Контактная разность потенциалов.Холодная эмиссия электронов из металлов, альфа распад. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Контактная разность потенциалов.Холодная эмиссия электронов из металлов, альфа распад.



Обратимся теперь к объяснению контактной разности по­тенциалов. Рассмотрим два разных металла I и || (рис. 55,а). Дно обеих потенциаль­ных ям и все уровни энергии условимся отсчитывать от одного и того же общего уровня. Дно потенциальной ямы 1го ме­талла не будет совпадать с дном потенциальной ямы 2го металла. То же самое относится к соответствующим уровням Ферми. Уровень Ферми первого ме­талла расположен выше, чем у второго металла. Сблизим оба металла друг с другом, чтобы зазор между ними стал порядка атомных расстояний, т. е. 10~8 см (рис. 55,6). Тогда в зазоре между металлами образуется узкий потенциальный барьер, че­рез который электроны с заметной вероятностью могут перехо­дить из одного металла в другой. Переход электронов изметалла 1 в металл II действительно будет осуществляться, из металла II в металл 1 невозможен, так как все уровни энергии в металле I уже заполнены. Ме­талл 1 будет терять электроны и заряжаться положительно, его потенциал начнет повышаться, а уровень Ферми понижаться. На­оборот, металл II, приобретая электроны, начнет заряжаться отрицательно, его потенциал будет уменьшаться, а уровень Ферми подниматься. Статистическое равновесие установится, когда уровни Ферми обоих металлов сравняются. Здесь же важно было подчеркнуть только то, что процесс установления равновесного состояния осуществляется путем туннельных пе­реходов электронов через потенциальный барьер.

3. Перейдем теперь к рассмотрению эмиссии электронов из металлов. Когда температура металла делается достаточно вы­сокой (выше ~ 1000°С), появляются быстрые электроны, спо­собные преодолевать задерживающий потенциал и выходить из металла. Это — термоэлектронная эмиссия Однако эмиссия электронов может происходить и из холодного металла. Для этого нормально к поверхности металла надо при­ложить сильное электрическое поле (порядка 106 В/см), на­правленное к металлу. Такая эмиссия называется холодной. Объяснение этого явления, в общих чертах согласующееся с опытом, основано на теории прохождения электронов через по­тенциальный барьер.

В отсутствие внешнего электрического поля потенциальная энергия электрона представляется на рис. 56 ступенчатой ли­нией АОВС, причем начало координат О помещено на стенке металла. Внутри металла потенциальная энергия принята рав­ной нулю, вне металла она постоянна и равна С. Если наложить внешнее электрическое поле Е, направленное к металлу, то в металл оно не проникнет, и потенциальная энергия электронав металле по-прежнему будет равна нулю. Снаружи же металла к потенциальной энергии С добавится потенциальная энергия электрона во внешнем электрическом поле, равная — еЕх (за­ряд электрона обозначен через —е). Она изображена наклон­ной прямой ВМ. В результате полная потенциальная функция электрона во внешнем поле представ­ляется выражениями

U(x)=

Между металлом и вакуумом возникает потенциальный барьер ОВМ. Вы­делим в металле группу электронов с энергией, близкой к εх.

Х1 = 0. Здесь х2 найдется из уравнения С — еЁх2 = εх, которое дает х2= (С — εx)/еЕ. Задача сводится к вычислению интеграла

S= =2/3*

Таким образом, коэффициент прозрачности барьера для элек­тронов с энергией εх выражается формулой

D() =D0 exp (29.2)

Коэффициент этот имеет несколько разные значения для раз­личных . В результате для усредненного коэффициента прозрачности барьера получаем

= 0e-Eo/ Е (29.3) где D0 и Ео—постоянные, зависящие от рода металла. Ток хо­лодной эмиссии выражается формулой

I(E) =I0 = Ае°. (29.4)

Ещё одно явление, механизм которого стал понятен благодаря туннельному эффекту – это α – распад. Так называется самопроизвольное (с точки зрения наблюдателя) вырывание α – частиц из ядра. Существует уравнение α – распада: dN=-λNdt, где λ – некоторый коэффициент, а N – полное число частиц. Коэффициент λ принимает для различных веществ довольно широкий круг значений. Рассмотрим расстановку сил внутри атома. Известно из опыта, что при α – распаде энергия вылетевших α – частиц довольно мала. В то же время, внутри атома между протонами должна действовать колоссальная сила Кулона, которая стремится разорвать атом. Тем не менее, атом сохраняет свою целостность благодаря силам, которые получили название ядерных. Эти силы весьма короткодействующие, но на межнуклонном расстоянии их оказывается достаточно, чтобы «побороть» силы Кулона. Поэтому потенциальная энергия взаимодействия частиц в ядре будет отрицательной. В тоже время, при незначительном удалении от центра атома, в ход вступает сила Кулона. Её действие на таких расстояниях полностью нейтрализует действие ядерных сил. Поэтому потенциальная энергия взаимодействия α – частиц будет положительной. Таким образом, имеет место быть некоторая потенциальная яма (см. рис. 45). Здесь даны следующие приближения: стенки потенциальной ямы имеют строго вертикальный вид. На самом же деле края ямы несколько более пологи, но в нашем рассмотрении это не играет никакой роли. В классическом рассмотрении α – частица не может преодолеть потенциальный барьер, так как обладает небольшой энергией. Если же считать, сто основную роль в α – распаде играют силы Кулона, то энергия вылетевших α – частиц должна быть довольно высокой. На опыте же такой факт не имел места. Квантовая же механика определяет вероятность прохождения частицей потенциального барьера как не нулевую. То есть, частица преодолеет потенциальный барьер, даже обладая небольшой энергией. На опыте как раз и наблюдались α – частицы с небольшими энергиями.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-09-19; просмотров: 485; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 54.152.77.92 (0.031 с.)