При соприкосновении двух различных металлов между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной разностью потенциалов. Итальянский физик А. Вольта (1745 – 1827) установил, что если металлы Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd привести в контакт в указанной последовательности, то каждый предыдущий при соприкосновении с одним из следующих зарядится положительно. Этот ряд называется рядом Вольта. Контактная разность потенциалов для различных металлов составляет от десятых до целых вольт.

Для объяснения возникновения контактной разности потенциалов воспользуемся представления зонной теории. Рассмотрим контакт двух металлов с различными работами выхода  и , т.е. с различными положениями уровня Ферми (верхнего заполненного электронами энергетического уровня). Если   (этот случай изображен на рис. 26.1, а), то уровень Ферми располагается в металле 1 выше чем в металле 2. следовательно, при контакте металлов электроны с более высоких уровней металла 1 будут переходить на более низкие уровни металла 2, что приведет к тому, что металл 1 зарядится положительно, а металл 2 – отрицательно. Одновременно происходит относительное смещение энергетических уровней: в металле, заряжающемся положительно, все уровни смещаются вниз, а в металле, заряжающемся отрицательно, – вверх. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока между соприкасающимися металлами не установится равновесие, которое, как доказывается в статистической физике, характеризуется совпадением уровней Ферми в обоих металлах (рис. 26.1, б).

Так как для соприкасающихся металлов уровни Ферми совпадают, а работы выхода  и не изменяются (они являются константами металлов и не зависят от того, находятся металлы в контакте или нет), то потенциальная энергия электронов в точках, лежащих вне металлов в непосредственной близости к их поверхности (точки А и В на рис. 26.1, б), будет различной. Следовательно между точками А и В устанавливается разность потенциалов, которая, как следует из рисунка, равна

(26.1)

a)                      б)