Va-Vb=1/e(Φb-Φa)

產(chǎn)生接觸電勢差的原因是：⑴兩種金屬電子的逸出功不同。⑵兩種金屬的電子濃度不同。若A、B兩種金屬的逸出功分別為Va和Vb，電子濃度分別為Na和Nb，則它們之間的接觸電勢差為

Vab=Va-Vb (kT/e)×ln(Na/Nb)

式中的k為玻爾茲曼（Boltzmann）常數(shù)，e是電子電量，T是金屬的絕對溫度。幾種金屬依次連接時，接觸電勢差只與兩端金屬的性質(zhì)有關，與中間金屬無關。

將兩塊不同的金屬（如銅和鐵）靠在一起時，由于兩金屬中自由電子濃度的不同，使得電子從一金屬向另一金屬擴散轉(zhuǎn)移，電子轉(zhuǎn)移量與金屬所處的溫度有關。如果將兩塊金屬處于同一溫度，那么電子轉(zhuǎn)移會達到一種平衡，這種平衡使得兩金屬的接觸界面上產(chǎn)生一個電勢差，稱為接觸電勢。溫度不同，接觸電勢也不同，根據(jù)接觸電勢的大小，可以測量觸點所處的溫度，這種裝置稱為熱電偶。如果將兩個類似于熱電偶的金屬接觸面置于不同的溫度下，并用導線將它們連接起來形成閉合回路，那么，在導線中將會產(chǎn)生不間斷的電流，這就是最簡單的溫差發(fā)電。