Контактная разность потенциалов.
Возникновение разности потенциалов при
контакте пар различных металлов, металлов и полупроводников, пар полупроводников.
Вообще то вряд ли можно найти в литературе
достойное объяснение этого эффекта.
Даже в сегодняшнем Интернете на месте этой
статьи как правило стоит прочерк.
Википедия.
Покритикуем
немного.
В принятой сегодня версии контактная
разность потенциалов обуславливается работой выхода электронов из проводника с
меньшим ее значением в проводник с большим ее значением.
И все.
У Эйнштейна немного по-другому все это
выглядит. Работа выхода в вакуум. Претензий к данной работе выхода и так масса.
Она подразумевает наличие электрического поля между электродами, которые
разделены вакуумным промежутком. И один
из электродов либо подогревается, либо облучается внешним излучением. Здесь же
получается, что и без электрического поля возможна эта работа выхода, причем из
одного металла в другой, например.
Да еще подогрев катода исключен и внешнее
излучение исключено, поскольку явно декларируется термодинамическое равновесие
в зоне контакта. Доказательства
существования подобной работы выхода, а точнее перехода электрона ни опытного,
ни теоретического не существует и посему
заявление является просто голословным.
Так же и к самому объяснению фотоэффекта от
Эйнштейна надо подходить как к явной
физмат фантазии см. ФОТОЭФФЕКТ
Приведенная формула для контактной разницы
потенциалов использует значение работы по перемещению электрического заряда из
электростатики, что является явно натянутым.
Посмотрим на определение и увидим:
КОНТАКТНАЯ разность ПОТЕНЦИАЛОВ - разность
электрических потенциалов U, возникающая между двумя контактирующими
проводниками в условиях термодинамического равновесия: U = (А1 – А2)/е, где А1
и А2 - работы выхода проводников, е - заряд электрона. В электрической цепи из
нескольких проводников разность потенциалов определяется концевыми проводниками
и не зависит от промежуточных. Контактная разность потенциалов достигает
величины в несколько В, она зависит от свойств проводника и состояния его
поверхности.
В общем,
имеем автоматический, явно необоснованный перенос явления фотоэффекта
(эмиссии) на явление контактной разницы потенциалов.
Причем способов «вышибания» электронов из
металла всего три. Первый – облучение светом, второй способ это нагреть
источник (катод до свечения). (термоэлектронная эмиссия). Третий способ это
приложить такую разность потенциалов при малом расстоянии, десятки киловольт,
что возникнет автоэмиссия.
На этом теория как-то и затыкается, не объяснив,
откуда эта работа из ничего возникает, то есть по сути дела квантовая теория
бессильна объяснить и возникновение данного эффекта, и например эффекта
появления разности потенциалов при трении различных тел. (трибоэлектричество).
Со случаем трибоэлектрического эффекта
установлены хоть какие-то закономерности и определены ряды.
«Вещества можно
расположить в трибоэлектрические ряды, в которых предыдущее тело электризуется
положительно, а последующее – отрицательно. См. ряд Фарадея: (+) мех, фланель,
слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк,
дерево, металлы, сера (-). Для диэлектриков, расположенных в
трибоэлектрический ряд, наблюдается убывание твердости (ряд Гезехуса: (+) алмаз
(твердость 10), топаз (8), горный хрусталь (7), гладкое стекло (5), слюда (3),
кальцит (3), сера (2), воск (1) (-)); для металлов характерно возрастание
твердости. У жидких диэлектриков положительный заряд приобретает вещество с
большей диэлектрической проницаемостью или большим поверхностным натяжением.
Электризация
трущихся тел тем больше, чем больше их поверхность. Пыль, скользящая по
поверхности тела, из которого она образовалась (мрамор, стекло, снежная пыль),
электризуется отрицательно.
При просеивании
порошков через сито они заряжаются.
Трибоэлектричество
у твердых тел объясняется переходом носителей заряда от одного тела к другому.
В металлах и полупроводниках трибоэлектричество обусловлено переходом
электронов от вещества с меньшей работой выхода Ф к веществу с большей Ф. При контакте металла с диэлектриком трибоэлектричество
возникает за счет перехода электронов из металла в диэлектрик. При трении двух
диэлектриков трибоэлектричество обусловлено диффузией электронов и ионов.
Существенную роль может играть также разное нагревание тел при трении, что
вызывает переход носителей с локальных неоднородностей более нагретой
поверхности ("истинное" трибоэлектричество). Причиной
трибоэлектричества может служить также механическое удаление отдельных участков
поверхности пироэлектриков или пьезоэлектриков.
Трибоэлектричество
жидкостей связано с появлением двойных электрических слоев на поверхности
раздела двух жидких сред или на границах жидкость - твердое тело. При трении
жидкостей о металлы в процессах течения или разбрызгивания при ударе трибоэлектричество
возникает за счет разделения зарядов на границе металл - жидкость. Электризация
при трении двух жидких диэлектриков - следствие существования двойных
электрических слоев на поверхности раздела жидкостей с разными диэлектрическими потенциалами. Жидкость с большим заряжается положительно, а
с меньшим - отрицательно (правило Коэна). Разрушением двойных
электрических слоев на границе жидкость - газ объясняется трибоэлектричество
при разбрызгивании жидкостей вследствие удара о поверхность твердого
диэлектрика или о поверхность жидкости (электризация в водопадах).
Трибоэлектричество приводит к нежелательному накоплению электрических зарядов в
диэлектриках (например, в синтетической ткани).»
