Válvula termoiônica

Em 1879 Thomas Alva Edson mostrou publicamente uma de suas mais populares invenções: a lâmpada de filamento incandescente. A lâmpada de Edson era constituída de um filamento condutor em um bulbo de vidro no qual era feito vácuo no seu interior. Passando corrente no filamento este se aquecia (devido ao conhecido efeito Joule) até tornar-se incandescente, emitindo luz. O vácuo no interior do tubo evitaria a oxidação do filamento e a consequente queima. Em continuação a suas pesquisas com as lâmpadas de filamento, Edson descobriu em 1883 que podia detectar uma corrente elétrica fluindo, através do vácuo, do filamento quente para uma placa condutora também no interior do bulbo. Ele observou que a corrente fluía apenas quando a placa estava com uma tensão positiva relativa ao filamento. Thomas Edison havia descoberto o que na época foi chamado de Efeito Edson e mais tarde ficou conhecido como efeito Termiônico. Na verdade, ele havia inventado a primeira válvula eletrônica, ou diodo a vácuo, sem haver se dado conta do significado desta descoberta. O efeito Termiônico consiste no fato que, quando um metal é aquecido a ponto de tornar-se incandescente, os seus elétrons de condução, responsáveis pela condutividade elétrica e térmica, tornam-se quase livres sobre a superfície do condutor. Normalmente, para iniciar uma descarga elétrica entre dois condutores, mesmo no vácuo, é necessário aplicar entre eles tensões muito altas, da ordem de vários milhares de volts. Isto se deve à chamada função trabalho do condutor, isto é, à energia mínima necessária para arrancar um elétron da superfície deste condutor. Quando o condutor é aquecido, a sua função trabalho decresce até ficar com valor próximo de zero, tornando os elétrons quase livres. Neste caso, a aplicação de uma pequena diferença de potencial, positiva em relação ao filamento quente, atrairá estes elétrons para uma placa condutora próxima. O filamento quente funciona como cátodo, que libera elétrons, enquanto a placa será o ânodo que coleta os elétrons, estabelecendo entre estes dois elementos uma corrente elétrica. No entanto, se invertermos a polaridade da tensão aplicada, tornando a placa negativa em relação ao filamento, não haverá corrente elétrica, pois para arrancar elétrons da placa fria em direção ao filamento será necessária uma tensão muito maior. Este é o princípio do funcionamento da válvula eletrônica ou diodo a vácuo. Se colocarmos o diodo a vácuo em um circuito elétrico, ele deixará passar corrente elétrica em um sentido, mas não no outro, sendo por isto chamada de válvula. Esta válvula é chamada diodo, por possuir apenas dois elementos. Ela foi aperfeiçoada pelo engenheiro inglês J. A. Fleming que em 1904 a patenteou, mostrando como poderia ser utilizada para retificar uma corrente oscilatória e para montar um detector de ondas de rádio. Um dispositivo um pouco mais complicado foi desenvolvido em 1906 pelo engenheiro americano Lee Forest. É a chamada válvula de três elementos (tríodo), que veio a ser substituída mais tarde pelo transistor, nos aparelhos modernos. Repare na figura ao lado. Ela representa dois cilindros concêntricos e um fio finíssimo no seu eixo comum. O cilindro exterior, chamado placa, é feito de uma sólida lâmina de metal, enquanto o outro, chamado grade, é feito de uma tela de metal fina, ou uma bobina helicoidal bem fechada (um tipo de mola). O fio central (filamento) é aquecido por uma corrente elétrica até ficar incandescente e, por efeito termiônico, libera elétrons. Se aplicarmos uma tensão positiva ao cilindro exterior (a placa) relativa ao filamento aquecido, os elétrons fluirão do filamento para a placa, tal como numa válvula de dois elementos. Suponhamos que agora carregamos a grade com um potencial negativo, em relação ao filamento. Desta forma, os elétrons que vierem do filamento serão repelidos pela grade e não atingirão a placa. Assim, a válvula funciona como uma torneira reguladora, permitindo controlar a corrente entre o filamento e a placa. As válvulas eletrônicas, desde o primeiro diodo feito por Fleming, que o utilizou para construir um detector de ondas de rádio, a invenção do tríodo por Lee de Forest e os sucessivos aperfeiçoamentos que se seguiram nos anos seguintes levaram ao surgimento de toda a tecnologia eletrônica que conhecemos hoje. O impacto destas tecnologias na sociedade moderna passa pela era do rádio, da televisão, pelos amplificadores de som, por equipamentos eletrônicos de uso domésticos, na medicina, indústria, tecnologia aeroespacial, etc. O primeiro computador, o ENIAC I, foi construído em 1946 com 17.468 válvulas eletrônicas. Certamente a história de todas as tecnologias modernas se cruza de algum modo com a história dos tubos de raios catódicos e, em especial, com as válvulas eletrônicas. A sociedade de hoje certamente não seria a mesma sem estas tecnologias.

(Era Elétrica)

Fonte: http://www.ufrgs.br/tecnologiacomciencia/banners/tubos-raios-catodicos-09.pdf