Энергетическое распределениеДля хороших электрических проводников энергетическое распределение получено Фермием Дираком, и поэтому оно известно как распределение Ферми-Дирака. Число отдельных энергетических уровней здесь столь велико, что заметить ступенчатый характер распределения, как в случае игральных костей, невозможно. Ступени так малы, что переходят в непрерывную кривую. На схемах обычно по вертикали бывает отложена доля электронов, энергии которых лежат в узкой области в окрестности величины. Читатель, не знакомый со свойствами экспоненциальной функции, представленной в знаменателе уравнения, может понять их из графика. За исключением зоны шириной в несколько, лежащей вблизи значения энергии, названной уровнем Ферми, распределение слабо зависит от температуры. Но вблизи F концентрация электронов резко падает с повышением температуры. Повышение температуры само по себе оказывает незначительное влияние на энергию электронов, примерно такое же, как оказывают солнечные лучи на мебельные стенды (так, для металлов при нормальной температуре близко к 1000 К, но с ростом температуры все больше электронов имеют энергию выше уровня Ферми и меньше - энергию ниже).Теперь мы уже можем рассмотреть принцип действия первого устройства для преобразования теплоты в электричество. Однако прежде мы введем еще одну единицу энергии, называемую электронвольтом (эВ). Для характеристики энергий на атомном уровне такая единица, как джоуль, оказывается слишком большой. Например, кинетическая энергия электрона при обычной температуре составляет всего лишь около 10-21 Дж. Электронвольт -значительно меньшая единица. 1 эВ равен работе, которую необходимо совершить, чтобы переместить электрон между двумя точками с разностью потенциалов 1 В (вольт). Очевидно, эта единица более подходит для нашего обсуждения. Соотношение между джоулем и электрон вольтом легко получить. 1 Дж соответствует работе, выполняемой при мощности 1 Вт в течение 1 с. Мощность в 1 Вт выделяется, например, при прохождении тока в 1 А (ампер) в проводнике под действием разности потенциалов в 1 В. Для сравнения укажем, что уровни Ферми обычно лежат в диапазоне от 5 до 10 эВ. Теперь, познакомившись с понятием электронных энергетических уровней и соответствующей единицей энергии, мы обратимся к первому типу устройств для прямого генерирования электрической энергии - термоионному генератору. Этот прибор разработан в последние десятилетия, и ему принадлежит исключительно важная роль при производстве электроэнергии в будущем. Широкому читателю он малоизвестен, поэтому мы считаем целесообразным познакомиться с ним более детально. |
||
