cátodo caliente
En tubos de vacío y tubos llenos de gas , un cátodo caliente o cátodo termoiónico es un electrodo de cátodo que se calienta para que emita electrones debido a la emisión termoiónica . Esto contrasta con un cátodo frío , que no tiene un elemento calefactor. El elemento calefactor suele ser un filamento eléctrico calentado por una corriente eléctrica separada que lo atraviesa. Los cátodos calientes normalmente alcanzan una densidad de potencia mucho mayor que los cátodos fríos, emitiendo significativamente más electrones desde la misma área de superficie. Los cátodos fríos se basan en la emisión de electrones de campoo emisión de electrones secundarios por bombardeo de iones positivos, y no requieren calentamiento. Hay dos tipos de cátodo caliente. En un cátodo calentado directamente , el filamento es el cátodo y emite los electrones. En un cátodo calentado indirectamente , el filamento o calentador calienta un electrodo de cátodo de metal separado que emite los electrones.
Desde la década de 1920 hasta la de 1960, una amplia variedad de dispositivos electrónicos utilizaron tubos de vacío de cátodo caliente. Hoy en día, los cátodos calientes se utilizan como fuente de electrones en lámparas fluorescentes , tubos de vacío y cañones de electrones utilizados en tubos de rayos catódicos y equipos de laboratorio como microscopios electrónicos .
Un electrodo de cátodo en un tubo de vacío u otro sistema de vacío es una superficie metálica que emite electrones en el espacio vacío del tubo. Dado que los electrones cargados negativamente son atraídos por los núcleos positivos de los átomos metálicos, normalmente permanecen dentro del metal y requieren energía para salir. [1] Esta energía se denomina función de trabajo del metal. [1] En un cátodo caliente, se induce a la superficie del cátodo a emitir electrones calentándolo con un filamento , un alambre delgado de metal refractario como el tungsteno con corriente que fluye a través de él. [1] [2] El cátodo se calienta a una temperatura que hace que los electrones se 'evaporen' de su superficie hacia el espacio evacuado en el tubo, un proceso llamado emisión termoiónica . [1]
La razón principal para usar un cátodo calentado indirectamente es aislar el resto del tubo de vacío del potencial eléctrico a través del filamento, lo que permite que los tubos de vacío usen corriente alterna para calentar el filamento. En un tubo en el que el filamento mismo es el cátodo, el campo eléctrico alterno de la superficie del filamento afectaría el movimiento de los electrones e introduciría un zumbido en la salida del tubo. También permite unir los filamentos de todos los tubos de un dispositivo electrónico y suministrarlos desde la misma fuente de corriente, aunque los cátodos que calientan puedan tener diferentes potenciales.
Para mejorar la emisión de electrones, los cátodos se suelen tratar con productos químicos, compuestos de metales con una función de trabajo baja . Estos forman una capa de metal en la superficie que emite más electrones. Los cátodos tratados requieren menos área de superficie, temperaturas más bajas y menos energía para suministrar la misma corriente de cátodo. Los filamentos de tungsteno toriado sin tratar utilizados en los primeros tubos de vacío (llamados "emisores brillantes") tenían que calentarse a 2500 °F (1400 °C), al rojo vivo, para producir suficiente emisión termoiónica para su uso, mientras que los cátodos revestidos modernos (llamados " emisores apagados") producen muchos más electrones a una temperatura determinada, por lo que solo tienen que calentarse a 800–1100 °F (425–600 °C). [1] [3]
