ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Работа выхода электронов и электронная эмиссия.

Работа выхода.

В электротехнических устройствах часто используются такие элементы, как фотоэлектрический и термоэмиссионный преобразователи. И в том, и в другом случае в основе лежит явление электронной эмиссии. Поэтому для расчета этих элементов необходимо знать работу выхода материалов, из которых их изготовляют. Работой выхода называется минимальная энергия, которая требуется для удаления электрона из монокристалла в точку, расположенную на расстоянии, малом по сравнению с размерами грани, но большим по сравнению с постоянной решетки.

Работа выхода Ф определяется кристаллической постоянной φ( ), потенциальной энергией электрона E_N_-1 и энергией основного состояния кристалла E_N:

Ф=φ( )+E_N_-1-E_N

Зная электрический потенциал в объеме , можно найти поверхностный дипольный барьер:

Обозначив E_N_-1-E_N за µ, выразим химический потенциал, приведенный к объему:

Тогда , откуда видно, что у работы выхода есть поверхностная составляющая и объемная составляющая .

Если требуется определить работу выхода сплава, состоящего из нескольких компонентов, то ее можно найти как сумму работ выхода всех компонентов, деленную на их общее число.

Электронная эмиссия

Явление испускания электронов поверхностью материала под действием внешних условий называется электронной эмиссией. Различают эмиссию с предварительным возбуждением и без него. Если для выхода электрона из кристалла ему сообщают энергию, то это эмиссия с предварительным возбуждением, если электроны эмитируют засчет эффекта туннелирования, т.е. под действием потенциального поля, то – без предварительного возбуждения.

Известны следующие виды эмиссии:

1) с предварительным возбуждением электронов эмиттера:

-термоэлектронная (возникает при нагреве материала)

-фотоэлектронная (возникает при воздействии светом)

-вторичная электронная (возникает при бомбардировке электронами)

-кинетическая ионно-электронная (возникает при бомбардировке ионами)

-эмиссия горячих электронов (испускание электронов полупроводниками под действием электрического поля)

-экзоэлектронная

2)без предварительного возбуждения – автоэлектронная

3)комбинированная:

-термоавтоэлектронная

-фотоавтоэлектронная

-потенциальная ионно-электронная.

Методы определения работы выхода методами термоэлектронной эмиссии.

Из всех методов определения работы выхода наиболее распространены методы термоэлектронной эмиссии. К ним относятся: метод полного тока, метод прямых Ричардсона, калориметрический метод и методы контактной разности потенциалов.

Метод полного тока основывается на уравнении Ричардсона, связывающем ток на эмиттере и работу выхода:

, где

А₀ – постоянная Земмерфельда, А₀=120,4 А/(К²∙см²),

- средний коэффициент отражения электронов от потенциального барьера.

Отсюда можно выразить работу выхода φ:

В методе прямых Ричардсона работа выхода ищут, основываясь на температурной зависимости термоэмиссионного тока, которая в координатах lni/T², 1/T представляет собой прямую. Запишем уравнение Ричардсона в виде:

,где

, (α – температурный коэффициент работы выхода).

Если это выражение прологарифмировать, то получим:

откуда:

При использовании данного метода можно с высокой точностью определить работу выхода металлов, но для полупроводников этот метод дает большую погрешность.

Метод контактной разности потенциалов основан на том, что при соприкосновении двух разных металлов один из них заряжается положительно, другой отрицательно, т.е. между ними начинает течь ток.

Контактная разность потенциалов возникает при любом электрическом взаимодействии двух металлов, что используется в методе «вибрирующего конденсатора», являющимся разновидностью данного метода. Две пластинки из разных металлов образуют конденсатор, на который подается постоянное напряжение, при этом расстояние между обкладками конденсатора меняется по гармоническому закону, от этого возникает зависимость электроемкости от времени и в цепи появляется переменный ток. Добившись того, чтобы внешнее напряжение давало в сумме с контактной разностью потенциалов нуль, и зная работу выхода измерительного электрода, можно определяют работу выхода изучаемого материала.

Фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС). Фотоэлектрический эффект.

Фотоэлектронная спектроскопия бывает двух видов: РФЭС (рентгеновская

фотоэлектронная спектроскопия) и УФЭС (ультрафиолетовая

фотоэлектронная спектроскопия). В любом случае она основывается на явлении фотоэлектрического эффекта (фотоэффекта), состоящего в том, что при падении света на поверхность материала, с нее вылетают электроны, и их максимальная кинетическая энергия определяется уравнением Эйнштейна:

, где φ – работа выхода.

