Κάθοδος
Μια κάθοδος (cathode) είναι το ηλεκτρόδιο από το οποίο ένα συμβατικό ρεύμα εξέρχεται από μια πολωμένη ηλεκτρική συσκευή όπως μια μπαταρία μολύβδου-οξέος. Το συμβατικό ρεύμα περιγράφει την κατεύθυνση προς την οποία κινούνται τα θετικά φορτία. Τα ηλεκτρόνια, τα οποία είναι οι φορείς ρεύματος στα περισσότερα ηλεκτρικά συστήματα, έχουν αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο, επομένως η κίνηση των ηλεκτρονίων είναι αντίθετη από αυτήν της ροής του συμβατικού ρεύματος: αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσα στην κάθοδο της συσκευής από το εξωτερικό κύκλωμα. Για παράδειγμα, το άκρο μιας οικιακής μπαταρίας που σημειώνεται με + (συν) είναι η κάθοδος.
Το ηλεκτρόδιο μέσω του οποίου ρέει συμβατικό ρεύμα προς την αντίθετη κατεύθυνση, μέσα στη συσκευή, ονομάζεται άνοδος.
Ροή φορτίου
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Το συμβατικό ρεύμα ρέει από την κάθοδο στην άνοδο έξω από το κελί ή τη συσκευή (με τα ηλεκτρόνια να κινούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση), ανεξάρτητα από τον τύπο και τον τρόπο λειτουργίας του στοιχείου ή της συσκευής.
Η πολικότητα της καθόδου ως προς την άνοδο μπορεί να είναι θετική ή αρνητική ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας της συσκευής. Μέσα σε μια συσκευή ή ένα στοιχείο, τα θετικά φορτισμένα κατιόντα κινούνται πάντα προς την κάθοδο και τα αρνητικά φορτισμένα ανιόντα κινούνται προς την άνοδο, αν και η πολικότητα της καθόδου εξαρτάται από τον τύπο της συσκευής και μπορεί ακόμη και να ποικίλλει ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας. Είτε η κάθοδος είναι αρνητικά πολωμένη (όπως η επαναφόρτιση μιας μπαταρίας) είτε θετικά πολωμένη (όπως μια μπαταρία που χρησιμοποιείται), η κάθοδος θα έλκει ηλεκτρόνια προς αυτήν από έξω, καθώς και θα έλκει θετικά φορτισμένα κατιόντα από μέσα.
Μια μπαταρία ή γαλβανικό στοιχείο που χρησιμοποιείται έχει μια κάθοδο που είναι ο θετικός ακροδέκτης, καθώς από εκεί ρέει το συμβατικό ρεύμα έξω από τη συσκευή. Αυτό το ρεύμα προς τα έξω μεταφέρεται εσωτερικά από θετικά ιόντα που κινούνται από τον ηλεκτρολύτη στη θετική κάθοδο (η χημική ενέργεια είναι υπεύθυνη για αυτήν την "ανοδική" κίνηση). Συνεχίζεται εξωτερικά από ηλεκτρόνια που κινούνται στην μπαταρία, τα οποία αποτελούν θετικό ρεύμα που ρέει προς τα έξω. Για παράδειγμα, το χάλκινο ηλεκτρόδιο του γαλβανικού στοιχείου Daniell είναι ο θετικός ακροδέκτης και η κάθοδος.
Μια μπαταρία που επαναφορτίζεται ή ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο που εκτελεί ηλεκτρόλυση έχει την κάθοδό της ως τον αρνητικό ακροδέκτη, από τον οποίο το ρεύμα εξέρχεται από τη συσκευή και επιστρέφει στην εξωτερική γεννήτρια καθώς το φορτίο εισέρχεται στην μπαταρία/στοιχείο. Για παράδειγμα, η αντιστροφή της κατεύθυνσης του ρεύματος σε ένα γαλβανικό στοιχείο Daniell το μετατρέπει σε ηλεκτρολυτικό στοιχείο.[1] όπου το ηλεκτρόδιο χαλκού είναι ο θετικός ακροδέκτης και επίσης η άνοδος.
