Войти
A катод - это электрод, от которого обычный ток выходит из поляризованного электрического устройство. Это определение можно вызвать с помощью мнемоники CCD для катодных текущих отклонений. Обычный ток описывает направление движения положительных зарядов. Электроны имеют отрицательный электрический заряд, поэтому движение электронов противоположно движению обычного тока. Следовательно, мнемонический катодный ток уходит также означает, что электроны текут на катод устройства из внешней цепи.
Электрод, через который обычный ток течет в обратном направлении, в устройство, называется анодом.
Схема катода из меди в гальванической ячейке (например, аккумулятор). Положительно заряженные катионы движутся к катоду, позволяя положительному току i течь из катода. Обычный ток течет от катода к аноду за пределами ячейки или устройства (с электронами, движущимися в противоположном направлении), независимо от ячейки или тип устройства и режим работы.
Полярность катода по отношению к аноду может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, как работает устройство. Положительно заряженные катионы всегда движутся к катоду, а отрицательно заряженные анионы движутся к аноду, хотя полярность катода зависит от типа устройства и даже может меняться в зависимости от режима работы. В устройстве, которое поглощает энергию заряда (например, при подзарядке аккумулятора), катод является отрицательным (электроны попадают в катод, а заряд вытекает из него), а в устройстве, которое обеспечивает энергию (например, при использовании батареи), катод положительный (электроны втекают в него и заряд вытекает): батарея или гальванический элемент в использовании имеет катод, который является положительным выводом, поскольку именно там ток выходит из устройства. Этот наружный ток переносится внутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за это «восходящее» движение). Внешне он продолжается электронами, движущимися в батарею, что составляет положительный ток, текущий наружу. Например, медный электрод гальванического элемента Daniell является положительным выводом и катодом. Аккумулятор, который перезаряжается, или электролитический элемент, выполняющий электролиз, имеет свой катод в качестве отрицательного вывода, от которого ток выходит из устройства и возвращается к внешнему генератору, когда заряд входит в аккумулятор / элемент. Например, изменение направления тока в гальваническом элементе Daniell преобразует его в электролитический элемент, в котором медный электрод является положительным контактом, а также анодом. В диоде катод - это отрицательный вывод на заостренном конце символа стрелки, где ток выходит из устройства. Примечание: название электродов для диодов всегда основано на направлении прямого тока (направление, указанное стрелкой, в котором ток протекает «наиболее легко»), даже для таких типов, как стабилитроны или . солнечные элементы, где интересующий ток - это обратный ток. В электронных лампах (включая электронно-лучевые трубки ) это отрицательный вывод, через который электроны входят в устройство из внешней цепи и попадают в почти вакуум трубки, образуя положительный ток, вытекающий из устройства.
Слово было придумано в 1834 году из греческого κάθοδος (катодос), «спуск» или «путь вниз», Уильямом Уэвеллом, с которым Майкл Фарадей консультировался по поводу некоторых новых имен, необходимых для завершения статьи о недавно открытом процессе электролиза. В этой статье Фарадей объяснил, что, когда электролитическая ячейка ориентирована так, что электрический ток проходит через «разлагающееся тело» (электролит) в направлении «с востока на запад, или, что усиливает эту помощь памяти, то, в чем солнце кажется движущимся ", катод - это место, где ток покидает электролит, на западной стороне:" ката вниз, "путь, путь, по которому садится".
Использование слова "Запад" для обозначения означают, что направление «наружу» (на самом деле «наруж» → «запад» → «закат» → «вниз», то есть «вне поля зрения») может показаться излишне надуманным. Ранее, как указано в первой ссылке, процитированной выше, Фарадей использовал более простой термин «исход» (дверной проем, через который выходит ток). Его мотивация изменить его на нечто, означающее «западный электрод» (другими кандидатами были «вестод», «окциод» и «дизиод»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению в соглашении о направлении тока, точная природа которого в то время не была известна. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось инвариантным. Он принципиально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет проходить параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая петля тока намагничивания вокруг локальной линии широты, которая индуцирует магнитное дипольное поле ориентировано как у Земли. Это сделало внутренний поток с востока на запад, как упоминалось ранее, но в случае более позднего изменения конвенции он стал бы с запада на восток, так что западный электрод больше не был бы «выходом». Следовательно, «exode» стало бы неуместным, тогда как «катод», означающий «западный электрод», оставался бы правильным в отношении неизменного направления фактического явления, лежащего в основе тока, тогда неизвестного, но, как он думал, однозначно определяемого магнитным эталоном.. Оглядываясь назад, можно сказать, что смена названия была неудачной не только потому, что одни только греческие корни больше не раскрывают функцию катода, но, что более важно, потому что, как мы теперь знаем, направление магнитного поля Земли, на котором основан термин «катод», зависит от на меняет местами, тогда как соглашение о текущем направлении , на котором был основан термин «exode», не имеет причин для изменения в будущем.