Основные закономерности фотоэффекта заключаются в следующем:

1)Для любого материала существует граничная частота ν_гр и соответствующая ей длина волны λ_кр такая, что при меньших частотах фотоэффект не наблюдается.

2)При фиксированной частоте излучения число электронов выбитых в единицу времени пропорционально интенсивности падающего света – закон Столетова.

3)максимальная кинетическая энергия электронов не зависит от плотности светового потока, и линейно зависит от частоты.

При анализе материалов методом фотоэлектронной спектроскопии электроны, выбитые с поверхности материала, проходят через анализатор энергии и попадают на детектор. На выходе получается график с резкими пиками тем более высокими, чем больше выбитых электронов обладало данной энергией. По этим пикам судят о составе материала. В данном случае при расчете энергии электрона учитывается еще и энергия его связи Е_св в атоме:

Теплоизоляция.

Теплоизоляция – это элемент конструкции, уменьшающий процесс теплопередачи и выполняющий роль основного термического сопротивления конструкции. Сейчас используется несколько видов теплоизоляции: жидкая теплоизоляция, каменная и минеральная вата, стекловолокно, пенополистирол, целлюлозная вата, керамзиты.

Минеральная вата и ее разновидность стекловата обладают отличными теплоизоляционными свойствами, устойчивы к высоким температурам, но требуют хорошей гидроизоляции. Керамзиты также являются хорошими теплоизоляторами, при этом обладают наилучшим соотношением цены и качества. Пенополистирол не впитывает влагу, но горюч и значительно хуже сохраняет тепло. Целлюлозная вата горит гораздо хуже, при этом обладает меньшим коэффициентом теплопроводности. Жидкая теплоизоляция наиболее проста в использовании, относительно дешева, хорошо сохраняет тепло.

Все теплоизоляционные материалы классифицируются:

1) по теплопроводности:

- малотеплопроводные (коэффициент теплопроводности k<0,06Вт/(м∙К))

- среднетеплопроводные (k составляет 0,06 – 0,115Вт/(м∙К))

- повышенной теплопроводности (k составляет 0,115 – 0,175Вт/(м∙К))

2) по виду исходного сырья:

- неорганические

- органические

- смешанные

3) по сруктуре:

- волокнистые

- ячеистые

- зернистые

4) по сгораемости

- несгораемые

- плохо сгораемые

- сгораемые

Главным недостатком теплоизоляции из органических материалов является низкая огнестойкость. Кроме того, они обладают плохой водостойкостью и во многих случаях подвержены гниению, поэтому используются в строительстве реже неорганических утеплителей. Преимуществами органических теплоизоляторов являются их низкая теплопроводность и высокая по сравнению с неорганическими теплоизоляторами прочность.

Неорганические теплоизоляторы имеют более высокий коэффициент теплопроводности, гигроскопичны, имеют низкие прочностные характеристики. Однако они долговечнее органических утеплителей.

Микросферы.

Микросферы используются при изготовлении жидких теплоизоляторов как их основной компонент, обеспечивающий низкую теплопроводность. Они представляют собой полые шарики диаметром в несколько десятков микрометров. Известно два вида микросфер: алюмосиликатные и натриевоборосиликатные. И те и другие характеризуются рядом общих свойств. К ним относятся: рН-нейтральность, низкая плотность, низкая реакционная способность, высокая температура плавления.

Кроме связующего и наполнителя из микросфер, в состав теплоизоляционной суспензии может входить еще и аэрогель.

Аэрогель.

Представляет собой решетку, состоящую из связанных между собой нановолокон. Являясь высокопористым материалом, аэрогель плохо проводит тепло. Кроме того, он обладает высокой прочностью на разрыв и на сжатие, водонепроницаем.

Получают аэрогель, растворяя в жидком металле-матрице металл-реагент, который обладает большим сродством к кислороду по сравнению с матрицей, и растворимостью в ней не менее 0,1% по массе, после чего следует окисление растворенного металла водяным паром в соответствии с реакцией:

{Me⁺}+2[Me³⁺]+3H₂O={Me⁺}+< O₃>+3H₂