Kathode

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Keine Version gesichtet.

Eine Kathode [kaˈtoːdə] (von agr. κάθοδος kathodos, „Weg nach unten“) ist allgemein der Minuspol, also die Elektrode, die Elektronen über den elektrischen Anschluss aufnimmt und Richtung Anode weitergibt. Die Kathode (-) ist die Gegenelektrode zur Anode (+). Kationen (+) wandern zur Kathode und Anionen (−) zur Anode.

[Bearbeiten] Chemie

In der Chemie ist eine Kathode die Elektrode, an der eine Reduktionsreaktion stattfindet. Es werden dabei Elektronen über den elektrischen Anschluss aufgenommen und an die chemische Reaktion abgegeben.

Eine elektrochemische Reaktion findet immer an der Phasengrenze zwischen einer Elektrode und einer Elektrolytlösung, einem ionenleitenden Feststoff oder einer Schmelze statt. Bei einer Reduktion werden Elektronen von der Kathode an die andere Phase abgegeben, daher der Name vom griechischen "kathodos" für hinunter.

Bei einer Elektrolyse ist die Kathode die negative Elektrode, bei Batterien und Brennstoffzellen die positive Elektrode. Bei wiederaufladbaren Batterien (Sekundärelement, Akkumulator) kann die selbe Elektrode abwechselnd als Anode oder Kathode arbeiten, je nachdem, ob die Batterie geladen oder entladen wird.

Beispiele für Kathodenreaktionen:

Korrosion

Sauerstoff: O₂ + 4 e^- + 2 H₂O → 4 OH^-
Wasserstoff: H₃O⁺ + e^- → H_aq + H₂O

[Bearbeiten] Elektrotechnik

Eine Elektrode, die mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, bezeichnet man auch als Kathode. Die Gegenelektrode, die mit dem positiven Pol verbunden ist, bildet die Anode der Anordnung.

Kathoden und Anoden findet man also automatisch überall, wo eine Spannung zwischen zwei Elektroden liegt.

Wenn eine angelegte Spannung die materialspezifische Austrittsarbeit der negativen Elektrode überschreitet, treten aus der Kathode Elektronen aus (Feldemission).
Die materialbestimmte Austrittsarbeit nimmt ab, wenn man zusätzliche Energie zuführt - beispielsweise mit steigender Temperatur. Eine wichtige Anwendung dieses Effektes ist die Glühkathode (Glühemission) bei einer Verstärkerröhre.
Wenn man zusätzliche Energie durch Bestrahlung mit Licht zuführt, spricht man von einer Photokathode (vergl. Photoeffekt).

[Bearbeiten] Beleuchtungstechnik

Bei Flachbildschirmen werden sogenannte Kaltkathodenlampen zur Display-Hinterleuchtung eingesetzt. Es handelt sich dabei um Leuchtstofflampen, die häufig deutlich dünner als die üblichen Röhren ausgeführt werden. Normale Leuchtstoffröhren verfügen über eine beheizte Glühwendel, deren Temperatur den Austritt der Elektronen aus dem Draht begünstigt (Glühemission). Bei Kaltkathodenröhren (CFL-Röhren) wird hingegen die Spannung zwischen den beiden Enden der Röhre erhöht, um einen vergleichbaren Effekt zu erzielen. Hierzu ist jedoch in jedem Fall ein elektronisches Vorschaltgerät erforderlich, das die Hochspannung bereitstellt.

Der Vorteil von CFL-Röhren liegt einerseits in einer geringeren Wärmeabgabe, andererseits in der längeren Lebensdauer, da sich die Kathode nicht mehr 'abnutzt' und schließlich in der kleinen Bauform.

Die dünnen Leuchtstofflampen lassen sich vielfältig einsetzen und werden sowohl von Möbeldesignern gern eingesetzt, als auch beim PC-Modding, wo häufig der Innenbereich von Geräten beleuchtet wird. Wie bei normalen Leuchtstofflampen ist die Herstellung der Röhren in vielen verschiedenen Farben möglich.

[Bearbeiten] Weitere Anwendungen

Sehr aufwendige Kathoden findet man bei Anlagen zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung, zum Beispiel in Form von im Meer verlegten riesigen Kupferringen; ebenso in Galvanisierbetrieben oder auch in Akkumulatoren (z. B. Autobatterien).