Σε μια δίοδο, η κάθοδος είναι ο αρνητικός ακροδέκτης στο αιχμηρό άκρο του συμβόλου βέλους, όπου το ρεύμα ρέει έξω από τη συσκευή. Σημείωση: η ονομασία των ηλεκτροδίων για τις διόδους βασίζεται πάντα στην κατεύθυνση του ορθού ρεύματος (αυτήν του βέλους, στην οποία το ρεύμα ρέει "πιο εύκολα"), ακόμη και για τύπους όπως οι δίοδοι Ζένερ ή τα ηλιακά στοιχεία (solar cells) όπου το ρεύμα ενδιαφέροντος είναι το αντίστροφο ρεύμα. Σε λυχνίες κενού (συμπεριλαμβανομένων των λυχνιών καθοδικών ακτίνων) είναι ο αρνητικός ακροδέκτης όπου τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στη συσκευή από το εξωτερικό κύκλωμα και προχωρούν στο εγγύς κενό του σωλήνα, σχηματίζοντας ένα θετικό ρεύμα που ρέει έξω από τη συσκευή.
Ετυμολογία
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Η λέξη επινοήθηκε το 1834 από την ελληνική λέξη κάθοδος, από τον William Whewell, ο οποίος είχε συμβουλευτεί τον [2] Μάικλ Φαρεντέι πάνω σε μερικά νέα ονόματα που απαιτούνται για την ολοκλήρωση μιας εργασίας σχετικά με την τότε πρόσφατα ανακαλυφθείσα διαδικασία της ηλεκτρόλυσης. Σε αυτήν την εργασία, ο Faraday εξήγησε ότι όταν ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο είναι προσανατολισμένο έτσι ώστε το ηλεκτρικό ρεύμα να διασχίζει το αποσυντιθέμενο σώμα (ηλεκτρολύτη) προς μια κατεύθυνση από την Ανατολή προς τη Δύση, ή, κάτι που θα ενισχύσει αυτήν τη βοήθεια στη μνήμη, αυτή στην οποία φαίνεται να κινείται ο ήλιος, η κάθοδος είναι το σημείο όπου το ρεύμα εγκαταλείπει τον ηλεκτρολύτη, στη δυτική πλευρά: προς τα κάτω, μια διαδρομή με την οποία δύει ο ήλιος.[3]
Η χρήση της λέξης «Δύση» με την έννοια της κατεύθυνσης «έξω» (στην πραγματικότητα 'έξω' → 'Δύση' → 'δύση' → 'κάτω', δηλαδή 'εκτός θέας') μπορεί να φαίνεται άσκοπα επιτηδευμένη. Προηγουμένως, όπως αναφέρεται στην πρώτη παραπομπή που αναφέρθηκε παραπάνω, ο Φαρεντέι είχε χρησιμοποιήσει τον πιο απλό όρο έξοδος (η πόρτα από την οποία εξέρχεται το ρεύμα). Το κίνητρό του για να το αλλάξει σε κάτι που να σημαίνει 'το ηλεκτρόδιο της Δύσης' ήταν να το κάνει άτρωτο σε μια πιθανή μεταγενέστερη αλλαγή στη σύμβαση κατεύθυνσης για το ρεύμα, του οποίου η ακριβής φύση δεν ήταν γνωστή εκείνη την εποχή. Η αναφορά που χρησιμοποίησε για αυτό το αποτέλεσμα ήταν η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης, η οποία εκείνη την εποχή θεωρούνταν αμετάβλητη.. Ορίζει ουσιαστικά τον αυθαίρετο προσανατολισμό του για το στοιχείο ως αυτόν στον οποίο το εσωτερικό ρεύμα θα έτρεχε παράλληλα και προς την ίδια κατεύθυνση με ένα υποθετικό βρόχο μαγνητικού ρεύματος γύρω από την τοπική γραμμή γεωγραφικού πλάτους, το οποίο θα προκαλούσε ένα μαγνητικό δίπολο πεδίο προσανατολισμένο όπως αυτό της Γης. Αυτό έκανε το εσωτερικό ρεύμα από Ανατολή προς Δύση όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αλλά σε περίπτωση μεταγενέστερης αλλαγής της σύμβασης θα γινόταν από Δύση προς Ανατολή, έτσι ώστε το ηλεκτρόδιο Δύσης να μην ήταν πλέον η 'διέξοδος'. Επομένως, η λέξη έξοδος θα είχε καταστεί ακατάλληλη, ενώ η λέξη κάθοδος που σημαίνει Δυτικό ηλεκτρόδιο θα είχε παραμείνει σωστή σε σχέση με την αμετάβλητη κατεύθυνση του πραγματικού φαινομένου που διέπει το ρεύμα, το οποίο τότε ήταν άγνωστο αλλά, όπως σκέφτηκε, οριζόταν σαφώς από τη μαγνητική αναφορά. Εκ των υστέρων, η αλλαγή ονόματος ήταν ατυχής, όχι μόνο επειδή οι ελληνικές ρίζες από μόνες τους δεν αποκαλύπτουν πλέον τη λειτουργία της καθόδου, αλλά το πιο σημαντικό επειδή, όπως γνωρίζουμε τώρα, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης στην οποία βασίζεται ο όρος «κάθοδος» υπόκειται σε γεωμαγνητικές αντιστροφές, ενώ η σύμβαση κατεύθυνσης του ρεύματος στην οποία βασίστηκε ο όρος έξοδος δεν έχει λόγο να αλλάξει στο μέλλον.
