Контактная разность потенциалов и фотоэффект

[Hagrael]

Здравствуйте, уважаемые физики! Сейчас читаю про фотоэффект, и у меня возник вопрос: почему при фотоэффекте играет роль контактная разность потенциалов? Ведь контакта между кодом и анодом нету. Или же он всё-таки есть? Возможно, эта разность потенциалов"выражает себя" через вольтметр, соединённый с электродами? Но ведь по-моему, это должно быть минимальное влияние (ведь есть большое сопротивление вольтметра). Не уже ли все равно в результате каждому электрону, который хочет "отделиться", приходится преодолевать барьер в виде контактной разности потенциалов, который соизмерим с работой, необходимой для отрыва электрона от поверхности металла? Если да, то разве данная энергия не должна включаться в саму минимальную работу фотоэффекта $E_{min} = h \omega$?

Благодарю Вас за Ваше время! :)

[Утундрий]

Hagrael в сообщении #1485732 писал(а):

Не уже ли

Неужели неужели уже пишется раздельно?

[photon]

Hagrael в сообщении #1485732 писал(а):

у меня возник вопрос: почему при фотоэффекте играет роль контактная разность потенциалов

У меня возник встречный вопрос: что вы называете контактной разностью потенциалов.

[Hagrael]

Утундрий, неужели всё-таки слитно?)) Теперь буду знать!)

photon, под контактной разностью потенциалов я понимаю разность потенциалов между точкой менее "жадного до электронов" металла и более "жадного". Почему данная разность потенциалов имеет место, мне не совсем понятно. Ведь по идее, все электроны у "жадного" металла уже давно сидят на своих местах, электростатическое поле уже само себя нейтрализует: сумма зарядов = 0. То же самое и у менее "жадного" металла. Поэтому не до конца понятно, оттуда берется электрическое поле, которое толкает электроны от одного металла к другому.

Возможно, причина в том, что происходит взаимодействие контактирующих поверхностей металла. И в результате, например, электроны "жадного" металла как бы слегка отступают от протонов на краю его поверхности, тем самым "приглашая" электроны менее и жадного атома поближе к"жадной" поверхности металла, чтобы они тоже приняли участие в гашении продолжительного заряда на поверхности "жадного" металла. При этом сами отступившие электроны слегка смещаются в сторону более "щедрого" металла. Но тогда этот процесс все равно быстро приходит в равновесие и ЭДС не возникает. Вообще, контактная разность потенциалов - это ведь кратковременный эффект?

Большое спасибо за Ваше время, уважаемые физики! :)

Задерживающая разность потенциалов при явлении фотоэффекта зависит от частоты падающего света. Это значит, что похоже, явление котельной ЭДС кратковременное и является реакцией на перераспределение зарядов в металле. Но природа данного явления все равно непонятна. Как и непонятно, почему эта разность потенциалов - именно задерживающая.

-- 05.10.2020, 21:29 --

Вообще, при фотоэффекте ведь используются катод и под, верно? То есть изначально заряженные металлические электроды верно?

[StaticZero]

Hagrael в сообщении #1485846 писал(а):

под контактной разностью потенциалов я понимаю разность потенциалов между точкой менее "жадного до электронов" металла и более "жадного". Почему данная разность потенциалов имеет место, мне не совсем понятно.

Боюсь, что проблема именно в том, что вы оперируете жадностью металлов до электронов.

Возьмите кусок меди и кусок алюминия. Найдите в куске алюминия электрон, который вам проще всего оторвать и унести на бесконечность, и сделайте это. Проделав, верните электрон из бесконечности и посадите его на кусок меди.
а) Сколько энергии вы приобрели нахаляву в результате процесса по переносу электрона из алюминия в медь?
б) Как долго будет продолжаться эта халява, если продолжать тырить у алюминиевого куска электроны?

