¿Por qué los electrones no se expulsan de un metal cuando se calienta en lugar del efecto fotoeléctrico, aunque en ambos casos se le aplica energía?

…son.

Así es exactamente como se proporcionan los electrones que se aceleran en los viejos televisores de rayos catódicos.

¿Ves ese trozo rizado rojo a la izquierda?

Es un filamento, muy similar a los de las bombillas de filamento antiguas.

Es solo una bobina de alambre, con un punto de fusión muy alto.

Se pasa una corriente alta a través del filamento, se calienta y (en una bombilla) emite radiación.

Pero eso no es todo lo que emite.

A través de un proceso llamado emisión termiónica, la superficie del filamento emite electrones.

Ahora, en los casos habituales, no se da cuenta, porque los electrones son absorbidos razonablemente rápido por la atmósfera circundante.

Pero en un buen vacío (como un CRT) los electrones no se disipan y pueden acelerarse.

La emisión termiónica ocurre exactamente cuando la energía térmica impartida a un electrón (u otros portadores de carga) excede la función de trabajo de un metal, y como resultado, una carga fluye fuera del material.

Esto es exactamente análogo al efecto fotoeléctrico, excepto que el proveedor de energía está en continuo, en lugar de en cantidades discretas.

Como dijeron los demás, es la emisión termiónica. Pero tenga en cuenta que cuando los electrones escapan de ese objeto metálico, el objeto mismo se carga más positivamente (más núcleos cargados positivamente que los electrones), mientras que su entorno se carga negativamente (con todos esos electrones escapados alrededor). Otros electrones que quieren escapar ahora tienen que superar este potencial que los obliga a regresar al objeto.

La energía cinética promedio de un electrón debido a los efectos térmicos es proporcional a la temperatura absoluta ([matemática] E_k \ sim 3/2 \ k_BT [/ matemática]) y es bastante baja a una temperatura normal, por lo que un electrón puede cruzar una diferencia de potencial de aproximadamente 0.025 V (calcule [matemática] U = E_k / q = 3/2 \ k_BT / q [/ matemática]). Esta formación de una barrera potencial ocurre rápidamente y es posible que otros electrones no abandonen el objeto fácilmente, a menos que le proporcione más electrones (conéctelo a un potencial negativo, más generalmente una fuente de más electrones) y asegúrese de que estén hundidos en otro lugar, es decir, alejarse del objeto (un potencial positivo). Como en los CRT, por ejemplo.

Compárelo con el efecto fotoeléctrico en el que se utilizan casi fotones energéticos (típicamente> 2 eV para cruzar la barrera potencial incorporada de un material) y eso es mucho más alto que la energía térmica promedio de los electrones (0.025 eV a temperatura ambiente). Si aumentara la temperatura diez veces (a 3000 K), los electrones tendrían ahora alrededor de 0.25 eV de energía, pero eso no es suficiente para alejarlos continuamente del objeto sin ayuda externa (un campo).

Al calentar, la energía proporcionada es constante.

El calor se proporciona continuamente, de manera constante. El efecto fotoeléctrico no funciona así, requiere energía de una vez. Esto se llama ” cuantización de la energía”.

Considere los paquetes de energía, cuando los paquetes de energía contienen más energía que una ‘cantidad específica’, los electrones son expulsados. De lo contrario no lo hacen.

Considere la situación: –

Necesita 20 dólares, sin embargo, no tiene dinero en efectivo. Pides el dinero a tus dos amigos. Uno puede proporcionarle diez, los otros diez más. O, uno le proporciona cinco y otros quince. Hay varias particiones disponibles. [1]

Sin embargo, si fuera un átomo y requiriera 20 rupias para la misma tarea, habría aceptado un mínimo de 20 dólares juntos, de una fuente, de una vez, en una denominación de 20. Más de eso es posible, menos de que simplemente dejas ir sin ser afectado por ti.

Esta cantidad específica se llama umbral de energía.

Y esta cantidad mínima: ‘ energía de ionización’.

Créditos: canal de YouTube de la Academia Khan.

Notas al pie

[1] Partición (teoría de números) – Wikipedia

La emisión termiónica es uno de los modos de emisión de electrones, que se usaba en válvulas de electrones, como diodos, triodos, pentodos, etc. Todas estas válvulas usan la emisión de electrones por un filamento calentado o un cátodo calentado. Antes de la llegada de los dispositivos semiconductores, las válvulas electrónicas se usaban en los receptores de radio y en los receptores de televisión y en todos los demás dispositivos electrónicos. Los dispositivos electrónicos semiconductores reemplazaron lentamente las válvulas de electrones. Pero incluso ahora, la emisión termiónica se usa comúnmente en osciloscopios de rayos catódicos y en una gran cantidad de otros dispositivos.

Quién dijo que no …

Los electrones también se expulsan cuando los átomos reciben energía térmica y el fenómeno se llama emisión termiónica.

La función de trabajo es la misma que en el caso del efecto fotoeléctrico.

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