Από την μεταγενέστερη ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, έχει προταθεί μια πιο εύκολη στην απομνημόνευση και πιο διαρκώς τεχνικά σωστή (αν και ιστορικά λανθασμένη) ετυμολογία: κάθοδος, από τα ά, 'ο δρόμος (προς τα κάτω) μέσα στο στοιχείο (ή άλλη συσκευή) για τα ηλεκτρόνια'.
Στη χημεία
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Στη χημεία, μια κάθοδος είναι το ηλεκτρόδιο ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου στο οποίο λαμβάνει χώρα αναγωγή. Η κάθοδος μπορεί να είναι αρνητική όπως όταν το στοιχείο είναι ηλεκτρολυτικό (όπου η ηλεκτρική ενέργεια που παρέχεται στο στοιχείο χρησιμοποιείται για την αποσύνθεση χημικών ενώσεων), ή θετική όπως όταν το στοιχείο είναι γαλβανικό (όπου οι χημικές αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας). Η κάθοδος παρέχει ηλεκτρόνια στα θετικά φορτισμένα κατιόντα που ρέουν προς αυτήν από τον ηλεκτρολύτη (ακόμα κι αν το στοιχείο είναι γαλβανικό, δηλαδή, όταν η κάθοδος είναι θετική και επομένως αναμένεται να απωθεί τα θετικά φορτισμένα κατιόντα. Αυτό οφείλεται στο δυναμικό ηλεκτροδίου σε σχέση με το διάλυμα του ηλεκτρολύτη που είναι διαφορετικό για τα συστήματα ανόδου και καθόδου μετάλλου/ηλεκτρολύτη σε ένα γαλβανικό στοιχείο).
Το καθοδικό ρεύμα, στην ηλεκτροχημεία, είναι η ροή ηλεκτρονίων από την διεπιφάνεια της καθόδου προς ένα είδος σε διάλυμα. Το ανοδικό ρεύμα είναι η ροή ηλεκτρονίων στην άνοδο από ένα είδος σε διάλυμα.
Ηλεκτρολυτικό στοιχείο
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, η κάθοδος είναι το σημείο όπου εφαρμόζεται η αρνητική πολικότητα για την κίνηση του στοιχείου. Συνήθη αποτελέσματα της αναγωγής στην κάθοδο είναι το αέριο υδρογόνο ή το καθαρό μέταλλο από μεταλλικά ιόντα. Όταν συζητάμε τη σχετική αναγωγική ισχύ δύο οξειδοαναγωγικών μέσων, το ζεύγος για την παραγωγή των πιο αναγωγικών ειδών λέγεται ότι είναι πιο καθοδικό σε σχέση με το αντιδραστήριο που ανάγεται πιο εύκολα.
Γαλβανικό στοιχείο
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Σε ένα γαλβανικό στοιχείο, η κάθοδος είναι το σημείο όπου συνδέεται ο θετικός πόλος για να επιτραπεί η ολοκλήρωση του κυκλώματος: καθώς η άνοδος του γαλβανικού στοιχείου εκπέμπει ηλεκτρόνια, αυτά επιστρέφουν από το κύκλωμα στο στοιχείο μέσω της καθόδου.
Ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση μεταλλικής καθόδου (ηλεκτρόλυση)
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Όταν τα μεταλλικά ιόντα ανάγονται από το ιοντικό διάλυμα, σχηματίζουν μια καθαρή μεταλλική επιφάνεια στην κάθοδο. Τα αντικείμενα που πρόκειται να επιμεταλλωθούν με καθαρό μέταλλο προσκολλώνται στην κάθοδο και γίνονται μέρος της στο ηλεκτρολυτικό διάλυμα.
