Contacto Metal - Metal
• Para realizar el estudio de las uniones, recordemos los
diagramas de bandas de energía para metales.
También al unir piezas metálicas de diferente Ef se genera un
potencial llamado potencial de contacto. Este fenómeno ha sido
estudiado desde hace mucho tiempo porque en ocasiones este
potencial es suficiente para promover reacciones de óxidoreducción. Un caso típico es el de las tuberías de zinc en que se
colocan llaves de cobre. El fluido en la tubería funciona como
medio de transporte de las cargas y el zinc, actuando como ánodo,
se disuelve lentamente hasta que genera una perforación y el
fluido comienza a escapar. Por esa razón, en todos los sistemas
hidráulicos en general se evita la unión entre metales que generen
estos "pares galvánicos".
Se dice que que dos materiales estan en contacto cuando la
proximidad entre sus superficies es del orden de la separación
interatómica; y que dos materiales estan unidos cuando se ha
efectuado un proceso metalúrgico en sus fronteras (aleación,
( A y  B )
aleación – difusión, soldadura, difusión, etc.)
Cuando dos metales con distintas funciones de trabajo
Se ponen en contacto, se origina una corriente que transfiere
electrones del metal de menor función de trabajo al metal de
mayor función de trabajo, estableciendose una diferencia de
potencial entre los dos metales, la cual proporciona un
equilibrio y genera un campo eléctrico que impide el flujo
continuo de electrones.
El flujo de electrones que se genera en el momento del contacto
termina cuando los niveles de fermi de ambos metales se
alinean.
Podemos considerar al tope de la banda de conducción como el nivel de
energía de Fermi.
Debido a las características electrostáticas de los metales (densidad
volumétrica de carga  = cte), la única posible explicación para el
equilibrio de las cargas eléctricas es que en las superficies de contacto
se almacenan cargas de sentidos opuestos que generan una diferencia
de potencial llamada potencial de contacto, y un campo eléctrico que
impide que continúe el flujo de electrones de un metal a otro.
En la figura 3.2-d se ve que la diferencia de potencial en los
extremos de los dos metales es:
Donde
es el potencial de contacto.
Figura 3.2. Pasos sucesivos al efectuar un contacto metal-metal: (a) metales A
y B en contacto; (b) diagrama de las bandas de energía de los metales A y
B; (c) diagrama de bandas de energía de los metales A y B en el momento
del contacto; (d) diagrama de bandas del sistema.
Para explicar el comportamiento eléctrico de este contacto,
haremos uso de la ecuación de Poisson, considerando
únicamente el fenómeno superficial.
La densidad de carga superficial es:
Quedando entonces la ecuación de Poisson así:
Donde es la constante dieléctrica del vacío.
Integrando nuevamente, queda:
Si se sabe que el potencial de un metal es constante en condiciones
electrostáticas, entonces será:
Si sé grafican estas soluciones, tenemos:
Figura 3.3. Representación gráfica: (a) del potencial de contacto; (b) del campo eléctrico;
(c) de la densidad de carga superficial en un contacto metal-metal; (d) del potencial en
los metales.
De la figura 3.3-a tenemos:
Donde:
Si en lugar de tener un contacto metal-metal como el analizado, se tiene una
unión metal-metal, se complica el tratamiento con la ecuación de Poisson,
ya que la constante dieléctrica en la unión variara con la distancia, y no es
predecible. Sin embargo, haciendo este tipo de uniones se observa que la
diferencia de potencial en los extremos de los materiales es igual a la
observada en los contactos metal-metal. A estos dispositivos se les llaman
termopares.
Descargar

Contacto Metal