En mi curso de electricidad y magnetismo, utilizamos un tubo Thompson para producir un haz de electrones. Hay un elemento calefactor en la parte posterior del tubo y el manual de laboratorio afirma que "los electrones se desprenden". ¿Puede alguien explicar qué significa esto? Boiled off parece un término impar para usar, pero tal vez si entiendo su significado, no parecerá tan impar.
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
El filamento calentado produce electrones por emisión termiónica .
Se necesita energía para eliminar un electrón de una superficie metálica, y esta energía se llama función de trabajo . En un metal, los electrones se dispersan continuamente por las vibraciones de la red, es decir, la vibración de los átomos del metal debido a la energía térmica. Normalmente, la energía que el electrón obtiene de la dispersión es del orden de $kT$ , donde $k$ es La constante de Boltzmann y $T$ es la temperatura. A temperatura ambiente $kT$ es de unos 0,025eV, mientras que las funciones de trabajo de los metales suelen rondar los 2 - 5eV, por lo que parece que los electrones no se dispersan con la suficiente energía para escapar del metal.
Sin embargo, la dispersión es un proceso aleatorio, y ocasionalmente un electrón será dispersado con una energía mayor que la función de trabajo. Si este electrón está cerca de la superficie del metal, puede escapar. A temperatura ambiente esto es muy improbable, pero a medida que se calienta el metal la energía de las vibraciones de la red aumenta y, en consecuencia, los electrones se dispersan con mayor energía. En un momento dado, la energía de dispersión es lo suficientemente grande como para que se emita un número significativo de electrones, y esto es la emisión termoiónica.
Es importante recordar que la probabilidad de que un electrón se disperse con suficiente energía para escapar del metal sigue siendo pequeña incluso cuando el metal está al rojo vivo. Sólo un porcentaje muy pequeño de los electrones del metal se escapa, pero esta pequeña tasa de escape es suficiente para generar una corriente medible.
En cualquier caso, puedes ver por qué los electrones se describen como se ha evaporado porque son las vibraciones térmicas del metal las que expulsan los electrones.