[Hagrael]

StaticZero, я беру один электрон алюминия и уношу его далеко в бесконечность. На это у меня ушла энергия ионизации $(0 \to +1)$:

$$E_{\text{пришло}}=\frac{577,5 \frac{\text{кДж}}{\text{моль}}}{6,02 \cdot 10^{23} \text{моль}^{-1}}=960 \cdot 10^{-21} \text{Дж}$$

Аналогично, добавляя этот электрон к атому меди, я получаю энергию ионизации $(0 \to -1)$:

$$E_{\text{ушло}}=1230 \cdot 10^{-21} \text{Дж}$$

Брал энергии ионизации из Википедии и не знаю, это энергии положительной или отрицательной ионизации))) Судя по всему, это энергии положительной ионизации, но все же продолжим, предполагая, что энергия $E_{пришло}$, рассчитана верно. По идее, в обоих случаях мы совершаем работу, разве нет? В любом случае затрачиваемая энергия как +, так и - ионизации из нейтрального состояния больше 0. Насчёт - ионизации я ещё сомневаюсь, она, по-моему, может быть равной 0, так как отрицательный электрон входит в поле, образуемое нулевым суммарным зарядом. Но в случае + ионизации я уверен - она требует энергии. Итак, получается, что никакого выигрыша нет вовсе. Знаю, что в моих рассуждениях есть какая-то ошибка, но не могу понять, где. Пожалуйста, объясните, если вам не трудно.

Спасибо вам за ваше время! :)))

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Карантин»
по следующим причинам:

- неправильно набраны формулы (краткие инструкции: «Краткий FAQ по тегу [math]» и видеоролик Как записывать формулы), после набора полезно убедиться, что результат выглядит именно так, как ожидалось.

Исправьте все Ваши ошибки и сообщите об этом в теме Сообщение в карантине исправлено.
Настоятельно рекомендуется ознакомиться с темами Что такое карантин и что нужно делать, чтобы там оказаться и Правила научного форума.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Карантин» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[StaticZero]

Hagrael, ну и всё, ваш выигрыш около $300 \times 10^{-21}$ Дж. Можете потратить эту работу на что-нибудь полезное.

Только вот дальше если вы будете продолжать этот процесс, вы стретитесь с трудностью. У вас энергия, затрачиваемая на отрыв очередного электрона от алюминия, будет расти, а энергия, которую вы получаете за посажение электрона на кол атом меди, будет падать. Когда-нибудь они сравняются.

Это произойдёт тогда, когда.......?

[Emergency]

Hagrael в сообщении #1485732 писал(а):

Возможно, эта разность потенциалов "выражает себя" через вольтметр, соединённый с электродами?

Не выражает. Есть понятие "правильно разомкнутая цепь" и эта цепь исключает измерение контактного потенциала вольтметром. Тем не менее, эта разность потенциалов имеется и именно она (точнее ее зависимость от температуры) отвечает за термоэдс, которую легко измерить вольтметром.

[Hagrael]

StaticZero, это произойдет тогда, когда ЭДС между поверхностями кусков металлов станет равно нулю. Хотя мне видится обратная причинно-следственная связь)))

Получается, что для отрыва электрона от нейтрального атома, нужно затратить энергию, а когда мы присоединяем электрон к нейтральному атому, то получаем энергию? С первым я бесспорно согласен) Второе тоже могу принять, но это не столь очевидно.

Emergency, а каким образом происходит изменение возникающего напряжения в случае фотоэффекта? Заряжены ли катод и анод (называю их так условно: катод - то элемент, который бомбардиоуется фотонами). И имеется ли вообще изначальное электростатическое поле вначале опыта для "направления" электронов, выбитых из металла фотонами?

[StaticZero]

Hagrael в сообщении #1486335 писал(а):

StaticZero, это произойдет тогда, когда ЭДС между поверхностями кусков металлов станет равно нулю. Хотя мне видится обратная причинно-следственная связь)))

Там нет никакой ЭДС.

[Hagrael]

StaticZero, но ведь, насколько я понимаю, данное движение электронов присутствует? Возможно, вы имеете в виду, что сила, движущая электроны не ЭЛЕКТРОдвижущая? То есть разность потенциалов есть, но она не относится к электростатическому полю? Но ведь, насколько я понимаю, все внешние взаимодействия между атомами можно свести к электромагнитным силам?

