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Arthur Wehnelt inventor do catodo revestido
com óxidos |
Arthur Rudolph Berthold Wehnelt nasceu
no Rio de Janeiro, Brasil, em 4 de abril de 1871. Seu pai Berthold
Wehnelt, um engenheiro naval, veio ao Brasil para auxiliar o desenvolvimento
da navegação. Arthur Wehnelt voltou cedo para a Alemanha
onde estudou física na universidade de Berlim e seguida na
universidade de Erlangen quando recebeu seu doutorado permanecendo
até 1906 onde publicou o seu famoso trabalho intitulado: "On
the emission of negative ions from glowing metal compounds and related-phenomena",
sobre a invenção do catodo revestido com óxido.
Em 1906 passou a lecionar na universidade de Berlim. Em 1926, torna-se
diretor do Instituto de Física.
Wehnelt se dedicou a vários estudos. Dentre eles se destacam:
descargas em gases rarefeitos, raios catódicos, raios-X, emissão
foto elétrica bem como a termo condutividade de metais.
Em 1903 durante uma experiência sobre a emissão de elétrons
em corpos quentes, notou que ao aquecer um fio de platina, repentinamente
à medida que os raios catódicos eram projetados de certa
pequena seção do mesmo surgia um intenso brilho azul.
A principio concluiu que isto poderia estar ligado a impurezas como
óxidos metálicos oriundos do sistema de vácuo
usado na rarefação dos tubos experimentais.
Partindo desta histórica experiência, como um arguto
e prático pesquisador, Wehnelt usando várias substâncias
finalmente concluiu que óxidos de metais alcalinos terrosos
eram aqueles que conseguiam emitir maior quantidade de elétrons.
Surge assim um dos mais importantes aperfeiçoamentos da válvula
termiônica, o catodo revestido com óxidos de bário,
estrôncio e cálcio, um prático e copioso emissor
de elétrons, mais conhecido como catodo de Wehnelt, que por
mais de 75 anos foi universalmente empregado na fabricação
de válvulas.
Arthur Wehnelt faleceu em 15 de fevereiro de 1944 em Berlim, Alemanha.
Sua invenção, o catodo de Wehnelt como é conhecido,
foi um enorme legado à evolução da termiônica.
CONSIDERAÇÕES
SOBRE O DESENVOLVIMENTO DO CATODO
O catodo é uma parte essencial
da válvula termiônica, pois fornece os elétrons
necessários ao seu funcionamento. Quando lhe é aplicado
o calor como forma de energia ocorre a emissão de elétrons.
O método de aquecimento do catodo serve para caracterizar
as suas duas formas, ou seja, o catodo por aquecimento direto, ou
filamento-catodo consistindo de um fio condutor aquecido pela passagem
da corrente elétrica; o catodo por aquecimento indireto,
isto é, o catodo-calefador, aquecido por radiação
ou condução onde o filamento é introduzido
num pequeno cilindro metálico cuja superfície externa
é revestida por um material adequado para produzir a emissão
de elétrons.
Filamento - catodo |
Tungstênio trefilado puro ou tântalo. |
- Boa estabilidade na emissão de elétrons
- O metal sendo puro evita a contaminação de outras partes da válvula |
- Baixa eficiência na emissão de elétrons.
-requer uma aprimorada montagem mecânica por trabalhar
em temperaturas elevadas, acima de 1700ºC, branco-brilhante |
- Uma das formas mais antigas de catodo.
- Por requere drenagem mínima de corrente são usados em válvulas
alimentadas por baterias.
(Fig 1)
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Filamento - catodo |
Tungstênio-toriado |
- eficiência na emissão de elétrons entre aquela do
catodo de tungstênio puro e com camada. menor temperatura de aquecimento 1700ºC - amarelo vivo. |
- relativo nível de contaminação uma vez que
em certas condições o tório pode ativar outras partes da válvula,
como a grade.
- a emissão dos elétrons depende da conformação da camada de tório. |
- o fio metálico de tungstênio é submetido a
um tratamento especial, com de óxido de tório, o qual é
então, reduzido a tório puro, formando uma camada mono molecular
na superfície do metal base.
(Fig. 2)
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Catodo filamento revestido |
Níquel puro ou liga de níquel |
- menor temperatura de aquecimento entre 700 - 750ºC - vermelho tênue.
- Maior eficiência na emissão de elétrons no vácuo
podendo atingir 100 mA/W |
- tende a gerar grande quantidade de gás.
- Pode gerar contaminação de outras partes da válvula. |
- No catodo por aquecimento indireto é formado
por um cilindro revestido com óxidos de terras raras, em cujo
interior existe um filamento de tungstênio ou liga de tungstênio-molibdednio.
O cilindro é aquecido por condução e radiação pelo filamento.
(Fig 3)
- Originalmente a platina foi usada como metal base.
- carbonatos de cálcio, bário ou estrôncio são reduzidos
durante o processo de rarefação a óxidos e metal puro formando
uma espessa camada sobre o metal base.
(Fig 4)
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Fig 1 - Ilustração de um catodo de fase múltipla
em tungstênio puro usada na fabricação de
válvula de transmissão para operação
em alta tensão. |
Fig 2 - Ilustração de um típico catodo
em tungstênio-toriado usado na fabricação
de válvulas de transmissão. |
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Fig. 3 - Ilustração de um catodo
aquecido indiretamente. O filamento espiralado é circundado
por finas telas recobertas com óxidos; para minimizar
as perdas do aquecimento por radiação se emprega
um sanduíche de grades de metal. |
Fig. 4 - Ilustração do catodo
com filamentos revestido com óxidos provido com blindagem
a qual permite aumentar a eficiência de emissão. |
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Fig.
5 - A primeira válvula fabricada na Alemanha em 1911
usando o catodo recoberto por óxido para operação
como um repetidor telefônico foi desenvolvido em conjunto
por Robert Von Lieben, Eugene Reisz e Sigmund Strauss, daí
originando a sua denominação como repetidor
LSR. Logo em seguida as empresas AEG, Siemens e Halske, Felton
& Guilleaume Carlswerk, A. G. e a Telefunken criaram um
laboratório para a fabricação da válvula,
conhecida como o “Lieben Konsortium”. Na ilustração
à esquerda: o repetidor LSR e a direita o contrato
onde foi estabelecido o referido consórcio.
Cortesia da "Siemens Corporate
Archives, Munich".
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