Cathode

Cathode là một điện cực vật lý từ đó dòng điện rời khỏi thiết bị điện phân cực. Dòng điện di chuyển theo hướng của các điện tích dương, trong khi các electron mang điện tích âm, do đó dòng electron di chuyển ngược lại với hướng dòng điện. Khi mạch điện được kết nối, dòng electron chảy vào điện cực.

Cực tính (polarity) của cathode so với anode có thể là âm hoặc dương. Dù các cation mang điện tích dương luôn di chuyển về phía cathode (vì vậy có tên gọi là cation) và các anion mang điện tích âm di chuyển ra xa, nhưng cực tính của cathode phụ thuộc vào loại thiết bị và có thể thay đổi theo chế độ hoạt động. Trong thiết bị tiêu thụ điện năng (như sạc pin, nạp ắc quy, điện phân đồng) cực tính của cathode là âm, trong khi trong thiết bị cung cấp điện năng (như pin hay ắc quy khi phóng điện) cực tính của cathode là dương.

• Khi ắc quy đang phóng điện hoặc trong một pin galvanic, cathode là cực dương, nơi dòng điện thoát ra khỏi thiết bị (xem hình). Dòng điện này được dẫn bên trong bởi các ion dương di chuyển từ chất điện giải tới cathode dương. Ở bên ngoài thiết bị, dòng electron di chuyển vào thiết bị, tạo ra dòng điện dương chảy ra ngoài. Ví dụ, điện cực đồng của pin galvanic Daniell là cực dương và cũng là cathode.
• Khi ắc quy đang sạc hoặc trong một buồng điện phân, cathode là cực âm, từ đó dòng điện rời khỏi thiết bị và trở về nguồn cấp điện bên ngoài. Ví dụ, đảo ngược dòng điện trong pin galvanic Daniell sẽ tạo ra một buồng điện phân, với điện cực đồng là cực dương và là anode.
• Trong một diode, cathode là cực âm nằm ở đầu nhọn của ký hiệu mũi tên, nơi dòng điện thoát ra khỏi thiết bị. Lưu ý: tên của các điện cực diode luôn được xác định theo hướng dòng di chuyển về phía trước (theo đầu nhọn của mũi tên, nơi dòng điện dễ dàng chảy qua), ngay cả với các kiểu diode như diode Zener hay pin mặt trời nơi dòng điện quan trọng là dòng theo chiều ngược lại.
• Trong các đèn điện tử chân không (bao gồm cả ống tia âm cực), cathode là cực âm nơi các electron từ mạch điện bên ngoài tiến vào thiết bị và tiếp tục trong không gian gần như chân không của ống, tạo thành dòng điện dương chảy ra ngoài thiết bị.

Điện cực mà dòng điện đi vào thiết bị, ngược lại với hướng ra, được gọi là anode (cực dương).

Ý nghĩa từ nguyên

Thuật ngữ cathode được đặt ra vào năm 1834, bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp κάθοδος (kathodos), có nghĩa là 'con đường xuống' hoặc 'xuống dốc', bởi William Whewell, người đã tư vấn cho Michael Faraday trong việc đặt tên mới cho các khái niệm liên quan đến điện phân. Faraday giải thích rằng trong một buồng điện phân khi dòng điện di chuyển qua 'chất phân hủy' theo hướng 'từ Đông sang Tây, hoặc theo hướng mà mặt trời dường như di chuyển', thì cathode là nơi mà dòng điện rời khỏi chất điện giải, nằm ở phía Tây: 'kata' nghĩa là xuống, 'odos' là con đường; đây là con đường mà mặt trời lặn.

Việc sử dụng khái niệm 'Tây' để chỉ hướng 'thoát ra' (nghĩa là 'thoát khỏi tầm nhìn') có vẻ như là một sáng tạo không cần thiết. Trước đó, Faraday đã sử dụng thuật ngữ đơn giản hơn là 'exode' (con đường dòng điện thoát ra). Ông đã thay đổi nó thành 'cathode' để bảo đảm sự chính xác trong quy ước về hướng dòng điện, vì sự chính xác của quy ước này không được biết đến vào thời điểm đó. Ông dựa vào từ trường Trái Đất, mà được cho là ổn định, để định nghĩa hướng của dòng điện trong pin sao cho nó chạy từ Đông sang Tây, như vậy 'exode' có thể không còn phù hợp nếu quy ước thay đổi. Vì vậy, 'cathode' với ý nghĩa 'điện cực Tây' vẫn chính xác hơn trong bối cảnh không thay đổi của hiện tượng thực tế dưới dòng điện, mặc dù định nghĩa gốc có thể không phản ánh chức năng của nó.

Kể từ khi phát hiện ra electron vào khoảng năm 1871, cách giải thích chính xác và dễ nhớ hơn về từ nguyên là 'cathode' bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp kathodos, nghĩa là 'con đường xuống', hoặc 'đường (xuống) vào thiết bị của electron'. Tuy nhiên, giải thích này dù chính xác về mặt kỹ thuật nhưng lại không đúng về mặt lịch sử.

Dòng electron

Dòng electron luôn chảy từ anode đến cathode khi ngoài pin hoặc thiết bị phân cực, không phụ thuộc vào loại pin, thiết bị hay chế độ hoạt động. Điều này không thay đổi trừ khi diode dẫn ngược, có thể do sự cố (đánh thủng một diode thông thường) hoặc thiết kế (đánh thủng một diode Zener, dòng quang điện của diode quang).

Trong hóa học

Trong hóa học, cathode là điện cực của pin điện hóa nơi diễn ra phản ứng khử; một mẹo dễ nhớ trong tiếng Anh là AnOx RedCat (oxy hóa ở Anode = Khử ở Cathode). Một cách hữu ích để ghi nhớ là cathode liên quan đến việc tiếp nhận cation còn anode liên quan đến việc cung cấp anion. Cathode có thể mang điện âm trong thiết bị điện phân (khi điện năng được cung cấp để phân hủy các hợp chất hóa học) và cũng có thể mang điện dương trong pin galvanic (khi phản ứng hóa học tạo ra điện năng). Cathode cung cấp electron cho các cation tích điện dương từ chất điện giải (ngay cả khi thiết bị là galvanic, nghĩa là cathode dương và dự kiến đẩy các cation tích điện dương; điều này là do sự khác biệt về thế điện cực so với dung dịch điện giải trong hệ thống anode và cathode kim loại/chất điện giải trong pin galvanic).

Dòng cathode trong điện hóa học là dòng electron từ bề mặt phân giới của cathode với chất trong dung dịch. Dòng anode là dòng electron vào anode từ các chất trong dung dịch.

• Anốt
• Điện cực quang
• Điện cực đa năng

Liên kết bên ngoài

• Trang web về Ống tia âm cực