Кстати, а при образовании молекулы двумя атомами происходит электромагнитное взаимодействие? Они ведь тоже нейтральные. Возможно, и в нашем случае с контактной разностью потенциалов взаимодействие между кусками разных металлов происходит за счёт схожего взаимодействия?

-- 09.10.2020, 08:25 --

https://ibb.co/X4by2Fz
Здесь говорится про то, что для того, чтобы зарегистрировать силу тока, электронам нужно "помочь" электрическим полем между анодом и катодом - иначе электроны разбегутся кто куда. Но разве этим мы не способствуем повышению истинной силы тока электронов, исходящих из катода?

Также возникает вопрос, при какой разности потенциалов возникнет ток между не соединёнными между собой металлическим проводником катодом и анодом. Рано или поздно это случится (возможно, даже будет молния!), но когда? А может, можно и без молнии? Emergency, вы, по-моему, как раз говорили об этом:

Emergency в сообщении #1486298 писал(а):

Не выражает. Есть понятие "правильно разомкнутая цепь" и эта цепь исключает измерение контактного потенциала вольтметром.

То есть раз нет поля между электродами, то нету той силы, которая может транспортировать электроны, верно? Но когда мы добавляем напряжение между электродами, мы ведь создаем этот путь и по идее, фотоэффект уже вовсе и не обязателен. Какую работу он при этом совершает, если есть избыточный электрон, который легко оторвать? Он даже сам отрывается - другие электроны отталкивают. Хорошо, допустим, что оторвать его не так просто. Он все же частично удерживается положительным зарядом ядер атомов и, возможно, другими силами взаимодействия между ядрами и электронами. Тогда, получается, что энергия на транспортировку незначительна на фоне данной работы отрыва (нижней границы фотоэффекта). Или же другой вариант - данная работа отрыва мала, но при этом из-за удаленности электродов они не могут воздействовать друг на друга с силой, необходимой для совершения данной работы (противосилы удержания электрона слишком велики). И все же эта энергия удержания избыточных электронов есть, так как иначе при малейшей разности потенциалов электроны бы бежали от катода к аноду.

Emergency, вы также писали:

Emergency в сообщении #1486298 писал(а):

Тем не менее, эта разность потенциалов имеется и именно она (точнее ее зависимость от температуры) отвечает за термоэдс, которую легко измерить вольтметром.

Похоже, что здесь происходит то же самое. Разность потенциалов есть, но интенсивности взаимодействия не хватает на то, чтобы ее реализовать. Как бы не хватает величины силы на преодоление горы, несмотря на то, что за ней невероятный спуск.

StaticZero, Emergency
асибо вам за ваше время.

[Emergency]

Hagrael в сообщении #1486386 писал(а):

То есть раз нет поля между электродами, то нету той силы, которая может транспортировать электроны, верно?

Пока два незаряженных куска разных металлов не соприкоснутся, между ними будет контактная разность потенциалов, но как только они соприкоснутся, часть заряда с одного куска перейдет на другой кусок и потенциалы станут одинаковыми. Но если электронам не позволить свободно переходить с одного куска металла на другой, то эта разность сохранится.

[schoolboy]

Emergency в сообщении #1486400 писал(а):

Пока два незаряженных куска разных металлов не соприкоснутся, между ними будет контактная разность потенциалов, но как только они соприкоснутся, часть заряда с одного куска перейдет на другой кусок и потенциалы станут одинаковыми. Но если электронам не позволить свободно переходить с одного куска металла на другой, то эта разность сохранится.

Даже школьнику такое примитивное пояснение нельзя давать. Это принципиально неверно, при контакте на одном уровне становится потенциал Ферми (по-другому называется электрохимическим), разность электрических потенциалов остается, так же, как и остается разность химических потенциалов. Если у человека появился интерес — это повод хотя бы на элементарном уровне разобраться в зонной теории. Основы теории твердого тела вполне доступны и школьникам (может, кто-то укажет литературу для начинающих). Соприкосновение и есть контакт, поэтому контактная разность это разность потенциалов у соприкасающихся металлов.