Στην ηλεκτρονική
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Λυχνίες κενού
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Σε μια λυχνία κενού ή σε ένα ηλεκτρονικό σύστημα κενού, η κάθοδος είναι συνήθως μια μεταλλική επιφάνεια με επίστρωση οξειδίου που βελτιώνει σημαντικά την εκπομπή ηλεκτρονίων,[4] θερμαίνεται από ένα νήμα, το οποίο εκπέμπει ελεύθερα ηλεκτρόνια στον κενό χώρο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το γυμνό νήμα λειτουργεί ως κάθοδος. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια έλκονται από τους θετικούς πυρήνες των ατόμων του μετάλλου, παραμένουν κανονικά μέσα στο μέταλλο και απαιτούν ενέργεια για να το εγκαταλείψουν. Αυτό ονομάζεται έργο εξαγωγής (work function) του μετάλλου.[5] Οι κάθοδοι εκπέμπουν ηλεκτρόνια με διάφορους μηχανισμούς:[5]
- Θερμιονική εκπομπή (Thermionic emission): Η κάθοδος μπορεί να θερμανθεί. Η αυξημένη θερμική κίνηση των μεταλλικών ατόμων "αποβάλλει" ηλεκτρόνια από την επιφάνεια, ένα φαινόμενο που ονομάζεται θερμιονική εκπομπή. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιείται στις περισσότερες λυχνίες κενού.
- Εκπομπή ηλεκτρονίων πεδίου (Field electron emission): Ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να εφαρμοστεί στην επιφάνεια τοποθετώντας ένα ηλεκτρόδιο με υψηλή θετική τάση κοντά στην κάθοδο. Το θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο έλκει τα ηλεκτρόνια, προκαλώντας την έξοδο ορισμένων ηλεκτρονίων από την επιφάνεια της καθόδου.[5] Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται σε κρύες καθόδους σε ορισμένα ηλεκτρονικά μικροσκόπια,[6][7][8] και στις κατασκευές μικροηλεκτρονικής,[7]
- Δευτερογενής εκπομπή (Secondary emission): Ένα ηλεκτρόνιο, άτομο ή μόριο που συγκρούεται με την επιφάνεια της καθόδου με αρκετή ενέργεια μπορεί να εξάγει ηλεκτρόνια από την επιφάνεια. Αυτά τα ηλεκτρόνια ονομάζονται δευτερογενή ηλεκτρόνια. Αυτός ο μηχανισμός χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες εκκένωσης αερίου (gas-discharge lamps) όπως λαμπτήρες νέον.
- Φωτοηλεκτρική εκπομπή: Ηλεκτρόνια μπορούν επίσης να εκπεμφθούν από τα ηλεκτρόδια ορισμένων μετάλλων όταν φως με συχνότητα μεγαλύτερη από τη συχνότητα κατωφλίου πέφτει πάνω τους. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φωτοηλεκτρική εκπομπή και τα ηλεκτρόνια που παράγονται ονομάζονται φωτοηλεκτρόνια.[5] Αυτό το αποτέλεσμα χρησιμοποιείται σε φωτολυχνίες (phototubes) και λυχνίες ενισχυτών εικόνας (image intensifier).
Οι κάθοδοι μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους:
Θερμή κάθοδος
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Μια θερμή κάθοδος είναι μια κάθοδος που θερμαίνεται από ένα νήμα για να παράγει ηλεκτρόνια μέσω θερμιονικής εκπομπής.[5][9] Το νήμα είναι ένα λεπτό σύρμα από ένα πυρίμαχο μέταλλο όπως το βολφράμιο που θερμαίνεται σε κόκκινο χρώμα από ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από αυτό. Πριν από την έλευση των τρανζίστορ τη δεκαετία του 1960, σχεδόν όλος ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός χρησιμοποιούσε θερμές καθόδους λυχνίες κενού. Σήμερα, οι θερμές κάθοδοι χρησιμοποιούνται σε λυχνίες κενού σε ραδιοπομπούς και φούρνους μικροκυμάτων, για την παραγωγή των δεσμών ηλεκτρονίων σε παλαιότερες τηλεοράσεις και οθόνες υπολογιστών τύπου καθοδικός σωλήνας (cathode-ray tube, CRT), σε γεννήτριες ακτίνων Χ, σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια και λαμπτήρες φθορισμού.
