Ta kontakt med strøm

fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til navigasjon Hopp til søk

Som kontaktelektrisitet, kontaktspenning, kontaktpotensial, kontaktelektrisitet eller kontaktspenning (ikke å forveksle med kontaktspenningen i elektriske enheter) refereres til kollektivt elektriske fenomener i grensesnitt mellom forskjellige stoffer eller mellom ett stoff og miljøet (f.eks. For eksempel vakuum ) oppstår. Begrepet "kontaktelektrisitet" ble laget av Alessandro Volta og sto på den tiden i kontrast til den eldre tesen om "dyr (dyr) elektrisitet", som går tilbake til Luigi Galvani og hans eksperimenter med froskebein. Etter hvert som forståelsen av elektriske fenomen økte i løpet av 1800- og begynnelsen av 1900 -tallet, ble det klart at fenomenene kjent som "kontaktelektrisitet" er veldig forskjellige i naturen, og begrepet brukes ikke lenger i moderne fysikk.

Kontakt elektrisitet mellom to ledere

Hvis to ledere er i termodynamisk likevekt, er Fermi -nivåene de samme i begge. Siden to materielt forskjellige ledere har forskjellige arbeidsfunksjoner, strømmet imidlertid elektroner fra lederens nedre arbeidsfunksjon til å lede høyere arbeid. Derfor er det i likevekten mellom lederne en kontaktspenning ϕ , som er forskjellen i arbeidsfunksjonene dividert med elementær ladning.

Hvis et metall henter et (hvilende) elektron fra vakuumet, havner det i det på Fermi -nivå . Den frigjorte bindingsenergien er arbeidsfunksjon . Hvis to ledere med forskjellige arbeidsfunksjoner, som i utgangspunktet er uladede (antall elektroner som samsvarer med kjernefysiske ladninger), kommer i elektrisk kontakt med hverandre, strømmer elektroner kort i retning av lederen med den høyere arbeidsfunksjonen (til lavere Fermi -nivå ), opp til det termodynamiske nivået Equilibrium er Fermi -nivåene justert. Forklaring til utjevningen: Netto ladning fordeles "i" lederens overflate, påvirket fortrinnsvis der overflatene er nær. Både i romladningssonen (veldig tynn i metaller) og i det ytre rom, opprettes et elektrisk felt som motvirker den videre strømmen av strøm - kvantitativt: banenintegralet av feltstyrken fra innsiden av en leder til innsiden av den andre, det såkalte "kontaktpotensialet", er den samme forskjellen i arbeidsmengder. (Faktisk, "kontakt potensial" er en potensialforskjell, det vil si en spenning, men betegnelsen berøringsspenning har også en annen betydning, se kontakt motstand ).

Det elektriske feltet i det ytre rommet gjør z. B. merkbar i elektronrør hvis rutenett er kortsluttet med katoden: elektroner termisk avgitt av katoden blir drevet tilbake til katoden av dette feltet. Hvis nettet blir mer positivt av en ekstern spenning, øker anodestrømmen til denne spenningen bare balanserer kontaktpotensialet og det eksterne feltet forsvinner. [1] Det eksterne feltet i elektronoptikk for lavenergi-elektroner og i presisjonseksperimenter som Gravity Probe B er mer forstyrrende . Variasjonen i arbeidsfunksjonen skyldes forurensning av overflatene.

Hvis de elektriske lederne er atskilt, flyter flertallet av ladningene tilbake når kontaktområdet reduseres. Den gjenværende ladningsmengden avhenger av hvor tett store områder av lederen er motsatt hverandre i det nøyaktige øyeblikket når den siste ledende kontakten brytes, for inntil da forblir spenningen konstant, mens feltstyrken avtar med økende avstand. Dielektriske lag, f.eks. B. oksidert metall, over en stor del av overflaten kan øke mengden ladning, ikke bare gjennom deres relative permittivitet , men fremfor alt ved å tillate tett mekanisk kontakt uten samtidig elektrisk kontakt. Etter den siste separasjonen forblir ladningen og feltstyrken konstant (bortsett fra omfordelinger), slik at spenningen øker proporsjonalt med avstanden (til avstanden blir større enn kroppens ekspansjon).

Normalt vil ingen strøm strømme i en krets på grunn av kontaktpotensialet beskrevet ovenfor (siden kontaktspenningen er i likevekt). Spesielt måler du ingen spenning hvis du kobler de to forskjellige lederne til en av de to testprobene på en måleenhet, fordi de to ekstra kontaktpunktene er forskjellige med samme arbeidsfunksjonsforskjell som den opprinnelige kontakten. Imidlertid er Fermi-nivået og dermed arbeidsfunksjonen temperaturavhengig, og for noen materialer er det til og med sterkt på grunn av asymmetri i tilstandenes tetthet. Som et resultat, i et ABA -arrangement av to materialer A og B med kontaktpunkter AB og BA ved forskjellige temperaturer, oppstår en termisk spenning ( Seebeck -effekt ) eller, ved kortslutning, en termisk strøm.

En annen årsak til en vedvarende strøm av strøm og dermed lett målbare effekter er elektrokjemiske reaksjoner. Det kompliserte samspillet mellom elektriske, elektrokjemiske og membranpotensialer ble utforsket av Galvani, Volta og Humboldt og tolket på forskjellige måter. [2]

Kontakt elektrisitet mellom isolatorer

Mengden ladning som kan skilles ved hjelp av isolatorer, se statisk elektrisitet , er mye større og det samme er spenningene. Imidlertid er det mellom isolatorer ingen veldefinert ladningsutjevning ved kontakt, og derfor er ikke begrepet kontaktpotensial definert. Den elektriske ladningen kan ikke registreres nøyaktig, det er bare en kvalitativ triboelektrisk spenningsserie som angir hvilket av to materialene som lader hverandre positivt eller negativt når de kommer i kontakt med hverandre.

litteratur

Se også

weblenker

Individuelle bevis

  1. H. Barkhausen: Lærebok for elektronrør. 1. Volume General Basics. 11. utgave. S. Hirzel Verlag, 1965, s. 41 (kapittel 4 startstrøm).
  2. Oliver Lodge: On the Controversy Angående Volta's Contact Force , Kessinger Publishing, 2005, ISBN 978-1-4179-7464-1 , begrenset forhåndsvisning i Googles boksøk.