После более позднего открытия электрона, более легкого для запоминания и более надежного технически правильного (хотя исторически неверного), была предложена этимология: катод, от греческого kathodos, путь вниз »,« путь (вниз) в ячейку (или другое устройство) для электронов ».
В химии катод представляет собой электрод электрохимической ячейки при котором происходит уменьшение ; полезная мнемоника, чтобы помнить, что это AnOx RedCat (окисление на аноде = восстановление на катоде). Другая мнемоника - отметить катод, имеющий букву «c», как и «редукция». Следовательно, уменьшение на катоде. Возможно, наиболее полезным было бы помнить, что cat hode соответствует cat ион (акцептор), а an ode соответствует an ион (донор).. Катод может быть отрицательным, как если бы элемент был электролитическим (когда электрическая энергия, подаваемая в элемент, используется для разложения химических соединений); или положительный, как если бы элемент был гальваническим (где химические реакции используются для выработки электроэнергии). Катод поставляет электроны к положительно заряженным катионам, которые текут к нему из электролита (даже если ячейка гальваническая, то есть когда катод положительный и, следовательно, ожидается, что он отталкивает положительно заряженные катионы; это связано с электродный потенциал относительно раствора электролита различается для систем анод и катод металл / электролит в гальванической ячейке ).
катодный ток в электрохимии представляет собой поток электронов от поверхности раздела катода к частицам в растворе. анодный ток - это поток электронов в анод от частиц в растворе.
В электролитической ячейке катод - это место, где применяется отрицательная полярность для возбуждения ячейки. Обычными результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металлов. При обсуждении относительной восстанавливающей способности двух окислительно-восстановительных агентов пара для образования большего количества восстанавливающих частиц считается более «катодной» по сравнению с более легко восстанавливаемым реагентом.
В гальваническом элементе катод находится там, где подключен положительный полюс, чтобы обеспечить завершение цепи: как анод гальванической ячейки испускает электроны, они возвращаются из цепи в ячейку через катод.
Когда ионы металлов восстанавливаются из ионного раствора, они образуют чистую металлическую поверхность на катоде. Предметы, покрываемые чистым металлом, прикрепляются к катоду и становятся его частью в растворе электролита.
Свечение от катода с прямым нагревом тетрод мощностью 1 кВт в радиопередатчике. Катодная нить не видна напрямую В вакуумной лампе или электронной вакуумной системе катод представляет собой металлическую поверхность, которая испускает свободные электроны в вакуумированное пространство. Поскольку электроны притягиваются к положительным ядрам атомов металла, они обычно остаются внутри металла и требуют энергии, чтобы покинуть его; это называется работой выхода металла. Катоды вызывают испускание электронов с помощью нескольких механизмов:
Катоды можно разделить на два типа:
Два катода с косвенным нагревом (оранжевая полоса нагревателя) в двойной триодной лампе ECC83 
Изображение в разрезе триодной вакуумной лампы с катодом непрямого нагрева (оранжевая трубка), показывающий нагревательный элемент внутри 
Схематический символ Используется в принципиальных схемах для вакуумной лампы, показывающих катод Горячий катод - это катод, который нагревается нитью для образования электронов с помощью термоэлектронной эмиссии. Нить накала представляет собой тонкую проволоку из тугоплавкого металла, такого как вольфрам, нагретого докрасна проходящим через нее электрическим током. До появления транзисторов в 1960-х годах практически во всем электронном оборудовании использовались электронные лампы с горячим катодом . Сегодня горячие катоды используются в электронных лампах в радиопередатчиках и микроволновых печах, для получения электронных лучей в старых телевизорах и компьютерных мониторах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), в генераторах рентгеновского излучения, электронные микроскопы и люминесцентные лампы.
