సంప్రదింపు సంభావ్యతలో వ్యత్యాసం

రెండు వేర్వేరు లోహాలతో తయారు చేయబడిన రెండు నమూనాలను గట్టిగా నొక్కితే, వాటి మధ్య సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది. ఇటాలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త, రసాయన శాస్త్రవేత్త మరియు శరీరధర్మ శాస్త్రవేత్త అలెశాండ్రో వోల్టా 1797లో లోహాల విద్యుత్ లక్షణాలను అధ్యయనం చేస్తున్నప్పుడు ఈ దృగ్విషయాన్ని కనుగొన్నారు.

వోల్టా ఈ క్రమంలో లోహాలను గొలుసులో కనెక్ట్ చేస్తే: Al, Zn, Sn, Pb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, ఫలితంగా వచ్చే గొలుసులోని ప్రతి తదుపరి లోహం కొనుగోలు చేయబడుతుంది. ఒక సంభావ్యత - మునుపటి కంటే తక్కువ. అంతేకాకుండా, ఈ సర్క్యూట్‌లో ఈ లోహాల అమరిక యొక్క క్రమంతో సంబంధం లేకుండా, ఈ విధంగా కలిపిన అనేక లోహాలు ఏర్పడిన సర్క్యూట్ చివరల మధ్య ఒకే సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని ఇస్తాయని శాస్త్రవేత్త కనుగొన్నారు - ఈ స్థానాన్ని ఇప్పుడు వోల్టా యొక్క సిరీస్ కాంటాక్ట్స్ లా అంటారు. .

కాంటాక్ట్ సీక్వెన్స్ చట్టం యొక్క ఖచ్చితమైన అమలు కోసం, మొత్తం మెటల్ సర్క్యూట్ ఒకే ఉష్ణోగ్రతలో ఉండటం అవసరం అని ఇక్కడ అర్థం చేసుకోవడం చాలా ముఖ్యం.

ఈ సర్క్యూట్ ఇప్పుడు చివరల నుండి మూసివేయబడితే, సర్క్యూట్‌లోని EMF సున్నాగా ఉంటుందని చట్టం నుండి అనుసరిస్తుంది.కానీ ఇవన్నీ (మెటల్ 1, మెటల్ 2, మెటల్ 3) ఒకే ఉష్ణోగ్రతలో ఉంటే మాత్రమే, లేకపోతే ప్రకృతి యొక్క ప్రాథమిక నియమం-శక్తి పరిరక్షణ చట్టం-ఉల్లంఘించబడుతుంది.

వివిధ జతల లోహాల కోసం, వోల్ట్‌లో పదవ మరియు వందల నుండి కొన్ని వోల్ట్‌ల వరకు సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం దాని స్వంతంగా ఉంటుంది.

సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం కనిపించడానికి కారణాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి, ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ మోడల్‌ను ఉపయోగించడం సౌకర్యంగా ఉంటుంది.

జతలోని రెండు లోహాలు సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉండనివ్వండి, అప్పుడు ఫెర్మి పరిమితితో సహా అన్ని శక్తి స్థాయిలు ఎలక్ట్రాన్‌లతో నింపబడతాయి. ఫెర్మీ శక్తి (పరిమితి) విలువ ఈ క్రింది విధంగా లోహంలోని ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రతకు సంబంధించినది:

m అనేది ఎలక్ట్రాన్ యొక్క మిగిలిన ద్రవ్యరాశి, h అనేది ప్లాంక్ స్థిరాంకం, n అనేది ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రత

ఈ నిష్పత్తిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, మేము వేర్వేరు ఫెర్మీ శక్తులతో రెండు లోహాలను దగ్గరికి తీసుకువస్తాము మరియు అందుచేత వాహక ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క వివిధ సాంద్రతలతో.

మన ఉదాహరణ కోసం రెండవ లోహం వాహక ఎలక్ట్రాన్‌ల యొక్క అధిక సాంద్రతను కలిగి ఉందని మరియు తదనుగుణంగా రెండవ లోహం యొక్క ఫెర్మి స్థాయి మొదటిదాని కంటే ఎక్కువగా ఉందని ఊహిద్దాం.

