Работа выхода электронов из металла

Как показывает опыт, свободные электроны при обычных температурах практически не покидают металл. Следовательно в поверхностном слое металла должно быть задерживающее электрическое поле, препятствующее выходу электронов из металла в окружающий вакуум. Работа, которую нужно затратить для удаления электрона из металла в вакуум, называется работой выхода. Укажем 2 вероятные причины появления работы выхода:

1. Если электрон по какой-то причине удаляется из металла, то в том месте, которое электрон покинул, возникает избыточный положительный заряд и электрон притягивается к индуцированному им самим положительному заряду.

2. Отдельные электроны, покидая металл, удаляются от него на расстояние порядка атомных, и создают тем самым над поверхностью металла “электронное облако”, плотность которого резко убывает с расстоянием. Это облако вместе с наружным слоем положительных ионов решётки образует двойной электрический слой, поле которого подобно полю плоского конденсатора. Толщина этого слоя равна нескольким межатомным расстояниям ( Работа выхода электронов из металла - student2.ru м). Он не создаёт электрического поля во внешнем пространстве, но препятствует выходу свободных электронов из металла.

Таким образом, электрон при вылете из металла должен преодолеть задерживающее его электрическое поле двойного слоя. Разность потенциалов Работа выхода электронов из металла - student2.ru в этом слое называется поверхностным скачком потенциала, определяется работой выхода Работа выхода электронов из металла - student2.ru электрона из металла:

Работа выхода электронов из металла - student2.ru ,

где Работа выхода электронов из металла - student2.ru - заряд электрона. Так вне двойного слоя электрическое поле отсутствует, то потенциал среды равен нулю, а внутри металла потенциал положителен, и равен Работа выхода электронов из металла - student2.ru . Потенциальная энергия свободного электрона внутри металла равна Работа выхода электронов из металла - student2.ru и является относительно вакуума отрицательной. Исходя из этого можно считать, что весь объём металла для электронов проводимости представляет потенциальную яму с плоским дном, глубина которой равна работе выхода Работа выхода электронов из металла - student2.ru .

Работа выхода выражается в электрон-вольтах (эВ): 1 эВ равен работе, совершаемой силами поля при перемещении элементарного электрическогозарядапри прохождении им разности потенциалов в 1 В. Так как заряд электрона равен Работа выхода электронов из металла - student2.ru Кл, то 1 эВ = Работа выхода электронов из металла - student2.ru Дж.

Наши рекомендации