Carica Spaziale: Definizione Esempi e Effetti

Una carica spaziale è definita come una regione dello spazio in cui si accumulano cariche elettriche, sia nello spazio libero che in un materiale dielettrico. Le cariche elettriche possono essere positive o negative e possono essere mobili o immobili. La carica spaziale può influenzare il campo elettrico, il potenziale elettrico e il flusso di corrente nella regione.

Esempi di Carica Spaziale

La carica spaziale può verificarsi in varie situazioni, come:

• Giunzioni semiconduttrici: Quando un semiconduttore p (che ha eccesso di buchi) viene a contatto con un semiconduttore n (che ha eccesso di elettroni), gli elettroni e i buchi vicini alla giunzione ricombinano, lasciando dietro ioni immobili. Questo crea una regione di carica spaziale priva di portatori di carica mobili e ha un campo elettrico che si oppone alla diffusione ulteriore delle cariche. Questa regione è anche chiamata strato di esaurimento o zona di esaurimento.

• Tubi elettronici: Quando un tubo elettronico (come un tubo a vuoto o un convertitore termionico) è alimentato, gli elettroni vengono emessi dalla catodo (l'elettrodo negativo) e si muovono verso l'anodo (l'elettrodo positivo). Tuttavia, gli elettroni impiegano un tempo finito per attraversare il tubo e possono formare una nuvola di cariche negative vicino alla catodo. Questo crea una regione di carica spaziale che respinge gli elettroni emessi e riduce il flusso di corrente. Questa regione è anche chiamata caduta della catodo o catodo virtuale.

  

La carica spaziale può avere effetti sia positivi che negativi su vari dispositivi e applicazioni, come:

• Convertitori termionici: I convertitori termionici sono dispositivi che convertono il calore in elettricità utilizzando emissione termionica, che è l'emissione di elettroni da una superficie metallica calda. La carica spaziale riduce l'efficienza e la potenza dei convertitori termionici creando una barriera aggiuntiva per gli elettroni emessi. Per superare questa barriera, sono necessarie temperature più elevate o tensioni più basse, che aumentano la perdita di calore o riducono la tensione di uscita.

• Amplificatori: Gli amplificatori sono dispositivi che aumentano l'ampiezza di un segnale di ingresso utilizzando un tubo elettronico o un transistor. La carica spaziale può migliorare le prestazioni degli amplificatori creando una tensione negativa su alcuni tubi, equivalente a fornire un bias negativo. Questo bias aiuta a controllare il processo di amplificazione e a ridurre la distorsione.

• Rumore di scossa: Il rumore di scossa è un tipo di rumore che deriva dalle fluttuazioni casuali del corrente elettrica dovute a cariche discrete. La carica spaziale può ridurre il rumore di scossa influenzando il movimento delle cariche lungo il loro percorso. Ciò riduce il numero di cariche che arrivano casualmente in un determinato punto, riducendo così la loro variazione statistica, che è il rumore di scossa.

Conclusione

      La carica spaziale è un fenomeno che si verifica quando le cariche elettriche si accumulano in una regione dello spazio, sia nello spazio libero che in un materiale dielettrico. Può avere diverse cause, come l'emissione termionica, le giunzioni semiconduttrici, il collasso dielettrico o gli alberi d'acqua. Può anche avere diversi effetti, come ridurre l'efficienza della conversione termionica, migliorare le prestazioni degli amplificatori o ridurre il rumore di scossa.

Fonte: Electrical4u

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