Существует два типа горячих катодов:
Для улучшения электронной эмиссии катоды обрабатываются с химическими веществами, обычно соединениями металлов с низкой работой выхода. Обработанным катодам требуется меньшая площадь поверхности, более низкие температуры и меньшая мощность для обеспечения того же катодного тока. Необработанные вольфрамовые нити, используемые в первых лампах (так называемые «яркие эмиттеры»), должны были быть нагреты до 1400 ° C (~ 2500 ° F), раскалены добела, чтобы произвести достаточную термоэлектронную эмиссию для использования, в то время как современные катоды с покрытием производят гораздо больше электронов. при заданной температуре, поэтому их нужно нагреть только до 425–600 ° C (~ 800–1100 ° F) () Существует два основных типа обработанных катодов:
Холодный катод (левый электрод) в неоне лампа Это катод, который является не нагревается нитью накала. Они могут испускать электроны посредством автоэлектронной эмиссии, а в газонаполненных трубках - посредством вторичной эмиссии. Некоторыми примерами являются электроды в неоновых лампах, люминесцентных лампах с холодным катодом (CCFL), используемых в качестве подсветки в ноутбуках, тиратронных лампах и трубках Крукса. Они не обязательно работают при комнатной температуре; в некоторых устройствах катод нагревается протекающим через него электронным током до температуры, при которой происходит термоэлектронная эмиссия. Например, в некоторых люминесцентных лампах на электроды подается кратковременное высокое напряжение, чтобы запустить ток через лампу; после запуска электроды достаточно нагреваются током, чтобы продолжать испускать электроны для поддержания разряда.
Холодные катоды могут также испускать электроны посредством фотоэлектрической эмиссии. Их часто называют фотокатодами, и они используются в фототрубках, используемых в научных инструментах, и трубках с усилителями изображения, используемых в очках ночного видения.
В полупроводниковом диоде катодом является легированный N слой PN перехода с высокой плотностью свободных электронов из-за легирования и равной плотностью фиксированных положительных зарядов, которые являются термически ионизированными легирующими добавками. В аноде действует обратное: он имеет высокую плотность свободных «дырок» и, следовательно, фиксированные отрицательные примеси, захватившие электрон (отсюда и происхождение дырок).
Когда слои, легированные P и N, создаются рядом друг с другом, диффузия гарантирует, что электроны текут из областей с высокой плотностью в области с низкой плотностью, то есть со стороны N на сторону P. Они оставляют закрепленные положительно заряженные легирующие примеси возле перехода. Точно так же дырки диффундируют от P к N, оставляя фиксированные отрицательно ионизированные примеси около перехода. Эти слои фиксированных положительных и отрицательных зарядов вместе известны как слой обеднения, потому что они обеднены свободными электронами и дырками. Слой обеднения на стыке является источником выпрямляющих свойств диода. Это происходит из-за возникающего в результате внутреннего поля и соответствующего потенциального барьера, которые препятствуют протеканию тока при обратном приложенном смещении, которое увеличивает поле внутреннего обедненного слоя. И наоборот, они допускают прямое смещение, когда приложенное смещение снижает встроенный потенциальный барьер.
Электроны, которые диффундируют от катода в слой, легированный P, или анод, становятся так называемыми «неосновными носителями» и имеют тенденцию рекомбинировать там с основными носителями, которые являются дырками, в масштабе времени, характерном для материал, который является временем жизни неосновных носителей p-типа. Точно так же дырки, диффундирующие в слой, легированный азотом, становятся неосновными носителями и стремятся рекомбинировать с электронами. В равновесии, без приложенного смещения, термическая диффузия электронов и дырок в противоположных направлениях через обедненный слой обеспечивает нулевой результирующий ток с электронами, протекающими от катода к аноду и рекомбинирующими, и дырками, протекающими от анода к катоду через переходный или обедненный слой. и рекомбинирование.
Как и в обычном диоде, в стабилитроне есть фиксированные анод и катод, но он будет проводить ток в обратном направлении (электроны текут от анода к катоду), если его напряжение пробоя или «напряжение стабилитрона» равно превышено.