అప్పుడు, లోహాలు ఒకదానితో ఒకటి సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు, మెటల్ 2 నుండి మెటల్ 1 వరకు ఎలక్ట్రాన్ల వ్యాప్తి (ఒక లోహం నుండి మరొక లోహంలోకి చొచ్చుకుపోవడం) ప్రారంభమవుతుంది, ఎందుకంటే మెటల్ 2 మొదటి లోహం యొక్క ఫెర్మీ స్థాయి కంటే ఎక్కువ శక్తి స్థాయిలను నింపింది. , అంటే ఈ స్థాయిల నుండి ఎలక్ట్రాన్లు మెటల్ 1 ఖాళీలను భర్తీ చేస్తాయి.

అటువంటి పరిస్థితిలో ఎలక్ట్రాన్ల రివర్స్ కదలిక శక్తివంతంగా అసాధ్యం, ఎందుకంటే రెండవ లోహంలో అన్ని తక్కువ శక్తి స్థాయిలు ఇప్పటికే పూర్తిగా నిండి ఉన్నాయి.చివరికి, మెటల్ 2 ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడుతుంది మరియు మెటల్ 1 ప్రతికూలంగా చార్జ్ అవుతుంది, అయితే మొదటి లోహం యొక్క ఫెర్మి స్థాయి దాని కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు రెండవ లోహం తగ్గుతుంది. ఈ మార్పు క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

ఫలితంగా, సంప్రదింపు లోహాలు మరియు సంబంధిత విద్యుత్ క్షేత్రం మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం ఏర్పడుతుంది, ఇది ఇప్పుడు ఎలక్ట్రాన్ల మరింత వ్యాప్తిని నిరోధిస్తుంది.

రెండు లోహాల ఫెర్మీ స్థాయిల సమానత్వానికి అనుగుణంగా సంభావ్య వ్యత్యాసం ఒక నిర్దిష్ట విలువను చేరుకున్నప్పుడు దాని ప్రక్రియ పూర్తిగా ఆగిపోతుంది, మెటల్ 2 నుండి కొత్తగా వచ్చిన ఎలక్ట్రాన్‌లకు మెటల్ 1 మరియు మెటల్ 2లో ఉచిత స్థాయిలు ఉండవు. మెటల్ 1 నుండి ఎలక్ట్రాన్ మైగ్రేషన్ యొక్క అవకాశంపై ఎటువంటి స్థాయిలు విడుదల చేయబడవు. శక్తి సమతుల్యత వస్తుంది:

ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్ ప్రతికూలంగా ఉన్నందున, పొటెన్షియల్‌లకు సంబంధించి మనకు ఈ క్రింది స్థానం ఉంటుంది:

వాస్తవానికి మనం లోహాల ఉష్ణోగ్రతను సంపూర్ణ సున్నాగా భావించినప్పటికీ, అదే పద్ధతిలో ఏ ఉష్ణోగ్రత వద్దనైనా సమతుల్యత ఏర్పడుతుంది.

ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ సమక్షంలో ఫెర్మీ శక్తి అనేది ఒక ఎలక్ట్రాన్ వాయువులోని ఒకే ఎలక్ట్రాన్ యొక్క రసాయన సంభావ్యత కంటే మరేమీ కాదు, ఇది ఒకే ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్‌ను సూచిస్తుంది మరియు సమతౌల్య పరిస్థితుల్లో రెండు లోహాల ఎలక్ట్రాన్ వాయువుల రసాయన పొటెన్షియల్స్ సమానంగా ఉంటుంది, ఉష్ణోగ్రతపై రసాయన సంభావ్యత యొక్క ఆధారపడటాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకోవడం మాత్రమే అవసరం.

కాబట్టి, మేము పరిగణించే సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని అంతర్గత సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం అని పిలుస్తారు మరియు సిరీస్ పరిచయాల కోసం వోల్టా యొక్క చట్టానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.

ఈ సంభావ్య వ్యత్యాసాన్ని అంచనా వేద్దాం, దీని కోసం మేము ఫెర్మీ శక్తిని ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్ల ఏకాగ్రత పరంగా వ్యక్తీకరిస్తాము, ఆపై స్థిరాంకాల సంఖ్యా విలువలను ప్రత్యామ్నాయం చేస్తాము:

అందువలన, ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ నమూనా ఆధారంగా, లోహాల అంతర్గత సంపర్క సంభావ్య వ్యత్యాసం వందల వోల్ట్ నుండి అనేక వోల్ట్ల వరకు పరిమాణం యొక్క క్రమంలో ఉంటుంది.