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Das Elektron

Erzeugung freier Elektronen in der Gasphase

Elektronen besitzen eine negative elektrische Ladung. Sie gehen von der Kathode (Kathodenstrahlen) aus und fliegen in Richtung der Anode. Der Vektor des elektrischen Feldes zeigt dabei von der positiven Anode zur ihr gegenüber liegenden negativ geladenen Kathode.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, freie Elektronen in der Gasphase zu erzeugen. In der Regel wird die Präparation der Elektronen unter vermindertem Druck in evakuierten Glasbehältern vorgenommen. Voraussetzung für die Herstellung von Entladungsröhren war die Entwicklung vakuumtechnischer Grundlagen. 1855 gelang dem deutschen Glasbläser und Mechaniker Heinrich Geissler (1815-1879) die Erfindung der Quecksilberluftpumpe, die auf der Erzeugung eines Torricelli-Vakuums durch abwechselndes Heben und Senken eines bewegbaren, mit Quecksilber gefüllten Glasgefäßes beruht. Diese Pumpe arbeitet nach dem Prinzip der Kolbenluftpumpe und ermöglichte die Erzeugung eines Endvakuums von 10 -6  Torr.

Verfahren zur Erzeugung freier Elektronen

Glühelektrodenemission
Im Vakuum treten Elektronen leicht aus erhitzten Kathoden ("Glühkathoden") aus. Mit steigender Elektrodentemperatur wächst die Zahl der emittierten Elektronen exponentiell, ähnlich wie der Dampfdruck einer Flüssigkeit.
Photoelektrodenemission
Energiereiches Licht (zum Beispiel UV-Licht) setzt aus Metallen und anderen Stoffen Elektronen frei ("äußerer photoelektrischer Effekt"). Hierzu können Sie sich eine Visualisierung ansehen.
Betastrahlen
β-Strahlen, die bei spontanen oder induzierten radioaktiven Zerfällen auftreten, sind schnelle Elektronen.
Stoßionisation von Gasen
In sehr starken elektrischen Feldern (Spitzenemission) werden neutrale Atome in Ionen und Elektronen gespalten (Glimmentladung, Lichtbogen).
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