Tutorial aprofundado: entendendo os fundamentos da emissão de elétrons

Conceito Básico de Emissão de Elétrons

O fenômeno de emitir elétrons da superfície de um material para o ambiente circundante usando uma energia externa específica é chamado de Emissão de Elétrons. Como sabemos, todo metal é feito de átomos que estão conectados em forma de cristal muito firmemente uns aos outros. Todos os elétrons estão ligados pelo efeito de seus átomos. Dispositivos eletrônicos usam elétrons livres para fazer a corrente fluir através de si mesmos. Elétrons de valência são aqueles que giram em sua última camada. Esses elétrons estão ligados ao metal. Requer energia externa suficiente para escapar da superfície do material. Agora, a energia externa máxima necessária para que os elétrons de superfície emitam de uma superfície de material a 0°C é chamada de função trabalho.

Como investigar a emissão de elétrons da superfície do corpo

A emissão de elétrons pode ser alcançada através de diferentes métodos externos, de acordo com a situação e diferentes dispositivos. O método mais comum e simples usado para emissão de elétrons é a emissão termiônica / emissão primária. Neste método, energia térmica é aplicada aos elétrons de superfície do material. Ao absorver energia térmica, a energia cinética dos elétrons aumenta e a força de retenção dos elétrons diminui progressivamente devido à mudança na energia cinética dos elétrons. Este método de emissão de energia é comumente aplicado a metais quando colocados em vácuo ou gases inertes. Para obter um emissor termiônico de alta eficiência, deve ter baixa função trabalho para que possa operar em baixa temperatura.

O segundo método de emissão de elétrons é alcançado através de colisão mecânica de elétrons. Quando uma partícula em movimento (elétron primário) com alguma velocidade colide com os elétrons de superfície de um material, o elétron em movimento transfere sua energia ao elétron estacionário com a colisão física. Isso resulta no aumento da energia cinética do elétron de superfície, que tende a se mover da superfície, chamado de elétron secundário. A emissão secundária pode ser afetada por fatores como energia dos elétrons primários, material emissor, massa dos elétrons incidentes, tipo de elétrons primários, superfície do material alvo e ângulo de incidência.

Emissão de um elétron da superfície metálica

Da mesma forma, a emissão de elétrons pode ser feita através do efeito da luz. Este método é amplamente usado em fototubos. Quando a luz incide sobre um material sensível à luz (potássio, rádio, etc.), seus elétrons de superfície absorvem a energia da luz, o que resulta no aumento da energia cinética de um elétron e começa a emitir acima da superfície. Esta técnica particular de emissão de elétrons é conhecida como emissão fotoelétrica. Alguns fatores-chave envolvidos na emissão fotoelétrica que podem afetar o processo: a emissão fotoelétrica inicia e para diretamente com a incidência de luz na superfície, frequência da radiação, a emissão de fotoelétrons requer diferentes frequências de luz para diferentes materiais e a energia cinética do elétron emitido é independente do fluxo de luz. A frequência da luz não deve ser menor que a frequência de limiar.

Também existe outra técnica usada para emissão de elétrons chamada emissão de campo / emissão de cátodo frio. Como sabemos que elétrons são partículas carregadas negativamente, se trouxermos um campo positivo alto próximo à superfície de um material, os elétrons de superfície absorverão essa energia de atração e os elétrons tenderão a se mover da superfície do material para o ambiente. Quanto maior o campo elétrico positivo externo fornecido, maior será a emissão de elétrons. Se a intensidade do campo externo chegar a 10⁶ V/cm, a taxa de emissão de elétrons aumentará enormemente. Outro ponto a lembrar: a emissão de cátodo frio não depende da temperatura, mas o potencial positivo aplicado deve ser maior que uma tensão de limiar.

Todos os processos de emissão de elétrons são usados em diferentes dispositivos como tubos de raios catódicos, raios-X, equipamentos médicos, etc.