Υπάρχουν δύο τύποι θερμών καθόδων:[5]
- Άμεσα θερμαινόμενη κάθοδος: Σε αυτόν τον τύπο, το ίδιο το νήμα είναι η κάθοδος και εκπέμπει τα ηλεκτρόνια απευθείας. Οι άμεσα θερμαινόμενες κάθοδοι χρησιμοποιήθηκαν στις πρώτες λυχνίες κενού, αλλά σήμερα χρησιμοποιούνται μόνο σε λαμπτήρες φθορισμού, σε ορισμένες μεγάλες λυχνίες κενού εκπομπής και σε όλους τους σωλήνες ακτίνων Χ.
- Έμμεσα θερμαινόμενη κάθοδος: Σε αυτόν τον τύπο, το νήμα δεν είναι η κάθοδος, αλλά θερμαίνει την κάθοδο, η οποία στη συνέχεια εκπέμπει ηλεκτρόνια. Οι έμμεσα θερμαινόμενες κάθοδοι χρησιμοποιούνται στις περισσότερες συσκευές σήμερα. Για παράδειγμα, στις περισσότερες λυχνίες κενού, η κάθοδος είναι ένας σωλήνας νικελίου με το νήμα μέσα σε αυτόν, και η θερμότητα από το νήμα προκαλεί στην εξωτερική επιφάνεια του σωλήνα την εκπομπή ηλεκτρονίων.[9] Το νήμα μιας έμμεσα θερμαινόμενης καθόδου ονομάζεται συνήθως θερμαντήρας (heater). Ο κύριος λόγος χρήσης μιας έμμεσα θερμαινόμενης καθόδου είναι η απομόνωση του υπόλοιπου σωλήνα κενού από το ηλεκτρικό δυναμικό που διαπερνά το νήμα. Πολλές σωλήνες κενού χρησιμοποιούν εναλλασσόμενο ρεύμα για τη θέρμανση του νήματος. Σε έναν σωλήνα στον οποίο το ίδιο το νήμα είναι η κάθοδος, το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο από την επιφάνεια του νήματος επηρεάζει την κίνηση των ηλεκτρονίων και εισάγει βόμβο στην έξοδο του σωλήνα. Επιτρέπει επίσης στα νήματα σε όλους τους σωλήνες σε μια ηλεκτρονική συσκευή να συνδέονται μεταξύ τους και να τροφοδοτούνται από την ίδια πηγή ρεύματος, παρόλο που οι κάθοδοι που θερμαίνουν μπορεί να έχουν διαφορετικά δυναμικά.
Για να βελτιωθεί η εκπομπή ηλεκτρονίων, οι κάθοδοι υποβάλλονται σε επεξεργασία με χημικές ουσίες, συνήθως ενώσεις μετάλλων με χαμηλό έργο εξαγωγής. Οι επεξεργασμένες κάθοδοι απαιτούν μικρότερη επιφάνεια, χαμηλότερες θερμοκρασίες και λιγότερη ισχύ για να παρέχουν το ίδιο ρεύμα καθόδου. Τα μη επεξεργασμένα νήματα βολφραμίου που χρησιμοποιούνταν στις πρώτες λυχνίες (που ονομάζονταν "φωτεινοί εκπομποί") έπρεπε να θερμανθούν στους 1,400 °C (2,550 °F), λευκής θερμότητας, για να παράγουν επαρκή θερμιονική εκπομπή για χρήση, ενώ οι σύγχρονες επικαλυμμένες κάθοδοι παράγουν πολύ περισσότερα ηλεκτρόνια σε μια δεδομένη θερμοκρασία, επομένως χρειάζεται να θερμανθούν μόνο στους 425–600 °C (797–1,112 °F).[5][10][11] Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι επεξεργασμένων καθόδων:[5][9]
- Επικαλυμμένη κάθοδος – Σε αυτές τις καθόδους, η κάθοδος καλύπτεται με μια επίστρωση οξειδίων αλκαλιμετάλλου, συχνά οξειδίου βαρίου και στροντίου. Αυτά χρησιμοποιούνται σε λυχνίες χαμηλής ισχύος.
