Cathode

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Cathode en cuivre

La cathode[1] d'un appareil passif parcouru par un courant continu est l'électrode d'où, en courant conventionnel, sort le courant (en courant électronique, électrode où entrent les électrons). Pour une résistance, c'est l'électrode reliée au pôle négatif du générateur ; pour une pile électrique faisant office de générateur, c'est l'électrode positive[2].

Dans une électrolyse active en chimie, avec fourniture d'énergie électrique, la cathode est par définition là où sont contraints (par le champ électrique) de se diriger les ions positifs ou cations[3].

En chimie[modifier | modifier le code]

La cathode est le siège de la réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Dans une pile électrique qui débite, elle correspond à la borne positive (+) et dans le cas d'un électrolyseur, à la borne négative du générateur extérieur (l'électrolyse peut être vue comme la réaction inverse de celle qui se produit naturellement dans une pile, d'où l'inversion des polarités). Ces deux fonctions alternent dans le cas d'un accumulateur, selon qu'il débite ou qu'il se charge.

Les applications industrielles sont nombreuses : par exemple, la réduction électrolytique de l'aluminium est à la base de la production de l'aluminium; la cathode est un élément essentiel de la cuve d'électrolyse.

Tubes électroniques[modifier | modifier le code]

Dans un tube électronique (lampe radio) les électrons (qui portent des charges négatives) circulent de la cathode vers l'anode. Ils sont émis par la cathode grâce à l'effet thermoïonique. Celle-ci est constituée d'un petit tube de nickel revêtu d'oxyde de baryum et de strontium, matériaux qui favorisent l'émission d'électrons à des températures inférieures à 1 000 °C. La cathode est chauffée par le filament en tungstène isolé par un revêtement réfractaire glissé à l'intérieur du petit tube. On dit que la cathode est à chauffage indirect. Autrefois les tubes étaient à chauffage direct, c'est-à-dire que la cathode et le filament ne faisait qu'un. Le filament était en tungstène thorié et devait être chauffé à des températures proches de 1 500 °C.

Les rayons cathodiques sont un flux d'électrons émis par une cathode placée dans un tube renfermant un gaz à très faible pression et accélérés par un champ électrique. C'est l'étude des rayons cathodiques dans les années 1890 qui a permis la découverte de l'électron.

Le tube cathodique ou « tube à rayons cathodiques » est un tube électronique traversé par un faisceau d'électrons émis par une cathode à chauffage indirect et venant frapper un écran électroluminescent.

La presque totalité des téléviseurs et une grande partie des écrans d'ordinateurs étaient, jusqu'au début des années 2000, équipés de tubes cathodiques. Ceux-ci sont remplacés par des technologies plus avantageuses : écran à plasma ou écran à cristaux liquides.

Semi-conducteurs[modifier | modifier le code]

Symboles d'une diode à vide et d'une diode à semiconducteur. La lettre « k » indique la cathode.

Pour une diode à jonction PN, la cathode correspond à la région dopée N.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. du grec κατα, cata, vers le bas, et ὁδος, hodos, chemin
  2. Étymologiquement, la cathode signifie la voie vers le bas ou du bas, car les dispositifs techniques des premières piles plaçaient toujours la cathode en bas et l'anode en haut. On notera que l'interprétation de Michael Faraday, d'habitude si lumineux dans ses conférences, développée dans l'article "anode", est, aux yeux des praticiens, mystique.
  3. Les électro-chimistes rappellent de façon mnémotechnique dans les cas simples qu'il s'agit de la voie (hôdos en grec scientifique, à l'origine du suffixe ode) forcée des cations (préfixe cat, du préfixe grec cata, soit "bas, en bas, en profondeur"). Les électrons nécessaires à la réaction de réduction des cations ou, d'une manière générale, des composés les plus facilement réductibles sont fournis par la cathode. En effet, les électrons tendent en effet à s'y accumuler à cause de la résistance global du mélange électrolysé. Une expression triviale des techniciens de cathode met en lumière cette description: la cathode grouille d'électrons.