2021-2022學年高二物理競賽課件：功函數(shù)和接觸電勢

1、功函數(shù)和接觸電勢一. 接觸電勢差當兩塊不同金屬A和B 相接觸或用導(dǎo)線相連接時, 這兩塊金屬就會同時帶電, 而具有不同的電勢VA和VB, 這種電勢稱為接觸電勢. 產(chǎn)生原因: 兩塊金屬的費米能級不同, 當相互接觸時發(fā)生電子交換, 電子從費米能級較高的金屬流向費米能級較低的金屬, 使一塊金屬的接觸面帶正電（電子流出的金屬）, 另一塊金屬的接觸面帶負電. 當兩塊金屬達到平衡后, 具有相同的費米能級, 電子不再流動交換. 第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢定性解釋兩塊金屬的費米能級不同, 電子從費米能級較高的金屬流向費米能級較低的金屬當兩塊金屬達到平衡后, 具有相同的費米能級, 在兩金屬的界面處附加了一個靜電場,

2、 以阻止電子流動交換. 第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢定量計算金屬不帶電時, 金屬內(nèi)部N個價電子的總能量為其中金屬帶電后, 設(shè)金屬的電勢為U, 此時價電子的總能量為第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢設(shè)金屬1和金屬2的體積分別為V1和V2, 未接觸前, 價電子的費米能分別為EF1和EF2, 價電子數(shù)分別為N1和N2接觸后, 價電子的費米能分別為 和 , 價電子數(shù)分別為 和 電勢分別為U1和U2. 價電子系統(tǒng)的總能量為第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢達到平衡時, Etotal達到最小值第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢 真空能級: 電子處在離開金屬表面足夠遠的某一點上的靜止能量. 也可理解為電子在金屬內(nèi)部的勢能與電子在真空中無窮遠

3、處勢能之差, 或勢阱的深度. 功函數(shù)(Work Function)EnergySurfaceWork Function功函數(shù)（也稱逸出功）定義為真空能級與費米能級之間的電子勢能之差: 當電子從外界獲得的能量大于等于功函數(shù)時, 電子可逃離金屬. 第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢電子獲得能量的方式 高溫導(dǎo)致的熱電子發(fā)射 強電場導(dǎo)致的場致發(fā)射(3) 光照導(dǎo)致的光致發(fā)射(4) 電子撞擊產(chǎn)生的次級電子發(fā)射(5) 表面上的放熱反應(yīng)導(dǎo)致的外激發(fā)射前兩種情形, 可以完全在自由電子模型的范疇內(nèi)得到解釋, 其余的效應(yīng)則相對復(fù)雜些, 必須考慮電子和其它粒子的相互作用才可解釋. 第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢熱電子發(fā)射實驗表明, 熱電子發(fā)射的電流密度(A為常數(shù), W為功函數(shù))從自由電子論給出的理論解釋電子的能量電子的速度電子的動量Richardson-Dushman公式第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢由 兩邊微分可得中量子態(tài)數(shù)目為單位體積中Vc=1速度空間 范圍內(nèi)量子態(tài)的數(shù)目第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢電子的統(tǒng)計平均數(shù)目離開金屬表面電子的能量滿足第二節(jié) 功函數(shù)和接觸電勢 低溫范圍下 不能忽略電子的熱容量 在溫度較高下，晶格振動的熱容量是主要的 熱容量基本是一個常數(shù)第一節(jié) 費米統(tǒng)計和電子熱容量研究金屬熱容量的意義 許多金屬的基本性質(zhì)取決