- Θωριωμένο βολφράμιο – Σε λυχνίες υψηλής ισχύος, ο βομβαρδισμός με ιόντα μπορεί να καταστρέψει την επίστρωση σε μια επικαλυμμένη κάθοδο. Σε αυτές τις λυχνίες χρησιμοποιείται μια άμεσα θερμαινόμενη κάθοδος που αποτελείται από ένα νήμα από βολφράμιο που ενσωματώνει μια μικρή ποσότητα θορίου. Το στρώμα θορίου στην επιφάνεια, το οποίο μειώνει το έργο εξαγωγής της καθόδου, αναπληρώνεται συνεχώς καθώς χάνεται από τη διάχυση του θορίου από το εσωτερικό του μετάλλου.[12]
Ψυχρή κάθοδος
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]Αυτή είναι μια κάθοδος που δεν θερμαίνεται από νήμα. Μπορεί να εκπέμπει ηλεκτρόνια μέσω εκπομπής ηλεκτρονίων πεδίου και σε λυχνίες γεμάτες με αέριο μέσω δευτερογενούς εκπομπής. Μερικά παραδείγματα είναι τα ηλεκτρόδια σε φωτισμούς νέον, λαμπτήρες φθορισμού ψυχρής καθόδου (cold-cathode fluorescent lamp, CCFL) που χρησιμοποιούνται ως οπίσθιος φωτισμός σε φορητούς υπολογιστές, λυχνίες θύρατρο και σωλήνες Crookes. Δεν λειτουργούν απαραίτητα σε θερμοκρασία δωματίου. Σε ορισμένες συσκευές, η κάθοδος θερμαίνεται από το ρεύμα ηλεκτρονίων που ρέει μέσα από αυτήν σε μια θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει θερμιονική εκπομπή. Για παράδειγμα, σε ορισμένες λυχνίες φθορισμού εφαρμόζεται μια στιγμιαία υψηλή τάση στα ηλεκτρόδια για να ξεκινήσει το ρεύμα μέσω της λυχνίας. Μετά την εκκίνηση, τα ηλεκτρόδια θερμαίνονται αρκετά από το ρεύμα ώστε να συνεχίσουν να εκπέμπουν ηλεκτρόνια για να διατηρήσουν την εκκένωση.
Οι ψυχρές κάθοδοι μπορούν επίσης να εκπέμπουν ηλεκτρόνια μέσω φωτοηλεκτρικής εκπομπής. Αυτές συχνά ονομάζονται φωτοκάθοδοι και χρησιμοποιούνται σε φωτολυχνίες για επιστημονικά όργανα και σε σωλήνες ενισχυτή εικόνας που χρησιμοποιούνται σε γυαλιά νυχτερινής όρασης.
Δίοδοι
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Σε μια δίοδο ημιαγωγού, η κάθοδος είναι το στρώμα της πρόσμειξης Ν του p-n συνδέσμου με υψηλή πυκνότητα ελεύθερων ηλεκτρονίων λόγω της πρόσμειξης και ίση πυκνότητα σταθερών θετικών φορτίων, τα οποία είναι τα προσμείξεις που έχουν ιονιστεί θερμικά. Στην άνοδο, ισχύει το αντίστροφο: Διαθέτει υψηλή πυκνότητα ελεύθερων "οπών" και κατά συνέπεια σταθερών αρνητικών προσμείξεων που έχουν συλλάβει ένα ηλεκτρόνιο (εξ ου και η προέλευση των οπών).
Όταν δημιουργούνται στρώματα με προσμίξεις P και N το ένα δίπλα στο άλλο, η διάχυση διασφαλίζει ότι τα ηλεκτρόνια ρέουν από περιοχές υψηλής πυκνότητας προς χαμηλή πυκνότητα: Δηλαδή, από την πλευρά N προς την πλευρά P. Αφήνουν πίσω τους τις σταθερές θετικά φορτισμένες προσμίξεις κοντά στη σύνδεση. Ομοίως, οι οπές διαχέονται από το P στο N αφήνοντας πίσω τους σταθερές αρνητικά ιονισμένες προσμείξεις κοντά στη σύνδεση. Αυτά τα στρώματα σταθερών θετικών και αρνητικών φορτίων είναι συλλογικά γνωστά ως στρώμα αποβολής επειδή έχουν εξαντληθεί από ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές. Το στρώμα αποβολής στη σύνδεση βρίσκεται στην προέλευση των ανορθωτικών ιδιοτήτων της διόδου. Αυτό οφείλεται στο προκύπτον εσωτερικό πεδίο και το αντίστοιχο φράγμα δυναμικού που αναστέλλουν τη ροή ρεύματος σε αντίστροφη εφαρμοζόμενη πόλωση, η οποία αυξάνει το εσωτερικό πεδίο του στρώματος αποβολής. Αντίθετα, το επιτρέπουν σε εμπρόσθια εφαρμοζόμενη πόλωση όπου η εφαρμοζόμενη πόλωση μειώνει την ενσωμάτωση στο φράγμα δυναμικού.
