Carga Espacial: Definición Ejemplos y Efectos

Una carga espacial se define como una región del espacio donde las cargas eléctricas se acumulan, ya sea en el espacio libre o en un material dieléctrico. Las cargas eléctricas pueden ser positivas o negativas, y pueden ser móviles o inmóviles. La carga espacial puede afectar el campo eléctrico, el potencial eléctrico, y el flujo de corriente en la región.

Ejemplos de Carga Espacial

La carga espacial puede ocurrir en diversas situaciones, tales como:

• Junturas de semiconductores: Cuando un semiconductor tipo p (que tiene exceso de huecos) se pone en contacto con un semiconductor tipo n (que tiene exceso de electrones), los electrones y los huecos cerca de la juntura se recombinan, dejando atrás iones inmóviles. Esto crea una región de carga espacial que está desprovista de portadores de carga móviles y tiene un campo eléctrico que se opone a la difusión adicional de cargas. Esta región también se llama capa de agotamiento o zona de agotamiento.

• Tubos electrónicos: Cuando un tubo electrónico (como un tubo de vacío o un convertidor termiónico) se alimenta con energía, los electrones son emitidos desde el cátodo (el electrodo negativo) y se mueven hacia el ánodo (el electrodo positivo). Sin embargo, los electrones toman un tiempo finito para cruzar el tubo, y pueden formar una nube de cargas negativas cerca del cátodo. Esto crea una región de carga espacial que repele a los electrones emitidos y reduce el flujo de corriente. Esta región también se llama caída del cátodo o cátodo virtual.

  

La carga espacial puede tener efectos tanto positivos como negativos en diversos dispositivos y aplicaciones, tales como:

• Convertidores termiónicos: Los convertidores termiónicos son dispositivos que convierten el calor en electricidad mediante la emisión termiónica, que es la emisión de electrones desde una superficie metálica caliente. La carga espacial reduce la eficiencia y la potencia de salida de los convertidores termiónicos al crear una barrera adicional para los electrones emitidos. Para superar esta barrera, se requieren temperaturas más altas o voltajes más bajos, lo que aumenta la pérdida de calor o disminuye la salida de voltaje.

• Amplificadores: Los amplificadores son dispositivos que aumentan la amplitud de una señal de entrada utilizando un tubo electrónico o un transistor. La carga espacial puede mejorar el rendimiento de los amplificadores al crear un voltaje negativo en algunos tubos, lo que es equivalente a proporcionar un sesgo negativo a ellos. Este sesgo ayuda a controlar el proceso de amplificación y a reducir la distorsión.

• Ruido de disparo: El ruido de disparo es un tipo de ruido que surge de las fluctuaciones aleatorias de la corriente eléctrica debido a las cargas discretas. La carga espacial puede reducir el ruido de disparo al afectar el movimiento de las cargas a lo largo de su trayectoria. Esto reduce el número de cargas que llegan de manera aleatoria a un punto dado, disminuyendo así su variación estadística, que es el ruido de disparo.

Conclusión

      La carga espacial es un fenómeno que ocurre cuando las cargas eléctricas se acumulan en una región del espacio, ya sea en el espacio libre o en un material dieléctrico. Puede tener diversas causas, como la emisión termiónica, las junturas de semiconductores, la ruptura dieléctrica o los árboles de agua. También puede tener diversos efectos, como reducir la eficiencia de la conversión termiónica, mejorar el rendimiento de los amplificadores o reducir el ruido de disparo.

Fuente: Electrical4u

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