Tutorial profundo: Entendiendo los fundamentos de la emisión de electrones

Concepto básico de emisión de electrones

El fenómeno de emitir electrones desde la superficie de un material al entorno mediante el uso de una energía externa específica se llama Emisión de Electrones. Como sabemos, todo metal está compuesto de átomos que están conectados en forma cristalina muy fuertemente entre sí. Todos los electrones están ligados por el efecto de sus átomos. Los dispositivos electrónicos usan electrones libres para hacer fluir la corriente a través de sí mismos. Los electrones de valencia son aquellos que giran en su capa más externa. Estos electrones están ligados al metal. Se requiere energía externa suficiente para escapar de la superficie del material. Ahora, la energía externa máxima requerida para que los electrones de la superficie emitan desde una superficie de material a 0°C se llama función de trabajo.

Cómo investigar la emisión de electrones desde la superficie del cuerpo

La emisión de electrones puede lograrse mediante diferentes métodos externos según la situación y los diferentes dispositivos. La técnica más común y simple para la emisión de electrones es la emisión termiónica / emisión primaria. En este método, se aplica energía térmica a los electrones de la superficie del material. Al absorber energía térmica, la energía cinética de los electrones aumenta y la fuerza de retención de los electrones se vuelve cada vez más baja debido al cambio en la energía cinética de los electrones. Este método de emisión de energía se aplica comúnmente a metales cuando se ponen en vacío o gases inertes. Para obtener un emisor termiónico de alta eficiencia, debe tener una baja función de trabajo para que pueda operar a baja temperatura.

El segundo método de emisión de electrones se logra a través de una colisión mecánica de electrones. Cuando una partícula en movimiento (electrón primario) con cierta velocidad choca con los electrones de la superficie de un material, el electrón en movimiento transfiere su energía al electrón estacionario mediante colisión física. Esto resulta en un aumento de la energía cinética del electrón de superficie que tiende a moverse desde la superficie, llamado electrón secundario. La emisión secundaria puede verse afectada por factores como la energía de los electrones primarios, material emisor, masa de los electrones incidentes, tipo de electrones primarios, superficie del material objetivo y ángulo de incidencia.

Emisión de un electrón desde la superficie metálica

De manera similar, la emisión de electrones puede hacerse mediante efecto de luz. Este método se usa ampliamente en fototubos. Cuando la luz incide sobre un material fotosensible (potasio, radio, etc.), sus electrones de superficie absorben la energía de la luz, lo que resulta en un aumento de la energía cinética de un electrón y comienza a emitirse por encima de la superficie. Esta técnica particular de emisión de electrones se conoce como emisión fotoeléctrica. Algunos factores clave involucrados en la emisión fotoeléctrica que pueden afectar el proceso: la emisión fotoeléctrica comienza y se detiene directamente con la incidencia de luz en la superficie, frecuencia de radiación, la emisión fotoeléctrica requiere diferentes frecuencias de luz para diferentes materiales y la energía cinética del electrón emitido es independiente del flujo luminoso. La frecuencia de la luz no debe ser menor que la frecuencia umbral.

También existe otra técnica para emisión de electrones llamada emisión de campo / emisión de cátodo frío. Como sabemos, los electrones son partículas cargadas negativamente. Así que si acercamos un campo positivo alto cerca de la superficie de un material, los electrones de superficie absorberán esa energía de atracción y los electrones tenderán a moverse desde la superficie del material al entorno. Cuanto mayor sea el campo eléctrico positivo externo que proporcionemos, mayor será la emisión de electrones. Si la intensidad del campo externo llega a 10⁶ V/cm, la tasa de emisión de electrones aumentará enormemente. Otro punto a recordar: la emisión de cátodo frío no depende de la temperatura, pero el potencial positivo aplicado debe ser superior a un voltaje umbral.

Todos los procesos de emisión de electrones se usan en diferentes dispositivos como tubos de rayos catódicos, rayos X, equipos médicos, etc. A continuación, diagramas de los procesos.