Выше дано якобы объяснение возникновения явления. Энциклопедическое
издание. Но что ни среда то разные причины и никакого единства. Логика начисто
отсутствует хотя бы с этой работой выхода. Электростатика тянет за собой
принцип разделения зарядов в проводниках, что тоже является выдумкой. См. Электростатика
А что такое диэлектрический потенциал? Даже в энциклопедии
не найдете этому термину толкования.
Есть диэлектрическая проницаемость. По сути дела подмена
понятий. Деление на проводники и диэлектрики вполне условно, а посему логичней
использовать понятие проводимости или сопротивления, чтоб все было в одном
ключе. Но электростатика даже в таких мелочах вносит свою запутывающую лепту.
Опять же диэлектрическая проницаемость вакуума постоянная и считается величиной
абсолютной. В физике само название "диэлектрическая проницаемость
ваккума" не имеет смысла; видимо имеется ввиду электрическая постоянная
"эпсилон нулевое"=8,85*10^(-12) ф/м, которая появляется в системе СИ,
как некий элемент произвола. В других системах это единица.
Диэлектрическая проницаемость среды величина безразмерная
при этом.
Как же быть с самим понятием вакуума, какой он степени
разряжения???.
В случае с трением различных тел энергии
затрачивается гораздо меньше, чем при эйнштейновской работе выхода, это
очевидно. Тем более очевидна малость энергии требуемой при контакте двух кусков
различных проводящих материалов. Откуда же здесь берется энергия для
осуществления пресловутой работы выхода, где даже и трения то нет.
С этими эффектами довольно сильно
перекликается эффект Зеебека.
Возникновение термоэдс при нагревании контакта различных металлов.
Между металлом , сжатым всесторонним давлением, и тем же металлом, находящемся при нормальном давлении тоже возникает термо э.д.с. Например , для железа при температуре 100 градусов С идавлении 12 кбар, термоэдс равна 12,8 мкВ .При насыщении метал-ла или сплава в магнитном поле относительно того же вещества безмагнитного поля возникает термоэдс порядка 0,9мкВ/градус
Вывод напрашивается сам собой как раз из
трибоэлектрического эффекта.
Чем
менее плотен один из участников, тем более большой потенциал и без трения он
уже имеет. Само соприкосновение двух различных по плотности сред уже означает
обмен энергией. Твердость имеет прямую зависимость от плотности.
А это камень в электростатику. Не
существует электрически нейтральных тел. И наличие Контактной разности
потенциалов этому пример. Направление тока от менее плотного к более плотному.
Более плотная среда естественно и более энергична за счет большей массы на
единицу объема, внутренняя энергия относительного покоя. Данный потенциал
официоз выдает за положительный (плюс), хотя логичней считать его отрицательным, по аналогии с
термодинамикой. Вторая причина это контакт движущейся среды с относительно
неподвижной. Трение это тоже передача энергии и причем вполне определенным
способом. Слишком уж просто отвязаться чисто механическими причинами,
вызывающими отрыв каких там электронов и ионов. Обмен идет между конкретными
атомами с конкретными размерами и конкретной плотностью. А атомы чем могут
обмениваться энергией? Уж не кусками своего
собственного тела. И не плевками электронами. Есть вполне известный механизм
– это излучение энергии, света, чисто так сказать электромагнитной природы. На
квантовом языке это обмен квантами. Но квантовая механика до этого уровня не
доросла. Ей не понять, что любое движение чего бы то ни было вызывает обмен
энергией, а любой обмен энергией вызывает движение. Вот в чем
двойственность. Не бывает движения без
затрат энергии. И весь обмен энергией сводится к единому механизму посредством
обмена излучениями различной плотности, скорости. Важно понять этот основной
принцип, а дальше все идет как по маслу даже используя некоторые элементы
квантовой механики. Все что движется в одном направлении стремится сблизиться и
наоборот отталкивается если направления противоположны. И в этом главная идея.
Нет
в природе и однополюсности. Чего-то больше, чего-то меньше и не более того. И
следовательно большее всегда старается
объединиться с меньшим и ни с кем не делиться в идеале. Природа сама за себя
постаралась и придумала замкнутый обменный цикл, цикл который приводит без
обмена энергией к тривиальной и банальной смерти.
Все стоит если не движется, и движется и в
большом и в малом: одним способом излучая, а другим получая энергию излучения –
круговорот знаете ли.
Так вот: чем больше движение внутри среды,
тем она имеет больший потенциал по отношению к среде неподвижной. Так пылевое
облако всегда энергичней, чем просто воздух. Так действует и нагрев одного из
контактируемых тел.
И мы это знаем на примерах с атмосферным
электричеством. Еще более энергичней такое облако, если внутри идут интенсивные
процессы обмена энергией (внутренне трение),
и еще более энергичным оно становится если трение не только с воздухом
но и с более плотными жидкостями и твердыми веществами.
В основном контактная разность
потенциалов обусловлена разностью в
плотности хоть как-то заметно проводящих электрический ток материалов. Атомная
(молярная) плотность определяет и плотность тел, состоящих из этих атомов.
Контактная разность потенциалов возникает
не только между двумя металлами, но и между
двумя полупроводниками, полупроводником и металлом, двумя диэлектриками и т.д.,
причем соприкасающиеся тела могут не только твердыми, но и жидкими и даже
газообразными при наличии разности в плотности и разности в площади контакта.
Фатьянов А.В. СПб 2007 2010.