Catodo

La nozione di catodo è usata in fisica per riferirsi a un elettrodo negativo. L'etimologia del termine si riferisce alla parola greca kathodos, che si traduce come "percorso verso il basso".

L'estremità di un conduttore elettrico che raccoglie o trasferisce una corrente quando è in contatto con un mezzo si chiama elettrodo. Nel caso specifico dei catodi, sono elettrodi che hanno una carica elettrica negativa.

Le estremità o terminali di una batteria o cella sono chiamati poli, che possono essere negativi o positivi. Questa qualità si chiama polarità. La direzione del flusso di corrente elettrica è convenzionalmente impostata come il flusso di cariche dal polo positivo al polo negativo.

In dispositivi che forniscono energia, come le batterie, il catodo ha polarità positiva. D'altra parte, se l'elemento consuma energia, il catodo ha polarità negativa.

Al catodo si generano reazioni redox (riduzione-ossidazione) che fanno sì che un materiale, ottenendo elettroni (particelle elementari che hanno carica negativa), subisca una riduzione del suo stato di ossidazione. Negli anodi (elettrodi positivi), invece, avvengono reazioni di ossidazione, che fanno sì che un materiale perda elettroni e aumenti il suo stato di ossidazione.

Per quanto riguarda l'etimologia, è noto che il termine fu coniato dal fisico e chimico Michael Faraday, originario della Gran Bretagna, che diede grandi contributi ai campi dell'elettrochimica e dell'elettromagnetismo. Più precisamente, Faraday lo menzionò per la prima volta nel contesto delle sue indagini sperimentali sull'elettricità, nella settima serie.

Il significato che diede alla parola catodo fu quello di "uscita, percorso verso il basso", poiché la sua origine risiede in una parola greca che può essere tradotta come "percorso, verso il basso"; in questo caso, è da intendersi solo in riferimento all'elettrolita nelle cellule elettrochimiche.

Un catodo termoionico è un elettrodo che, a causa dell'effetto termoionico generato dal calore, emette elettroni; questo fenomeno è conosciuto anche come effetto Edison. Questo tipo di catodo, per esempio, è la fonte degli elettroni usati nelle valvole termoioniche.

Una delle proprietà più importanti del catodo termoionico è che può aumentare la propria temperatura da solo facendo circolare una corrente di riscaldamento attraverso di esso, o usando un filamento accoppiato termicamente. I materiali che possono emettere elettroni ad una temperatura non troppo alta sono i più efficienti per sfruttare l'effetto termoionico; alcuni dei più comuni sono leghe di tungsteno (chiamato anche tungsteno), torio e lantanidi; un'altra opzione è quella di rivestire il catodo con ossido di calcio.

I raggi catodici, invece, sono i flussi di elettroni che si possono osservare nei tubi a vuoto, che sono fatti di vetro e dotati di almeno due elettrodi, un anodo e un catodo in una configurazione chiamata diodo. Quando il catodo viene riscaldato, emette radiazioni che viaggiano in direzione dell'anodo; se le pareti di vetro interne dietro l'anodo sono rivestite con qualche materiale fluorescente, allora producono un bagliore intenso.

Questo concetto si trova nella maggior parte degli schermi televisivi e dei monitor dei decenni passati, che usavano tubi a raggi catodici, una tecnologia che emette costantemente raggi in uno schermo di vetro rivestito di piombo e fosforo per riprodurre le immagini. Il piombo protegge la persona dalle radiazioni dei raggi mentre il fosforo permette la riproduzione delle immagini.