![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Занятие № 111. Контактные явления в металлах. Термоэлектронная эмиссия.
Кафедра УТВЕРЖДАЮ Председатель ПМК №2 Р.Исмагилов «» октября 2014 года
План ПРОВЕДЕНИЯ ЛЕКЦИИ по учебной дисциплине «Ф И З И К А» РАЗДЕЛ VI. Элементы физики твердого тела. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ Тема № 24. Электронная эмиссия. Контактные явления в металлах Занятие № 111. Контактные явления в металлах. Термоэлектронная эмиссия.
I. Учебные цели Рассмотреть понятие работы выхода электрона из металла и показать к каким термоэлектрическим явлениям приводит контакт двух металлов. II. Воспитательные цели Воспитывать навыки активного восприятия материала, умение использовать полученные знания, логичности и последовательности мышления. III. Расчет учебного времени
IV. Учебно-методическое обеспечение 1. Компьютер 2. Проектор 3. Компьютерные презентации 4. Методическая разработка V. Литература 1. Савельев И.В. Курс общей физики, в 5 кн., кн. 5, М., Астрель, 2005г., с. 51 – 68. 2. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования — 19-е изд. - М.: Издательский центр «Академия», 2012. — 560 с. 3. Савельев И.В. Курс общей физики: в 4 т. — Т. 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц: учебное пособие. — 2-е изд., стер. — М.: КНОРУС, 2012. — 368 с. VI.. Приложение: конспект лекции
Эдисон (1881) при попытке улучшить лампу накаливания обнаружил поток (-) частиц от нити накала. После открытия Томсона (1896) стало понятно, что это эл-ны.
3 участка (+ переходные области): 1) i ∼ U3/2 – закон Богуславского-Ленгмюра при малых (+) напряжениях на аноде, признак существования пространственного заряда электронов около катода 2)ток насыщения Iн при больших (+) напряжениях на аноде, пространственного заряда нет.
Iн → I0 – ток термоэлектронной эмиссии I0 = C T2 S e-(W/kT) S – площадь катода, C – константа (постоянная Ричардсона) Для плотности тока: j0 = C T2 e-(W/kT)
Кон-ция «свободных» эл-нов зоны проводимости кристалла:
Кон-ция в облаке свободных эл-нов над пов-тью кристалла:
Равновесие 2 потоков эл-нов из кристалла в облако (испарение) и из облака в кристалл (конденсация): ν исп = ν конд; ν исп = ν конд = ¼ n< v> = ¼ n (8kT/π m)½ j0 = e ν исп = C T2 e-(A/kT) т.е. ф-ла Ричардсона-Дешмана
Для п/проводников Еф и ⇒ А зависит от: 1)легирования, 2)температуры, 3)состояния поверхности (изгиба зон). Si: A = (4.3 - 5.3) эВ
eUк = A2 – A1 (+) заряд и потенциал на металле с меньшей работой выхода. Значения Uк – от дес. долей В до неск. В
Е →, jдрейф →, jдифф ← jдрейф = jдифф; e n u E = e D dn/dx E dx = (D/u) dn/n; E dx = (kT/e) dn/n | ∫ Uк* = (kT/e) ln(n1/n2) – внутренняя КРП, разность потенциалов между внутр. точками металлов 1 и 2.
1)В цепочке разных металлов при Т = invar: U15 = U12 + U23 + U34 + U45 = (kT/e) (ln(n1/n5) КРП определяется только крайними элементами 2)В замкнутой цепочке (напр., 1-2-3-4-5-1) при Т = invar КРП = 0 Эффект Зеебека (термоЭДС) - возникновение ЭДС в замкнутой эл. цепи из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.
a - к-нт Зеебека, дифференциальная ТЭДС eТ = UкВ* - UкА* Для металлов n1, n2 = const ⇒ n1/n2 = const a = (k/e) ln(n1/n2)
a - ед. или дес. мкВ/К Используется в термопарах для измерения to (разности температур): Для п/проводников дополнительно важна зависимость n1/n2 от to.
Используется в термоэлектр. преобразователях энергии. Отдельные термоэлементы соединяются в батареи. Источники тепла: сжигание топлива, солнечное излучение, радиоактивный распад.
ЭффектПельтье (1834) – термоэл. явление, обратное эффекту Зеебека: при пропускании тока I через контакт 2 различных проводников на контакте, помимо джоулева тепла, выделяется при одном направлении тока или поглощается при обратном направлении дополнительное тепло Пельтье Q P: Q P = П I Δ t П – к-нт Пельтье, [П] = В Ток ← ⇒ поток эл-нов → ⇒ КЭ каждого эл-на ↓ на eUк* = kT ln(n1/n2) ⇒ потеря КЭ восполняется за счет ВЭ ⇒ контакт охлаждается
Ток → ⇒ поток ← ⇒ КЭ эл-на ↑ ⇒ контакт охлаждается Для п/п р-типа при том же направлении тока холодный и теплый контакты меняются местами.
Используется, напр., в кулерах процессоров. Эффект Томсона - при пропускании эл. тока через полупроводник (или проводник), вдоль кот. ∃ градиент температуры, в нем, помимо джоулева тепла, в зависимости от направления тока будет выделяться или поглощаться дополнительное количество тепла.
Qт = τ (Т1-Т2) I t τ – к-нт Томсона
Профессор Насрединов Ф.С. (Должность, воинское звание, подпись фамилия преподавателя) «» октября 2014 г.
|