ما هو انبعاث الإلكترون؟
الإلكترونات هي جسيمات دون ذرية سالبة الشحنة مسؤولة عن توليد الكهرباء والمغناطيسية، تحتوي المعادن على إلكترونات حرة يمكنها الانتقال من ذرة إلى أخرى داخل المعدن، في الواقع، هذا العامل مسؤول عن التوصيل الكهربائي الممتاز، لكن إذا حاولت الإلكترونات الهروب من السطح المعدني، فلن يتمكنوا من القيام بذلك. هذا لأنّه عندما تحاول هذه الجسيمات سالبة الشحنة “الإلكترونات” ترك المعدن، يكتسب سطح المعدن شحنة موجبة.
بسبب التجاذب بين الشحنات السالبة والموجبة، يتم سحب الإلكترونات مرة أخرى إلى المعدن، لا توجد قوى لدفعهم إلى الأمام، وبالتالي تُجبر الإلكترونات على البقاء داخل المعدن بسبب قوى الجاذبية، هذا الحاجز الذي يوفره السطح المعدني لمنع هروب الإلكترونات الحرة يسمّى حاجز السطح (surface barrier).
ومع ذلك، يمكن كسر الحاجز السطحي من خلال توفير حد أدنى معين من الطاقة للإلكترونات الحرة ممّا يزيد من طاقتها الحركية وبالتالي مساعدتها على الهروب من سطح المعدن، يُعرف هذا الحد الأدنى من الطاقة بوظيفة عمل المعدن (work function of the metal)، وعندما يتم توفير وظيفة عمل للمعدن، يُعرف ما يترتب على ذلك من تحرير للإلكترونات من سطح المعدن باسم “انبعاث الإلكترون”.
تعتمد وظيفة عمل المعدن على:
- خصائص المعدن.
- نقاء المعدن.
- طبيعة السطح المعدني.
أنواع انبعاث الإلكترون:
لا يمكن انبعاث الإلكترون إلا إذا تمّ توفير طاقة كافية “مساوية لوظيفة عمل المعدن” للمعدن في شكل طاقة حرارية، طاقة ضوئية، وغيرها. اعتمادًا على مصدر الطاقة، يمكن أن تكون أنواع انبعاث الإلكترون ممّا يلي:
الانبعاث الحراري (Thermionic Emission):
في هذا النوع، يتم تسخين المعدن إلى درجة حرارة كافية لتمكين الإلكترونات الحرة من الخروج من سطحه، إذًا يكون الانبعاث هو انبعاث حراري إذا كانت الطاقة المسؤولة عنه في شكل طاقة حرارية.
انبعاث المجال (Field Emission):
في هذا النوع، يتم تطبيق مجال كهربائي قوي جدًا على المعدن الذي يسحب الإلكترونات من السطح بسبب جاذبية المجال الإيجابي، يحتوي المجال الكهربائي على طاقة كهربائية كامنة مرتبطة به، إذا كانت الشحنة (q) موجودة في فرق جهد (V)، فإنّ: (E = qV)، الانبعاث هو انبعاث مجال إذا كانت الطاقة المسؤولة عنه في شكل طاقة كهربائية.
الانبعاث الكهروضوئي (Photoelectric Emission):
في هذا النوع، يسقط ضوء تردد معين على سطح المعدن ممّا يؤدي إلى انبعاث الإلكترونات، يتكون الضوء من حزم من الطاقة تسمّى الفوتونات، تعطي العلاقة بين بلانك وأينشتاين (E = hν) طاقة حزمة الفوتون ذات الطول الموجي (ν)، إذا كان تردد الفوتونات أكبر من قيمة معينة تُعرف باسم تردد العتبة (threshold frequency)، فإنّ الإلكترونات تنبعث من سطح المعدن، هذا هو “التأثير الكهروضوئي“، هذه الإلكترونات هي الإلكترونات الضوئية.
