Tenaga Kinetik & Halaju Elektron Dalam Tiub Sinar Katod

Apabila suatu voltan, V, dikenakan merentasi katod dan anod suatu senapang elektron, tenaga elektrik yang dibekalkan kepada setiap elektron ialah eV, dimana cas elektron, e = 1.6 x 10^-19 C.

Tenaga kinetik dan halaju elektron.

Anggapkan bahawa elektron-elektron dipecutkan dari halaju sifar pada katod hingga halaju akhir, v, pada anod.

Contoh

Dalam sebuah tiub televisyen, elektron yang dipancarkan dari suatu senapang elektron dipecutkan oleh voltan 10 kV sebelum menghentam skrin. Hitungkan,

a) Tenaga elektrik yang dibekalkan kepada setiap elektron.

b) Halaju akhir setiap elektron itu.

[Cas elektron, e = 1.6 x 10^-19 C ; jisim elektron, m = 9.1 x 10^-31 kg]

Penyelesaian:

Sinar Katod

Sinar katod (cathode rays) terdiri daripada alur elektron berhalaju tinggi yang bergerak mengikut garis lurus.

Tiub sinar katod adalah tiub vakum yang terdiri daripada tiga bahagian utama, iaitu:

1. Senapang elektron (electron gun).
2. Sistem pemesongan (deflection system).
3. Skrin pendarfluor (fluorescent screen).

Senapang elektron terdiri daripada katod dan anod yang disusun secara linear dalam suatu tiub vakum.

Senapang elektron.

Katod dipanaskan oleh filamen untuk memancarkan elektron.

Suatu voltan yang tinggi dikenakan merentas anod dan katod supaya elektron-elektron dapat dipecutkan (accelerated) dengan halaju yang tinggi ke arah anod.

Elektron-elektron ini menumpu sebagai suatu alur elektron yang halus selepas melalui lubang halus dalam silinder anod. Alur elektron yang halus ini dipanggil sinar katod.

Sinar katod kemudiannya menghentam skrin pendarfluor untuk menghasilkan tompok cahaya dengan menukarkan tenaga kinetiknya kepada tenaga cahaya.

Alat-alat berdasarkan prinsip operasi ini termasuklah tiub gambar televisyen, monitor komputer, osiloskop sinar katod (O.S.K.), skrin radar dan tiub sinar-X.

Ciri-ciri Sinar Katod

• Sinar katod bergerak mengikut garis lurus.
• Sinar katod menyebabkan zink sulfida (salutan pada skrin pendarfluor) berpendarfluor disebabkan ia mempunyai tenaga kinetik yang tinggi.
• Sinar katod dipesongkan oleh medan elektrik dan medan magnet kerana sinar katod ialah zarah bercas negatif.
• Sinar katod menghasilkan kesan pengionan apabila melalui udara atau gas.
• Sinar katod boleh menembusi kertas atau lapisan grafit yang amat nipis.
• Apabila sinar katod ditembak kepada sasaran logam seperti tungsten, sinar-X akan terhasil.

Pancaran Termion

Permukaan sesuatu logam mempunyai banyak elektron-elektron bebas. Walau bagaimanapun, elektron-elektron ini terikat pada permukaan logam tersebut kerana tidak mempunyai tenaga kinetik yang mencukupi untuk membebaskan diri, dan juga daya tarikan nukleus atom.

Apabila filamen tungsten (tungsten filament) dipanaskan pada suhu sekitar 2500 K, elektron-elektron mula dipancarkan (emitted).

Ini adalah kerana beberapa elektron telah mendapat tenaga kinetik yang mencukupi bagi membebaskan diri dari permukaan logam dan terbebas ke persekitaran.

Kesan ini dikenali sebagai pancaran termion (thermionic emission), iaitu suatu proses yang melibatkan pelepasan elektron dari permukaan logam panas (hot metal surface).

Pancaran termion adalah mirip (analogous) kepada proses penyejatan air (evaporation of water), iaitu pengewapan molekul-molekul cecair yang dipanaskan.

Kadar pancaran termion boleh ditingkatkan dengan;

1. Menaikkan suhu logam (filamen).
   
2. Menambahkan luas permukaan logam.
   
3. Menyalut katod logam dengan oksida bumi beralkali (barium dan strontium).