接触电势

什么是接触电势，接触电势产生原因

接触电势即接触电势差，也叫接触电压，是指人站在发生接地短路故障设备旁边，距设备水平距离0。8米，这时人手触及设备外壳(距地面1。8米的高处)，手与脚两点之间呈现的电位差，叫做接触电压。

由于两块金属的费米能级不一样高，由于费米能级代表着电子的化学势，当两块金属接触可以交换电子时，就会发生从化学势高到化学势低的电子流动，从而产生接触电势。两个导体依靠产生接触电势差补偿原来它们之间费米能级的差别，从而使电子达到统计平衡。

从（固体）物理的角度来考虑，热平衡中有一个很重要的性质就是系统内化学势达到平衡。一般来说金属的“费米温度”（即仅通过热运动达到费米能所需要的温度）在10^5K量级，常温下费米能与系统化学势几乎等效。由于在“自由电子气”模型中铜和铝的费米能不一样，导致在接触面的化学势不一样，这样就导致在接触面存在化学势差。这种化学势差导致了电子的偏移，电子的偏移产生的电位差“拉平了”化学势差。同样的，对于半导体和半金属，费米能级处于禁带的正ZY，半导体与半金属、金属相互接触也会产生稳定的电位差。常见的例子就是pn结。

接触电势和接触电动势

电动势是一个表征电源特征的物理量。定义电源的电动势是电源将其它形式的能转化为电能的本领，在数值上，等于非静电力将单位正电荷从电源的负极通过电源内部移送到正极时所做的功。它是能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。常用符号E（有时也可用ε）表示，单位是伏（V）。

在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比，叫做这点的电势（也可称电位）。电势是从能量角度上描述电场的物理量。

由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区的温度成正比。

设导体A和B的自由电子密度为Na和Nb，且有Na>Nb，电子扩散的结果合导体A失去电子而带正电，导体B则因获得电子而带负电，在接触面形成电场。这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势

接触电势的危害和降低接触电势的方法

金属接触电势差完全由两金属的脱出功决定，不存在由脱出功以外的电子密度不同这一因素而造成的所谓内接触电势差。

变电站的接触电势很难满足允许值的要求，严重威胁工作人员的生命安全。如何有效地将跨步电势及接触电势控制在允许范围内成为目前变电站变电站接地装置设计急需解决的问题。

降低接触电势方法如下：

设置主接地网啊，然后把所有设备的外壳都接地，变压器外壳必须有两点接地，避雷器和避雷针可以采用独立接地，但必须和主网连接，并可拆，这是降低接触电位差与跨步电位差的标准做法。

现在的新设备，消弧线圈和接地变也能一定程度上降低电位差与跨步电位差。在变电站发生大容量短路的时候，会在设备外壳和地面之间形成接触电位差，在地表形成跨步电位差。主接地网的设置，主要目的就是减少这两个电位差，这个计算是非常复杂的，那个长长的公式看一遍就要半分钟。

温差电势

单一导体两端由于温度不同而在其两端产生的电势为温差电势，又称汤姆逊电势。这是因为高温端自由电子的动能大于低温端自由电子的动能，高温端自由电子扩散速率高于低温端自由电子的扩散速率，从而在导体两端形成电位差。

当同一根导体的两端温度不同时，在导体内部两端的自由电子相互扩散的速率不同，高温端的电子数跑到低温端的电子数比低温端跑到高温端的电子数要多，结果使高温端因失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，这样在高、低温端之间形成一个由高温端指向低温端的静电场。该电场阻止电子从高温端向低温端扩散，Z后达到动态平衡状态，此时在导体上产生一个相应的电位差，称该电位差为温差电势。此电势只与导体性质和导体两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿导体长度上的温度分布无关。

两种不同的金属接触，如果两个触点间有一定温度差时，则产生温差电势。根据温差电势现象，选用温差电势大的金属，可以组成热电偶用来测量温度和高频电流。

此外，温度升高，会使金属电阻增大；合金元素和杂质也会使金属电阻增大；机械加工也会使电阻增大；电流频率升高，金属产生趋肤效应，导体的交流电阻也增大。