La malattia è una cosa che hai, non una cosa che sei
EMISSIONE TERMOELETTRONICA (2)
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
Emissione Termoionica (.....seguito)
Il valore del potenziale di estrazione dei principali
metalli ed ossidi, è mostrato nella sottostante tabella:
Metallo
Potenziale di estrazione
(Volt)
Metallo
Potenziale di estrazione
(Volt)
Argento
4,7
Oro
4,8
Alluminio
3
Piombo
4
Bario
2,35
Platino
6
Bismuto
4,12
Rubidio
1,8
Carbonio
4,7
Rame
4,1
Calcio
3,2
Stronzio
2,1
Cadmio
4,11
Tantalio
4,1
Cesio
1,81
Torio
3,35
Ferro
4,74
Tungsteno
4,52
Magnesio
2,4
Zinco
3,3
Mercurio
2,38
Zirconio
4,11
Molibdeno
4,3
Ossido 50%BaO+50%SrO
1
Ossido di Bario[BaO]
1,1
W-O-Ba
1,3
Ossido di Calcio[CaO]
1,4
Ag-O-C
0,75
Ossido di Stronzio[SrO]
1,4
Da quanto detto può dedursi che il fenomeno dell'emissione
elettronica non si verifica in condizioni normali, ma che è
possibile fare attraversare la barriera di potenziale agli
elettroni liberi trasferendo loro energia cinetica.
E' noto che tale processo può essere realizzato :
1.
Per mezzo di un intenso campo elettrico esterno ( Emissione a freddo)
2.
Interessando la superficie emittente con raggi di luminosità di opportuna
frequenza (Emissione Fotoelettrica)
3.
Colpendo gli elettroni liberi con particelle veloci provenienti dall'esterno, quali
elettroni, ioni o protoni (Emissione Secondaria)
4.
Riscaldano fortemente il corpo emittente, in maniera da aumentare
l'agitazione degli elettroni (Emissione Termoelettrica o Termoionica)
Quest'ultimo metodo è quello che più interessa la maggioranza dei tubi elettronici a vuoto od
a gas.
E' noto che alcuni ossidi hanno un potere emissivo superiore a quello dei metalli da cui
provengono,
La corrente massima che un catodo può emettere per unità di superficie varia con la
temperatura, in accordo con la Legge di Richardson-Dushman, derivante da
considerazioni riguardanti sia la termodinamica che la meccanica quantistica, che è
espressa dalla relazione:
dove
Ie/S =
la densità di corrente espressa in Ampere / m2
e =
2,718.... la base dei logaritmi naturali
T =
la temperatura assoluta in gradi Kelvin [T°K = 273 + t °C]
a =
una costante che dipende dalla qualità e dalle percentuali dei materiali
impiegati per la costruzione del catodo
Metallo
a
b
Ossido di
metallo
a
b
Bario
60
2,632
50%BaO+50%SrO
0,01-0,1
1,13
Cesio
162
2,06
W-O-Ba
0,2
1,47
Carbonio
30
5,35
Ag-O-Cs
0,86e
Ferro
1,6-26
5,36
SrO
1,59
Molibdeno
60,2
5,09
CaO
1,59
Nichel
50
5,68
Platino
32
7,25
Tantalio
60,2
4,72
Tungsteno
60,2
5,24
Tungsteno Toriato
3
2,94
Torio
60
3,72
Uranio
6
Zirconio
330
4,79
Vi = il potenziale di estrazione in Volt
e = la carica in Coulomb di un elettrone
K = La Costante di Boltzman [Joule °K-1]
Secondo Richardson-Dushman "a" risulta essere:
m =
Kgm la massa di un elettrone
e =
Coulomb
K =
, la costante di Boltzman
h =
Joule sec. la costante di Plank
da cui
Poichè la corrente massima che un catodo può emettere a parità di temperatura, decresce
sensibilmente al crescere di b, i catodi ad ossidi, caratterizzati da minori valori di b, hanno un
potere emissivo assai più elevato rispetto a quello dei catodi metallici e ciò nonostante che i
valori di a siano notevolmente più bassi, come mostrato nel diagramma sottostante
a
b
a)
Catodo ad ossidi
0,01
b)
Catodo ad ossidi
0,001
c)
Catodi di tungsteno toriato
3
d)
Catodi di tungsteno
80
52.4
10
4
3.15
10
4
1.21 10
4
1.21 10
4
Come si può dedurre dalla relazione [A] o dall'esame dei diagrammi rappresentati, la corrente
I sale rapidissimamente con l'aumentare della temperatura o con la potenza elettrica spesa
per il riscaldamento del catodo.
Si osservi nel sottostante diagramma, che raddoppiando da 1800°K a 3600°K, la corrente Ie
varia nel rapporto circa di 10^7
Densità della corrente emessa da un filamento di tungsteno in funzione della temperatura
Densità della corrente emessa in funzione della potenza elettrica di riscaldamento
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