Emissione termoionica, gas di elettroni ecc.

From: Piercarlo <piercarloboletti_at_tiscali.it>
Date: Thu, 23 Oct 2003 23:23:18 +0200

Ciao a tutti

Mi sto interessando a un soggetto un po' demod� per l'elettronica ma
che, almeno nei suoi principi fisici di funzionamento, non lo sia
altrettanto per i fisici: i tubi termoionici.

Al momento mi trovo alle prese con il problema di definire
quantitativamente la cosiddetta "carica spaziale" che si forma intorno
al catodo una volta reso incandescente, intesa sia come densit� di
elettroni resi liberi sia proprio come dimensioni spaziali della nuvola.
Il tutto nel vuoto (ovviamente! Ai tubi a gas al momento non voglio
neppure pensarci!) e in assenza di qualsiasi polarizzazione sugli altri
elettrodi dei tubi (anodo e griglie varie).

L'idea che mi sono fatto � che il cosiddetto "gas di elettroni" dovrebbe
effettivamente comportarsi come un gas (perfetto? Quasi perfetto? Bho!
Lo chiedo a chi ne sa pi� di me) che formi una sorta di "atmosfera"
intorno al catodo. Tale "atmosfera" dovrebbe essere confinata intorno al
catodo "pi� o meno" come una qualsiasi atmosfera viene confinata intorno
a un pianeta - se la massa del pianeta � sufficiente a generare un campo
gravitazionale idoneo a trattenerla beninteso - ma con ovviamente alcune
differenze:

1) Mentre la tendenza a espandersi e a diffondere di un gas � data solo
dalla sua temperatura (che, se deve diminuire per arrivare a un
equilibrio, pu� farlo appunto, in linea di massima, solo attraverso
l'espansione volumetrica del gas), nel caso di un gas di elettroni
bisogna pure aggiungere la repulsione elettrostatica (e si hanno cos�
gli elettroni soggetti a DUE forze anzich� una, quella data dall'energia
cinetica e quella data dalla repulsione elettrostatica - la cui energia,
penso, debba essere fornita a spese del campo elettrico interno alla
"nuvola" che dovrebbe cos� subire pure una sorta di "raffreddamento
elettrico" al punto da diminuire l'energia cinetica media degli
elettroni di quel tanto che consenta agli ioni del catodo di "tenerli al
guinzaglio" impedendogli di scappare troppo lontano).

2) Un'atmosfera viene trattenuta attorno a un pianeta dalla forza
gravitazionale (che, fornendole un peso, contrasta la tendenza a
espandersi datale dalla temperatura, contrasto che manifestandosi sotto
forma di "pressione" fa s� che detta atmosfera venga confinata entro un
volume che dovrebbe essere definito dall'equilibrio tra la sua energia
cinetica interna - sotto forma di temperatura - e l'attrazione
gravitazionale che viene esercitata su detto volume - sotto forma di
"peso").

A me pare che, se si sostituisce l'attrazione gravitazionale con
l'attrazione elettrostatica esercitata sugli elettroni "persi" dagli
atomi del catodo ionizzati dalla temperatura, il volume e la "pressione"
dell'atmosfera di elettroni dovrebbe essere governata - in assenza di
campi elettrici - da un equilibrio simile. E' corretto? E se � cos�,
qual'� l'equazione che definisce tale equilibrio? Dovrebbe essere, per
entrambi i casi, un equilibrio di forze contrastanti che si annullano ma
non ho idea di come si quantifichino numericamente tali forze.

En passant: riflettendo sull'atmosfera in quanto tale mi � venuto da
pensare che essa, per essere trattenuta da un determinato campo
gravitazionale, non debba superare una certa temperatura critica oltre
la quale l'energia cinetica interna ad essa non pu� pi� essere
contrastata dal campo gravitazionale del pianeta - e dovrebbe essere una
temperatura da conferire a tale atmosfera una pressione tale da far s�
che la sua velocit� di espansione sia superiore alla velocit� di fuga
definita dal campo gravitazionale che dovrebbe trattenerla. E' un
ragionamento corretto?


Spero di non aver detto troppe corbellerie (non sono un fisico!) e spero
di aver invogliato qualcuno a rispondermi: la faccenda mi interessa un
sacco!

Ciao!
Piercarlo

PS1 - Qualcuno mi sa consigliare qualche testo dove si possa andare a
"lurkare" un po' meglio la faccenda atmosfera/sua temperatura/intensit�
di campo gravitazionale richiesta per confinarla? Meglio ancora sarebbe
un link.

PS2 - Meglissimo ancora sarebbe un altrobel link che tratti in maniera
ragionevolmente esauriente questa faccenda dell'emissione termoionica e
della formazione (e successiva limitazione) della nuvola di elettroni.

PS3 - Lo scopo del tutto � arrivare a definire per benino le
caratteristiche della carica spaziale in assenza di campi elettrici in
modo da semplificare (relativamente) le cose una volta che questi campi
elettrici vengano effettivamente applicati (partendo dal tubo pi�
semplice, il diodo, per poi passare a quelli con una o pi� griglie).

Ciao!
Received on Thu Oct 23 2003 - 23:23:18 CEST