Τα ηλεκτρόνια που διαχέονται από την κάθοδο στο στρώμα με προσμίξεις P, ή άνοδο, γίνονται αυτό που ονομάζονται "φορείς μειοψηφίας" και τείνουν να ανασυνδυάζονται εκεί με τους φορείς πλειοψηφίας, οι οποίοι είναι οπές, σε μια χρονική κλίμακα χαρακτηριστική του υλικού που είναι ο χρόνος ζωής του φορέα μειοψηφίας τύπου p. Ομοίως, οι οπές που διαχέονται στο στρώμα με προσμίξεις N γίνονται φορείς μειοψηφίας και τείνουν να ανασυνδυάζονται με ηλεκτρόνια. Σε ισορροπία, χωρίς εφαρμοζόμενη πόλωση, η θερμικά υποβοηθούμενη διάχυση ηλεκτρονίων και οπών σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος του στρώματος εξάντλησης εξασφαλίζει μηδενικό καθαρό ρεύμα με ηλεκτρόνια που ρέουν από την κάθοδο στην άνοδο και ανασυνδυάζονται, και οπές που ρέουν από την άνοδο στην κάθοδο κατά μήκος του στρώματος σύνδεσης ή εξάντλησης και ανασυνδυάζονται.
Όπως μια τυπική δίοδος, υπάρχει μια σταθερή άνοδος και μια κάθοδος σε μια δίοδο Zener, αλλά θα άγει ρεύμα προς την αντίστροφη κατεύθυνση (τα ηλεκτρόνια ρέουν από την άνοδο στην κάθοδο) εάν ξεπεραστεί η τάση διάσπασης ή "τάση Zener".
Παραπομπές
[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]- ↑ Αρχειοθετήθηκε 4 June 2011 στο Wayback Machine., Daniell cell can be reversed to, technically, produce an electrolytic cell.
- ↑ Ross, S (1 November 1961). «Faraday consults the scholars: the origins of the terms of electrochemistry». Notes and Records of the Royal Society of London 16 (2): 187–220. doi:.
- ↑ Faraday, Michael (1849). Experimental Researches in Electricity. 1. London: University of London.
- ↑ «Valve Construction and Development: The Cathode». the Valve Museum. Ανακτήθηκε στις 2 Φεβρουαρίου 2025.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 Avadhanulu, M.N.· P.G. Kshirsagar (1992). A Textbook of Engineering Physics For B.E., B.Sc. S. Chand. σελίδες 345–348. ISBN 978-8121908177. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Ιανουαρίου 2014.
- ↑ «Field emission». Encyclopædia Britannica. 2014. https://www.britannica.com/EBchecked/topic/206253/field-emission. Ανακτήθηκε στις 15 March 2014.
- 1 2 Poole, Charles P. Jr. (2004). Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics, Vol. 1. Academic Press. σελ. 468. ISBN 978-0080545233. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 Δεκεμβρίου 2017.
- ↑ Flesch, Peter G. (2007). Light and Light Sources: High-Intensity Discharge Lamps. Springer. σελίδες 102–103. ISBN 978-3540326854. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 Δεκεμβρίου 2017.
- 1 2 3 Ferris, Clifford "Electron tube fundamentals" in Whitaker, Jerry C. (2013). The Electronics Handbook, 2nd Ed. CRC Press. σελίδες 354–356. ISBN 978-1420036664. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Ιανουαρίου 2014.
- ↑ Poole, Ian (2012). «Vacuum tube electrodes». Vacuum Tube Theory Basics Tutorial. Radio-Electronics.com, Adrio Communications. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 4 Νοεμβρίου 2013. Ανακτήθηκε στις 3 Οκτωβρίου 2013.
- ↑ Jones, Martin Hartley (1995). A Practical Introduction to Electronic Circuits. UK: Cambridge Univ. Press. σελ. 49. ISBN 978-0521478793. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Ιανουαρίου 2014.
- ↑ Sisodia, M. L. (2006). Microwave Active Devices Vacuum and Solid State. New Age International. σελ. 2.5. ISBN 978-8122414479. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Ιανουαρίου 2014.