Emisión de electrones: ¿Qué es y tipos de emisión de electrones?

Contenido

  • ¿Qué es la emisión de electrones?
  • Tipos de emisión de electrones
    • Emisión Termiónica
    • Emisión de campo
    • Emisión fotoeléctrica
    • Emisión secundaria

¿Qué es la emisión de electrones?

Emisión de electrones se define como la liberación de electrones de cualquier superficie de una sustancia. Cualquier pieza de un bloque de metal consiste en un montón de electrones libres. Incluso a temperatura ambiente, hay muchos electrones libres moviéndose aleatoriamente dentro del cristal metálico. Aunque los electrones libres se mueven aleatoriamente de un átomo a otro dentro del cristal metálico, no pueden salir de la superficie del metal para iniciar la emisión de electrones.

Esto se debe a que los electrones libres que llegan al límite extremo de los bloques metálicos son arrastrados hacia atrás por los núcleos positivos que están detrás de ellos. Los electrones libres bien dentro del bloque metálico serán atraídos por los núcleos positivos desde todos los lados. Así que pueden moverse libremente en cualquier dirección dentro del bloque metálico.

Al llegar a la superficie extrema del bloque metálico, los electrones libres no tienen ningún núcleo positivo delante de ellos, pero tendrán una fuerza de atracción por los núcleos que están detrás de ellos dentro del bloque metálico. Así, para salir de la superficie metálica un electrón debe atravesar una barrera potencial que ofrecen los núcleos positivos. Esta barrera potencial que impide que un electrón libre se libere de la superficie metálica se llama barrera de superficie. Cuando se da suficiente energía externa a los electrones libres, puede cruzar la barrera de superficie y liberarse de la superficie metálica.

Un electrón libre posee algo de energía cinética. Pero esta energía cinética no es suficiente para superar la barrera de la superficie. La energía extra requerida para superar la barrera de la superficie de cualquier metal por un electrón se llama función de trabajo.

Supongamos que un electrón libre requerido total de 5 eV (Voltios de electrones) para superar la barrera de la superficie de un metal. Si el electrón tiene 1 eV de energía cinética previamente en él, entonces la energía extra requerida como función de trabajo es de 5 1 = 4 eV.

Emisión de electrones de una superficie metálica depende de la función de trabajo del metal. La función de trabajo puede variar de un metal a otro. Es una propiedad típica del metal. Una función de trabajo más pequeña conlleva una emisión de electrones más efectiva, ya que en ese caso la energía extra requerida por los electrones libres en la superficie del metal para emitir desde ella es menor. Por lo tanto, el metal utilizado para la emisión de electrones debe ser de baja función de trabajo dependiendo de la naturaleza de la energía observada por los electrones libres durante la emisión, la emisión de electrones puede ser de diferentes categorías. Hay principalmente cuatro tipos de emisión de electrones que se utilizan comúnmente.

Tipos de emisión de electrones

Los tipos de emisión de electrones incluyen:

  • Emisión Termiónica
  • Emisión de campo
  • Emisión fotoeléctrica
  • Emisión secundaria

Cada uno de estos tipos de emisión de electrones se explicará a continuación.

Emisión Termiónica

Cuando el metal se calienta lo suficiente, los electrones libres en la superficie extrema del metal obtienen suficiente energía para emitir del metal. Esta emisión se conoce como emisión termiónica. La intensidad de la emisión termoiónica depende del metal utilizado para la emisión, así como de la temperatura del metal. Esta emisión se utiliza principalmente en dispositivos de tubos de vacío.

Emisión de campo

Emisión de campo (o emisión de electrones de campo) se define como la emisión de electrones causada por un campo eléctrico. Una fuerte emisión externa campo eléctrico más cerca de la superficie del emisor puede afectar a la emisión de electrones. Un electrón libre en la superficie extrema del metal no puede escapar de la superficie debido al retroceso de los núcleos positivos en el cuerpo del emisor. Este tirón hacia atrás de un electrón libre causa una barrera potencial en el electrón.

Un electrón tiene que superar esta barrera potencial para ser emitido desde la superficie del emisor. Con más detalle podemos decir que un electrón libre bien dentro del cuerpo del emisor siente la fuerza de alteración desde todos los lados debido a la presencia de núcleos positivos que lo rodean. Pero en el extremo de la superficie del cuerpo emisor, el electrón libre siente sólo la fuerza alternativa de los núcleos que están detrás de él. Como no hay un núcleo delante del electrón libre para atraerlo en la dirección exterior.

Debido a esta fuerza de alteración electrostática en un electrón libre, tiene que adquirir suficiente energía cinética para superar esta libre para escapar de la superficie del emisor. En otras palabras, habrá una barrera potencial para ese electrón creada en la superficie del emisor. Esta barrera potencial también se conoce como la barrera de la superficie. Un electrón libre tiene que superar esta barrera superficial para ser emitido.

Pero cuando se coloca una carga positiva suficientemente alta delante de la superficie del emisor, debido a la fuerte fuerza electrostática del campo eléctrico creado, el electrón libre puede obtener suficiente energía para superar la barrera de la superficie y puede ser emitido desde la superficie del cuerpo del emisor. Como este tipo de emisión de electrones es causado por el campo eléctrico presente en el espacio, se llama emisión de campo.

Cuando colocamos una superficie metálica delante de un director de alto potencial positivo, con respecto al potencial de la superficie metálica, el fuerte campo eléctrico ejerce una fuerza sobre los electrones libres. Como la fuerza aplicada a los electrones libres es lo suficientemente fuerte, los electrones libres superan la fuerza de restricción (es decir, la barrera de la superficie) y salen de la superficie metálica.

En el proceso de emisión, es necesario crear un campo eléctrico muy intenso en el espacio. Un millón de voltios por centímetro sería el gradiente de voltaje del campo. En el proceso de emisión del campo, el emisor puede no necesitar ningún calentamiento extra para el emisión de campo y por eso el proceso también se conoce como emisión de cátodo frío.

Emisión fotoeléctrica

La luz es el flujo de fotones. Cada fotón posee energía en él. La energía de los fotones depende de la frecuencia o longitud de onda del rayo de luz. Al golpear la superficie metálica, algunos de los fotones transfieren su energía a los electrones libres. Por lo tanto, los electrones libres pueden obtener suficiente energía para superar la barrera de la superficie y comienza emisión de electrones. La intensidad de emisión fotoeléctrica depende de la intensidad de la luz que cae.

Emisión secundaria

Cuando un haz de electrones de alta velocidad golpea la superficie metálica, la energía cinética de los electrones que golpean a alta velocidad se transfiere a los electrones libres de la superficie metálica. Así, los electrones libres pueden obtener suficiente energía cinética para superar la barrera de la superficie e iniciar la emisión de electrones. Este tipo de emisión se conoce como emisión secundaria de electrones. La emisión secundaria no es deseada en los tubos de rayos de electrones como Los tubos de klystróny por lo tanto se hacen esfuerzos para suprimir las emisiones secundarias.

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