imported>Qniemiec: Gestrafft

2025-03-26T13:32:55Z

Gestrafft

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Eine '''Kathode''' [{{IPA|kaˈtoːdə}}] (von [[Altgriechische Sprache|altgriechisch]] {{lang|grc|κάθοδος}} ''káthodos'' „Rückweg“, wörtlich „Weg nach unten“),<ref>[[Wilhelm Gemoll]]: ''Griechisch-Deutsches Schul- und Handwörterbuch.'' 9. Auflage. Freytag, München u. a. 1965.</ref> auch '''Katode''', ist eine [[Elektrode]], durch die [[Elektron]]en einem Raum, meist einem Bauteil, zugeführt werden. In dem Raum kann ein [[Vakuum]] (s. [[Elektronenröhre]]), ein [[Gas]] (s. [[Gasentladungsröhre]]), ein [[Plasma (Physik)|Plasma]] oder ein [[Elektrolyt]] vorliegen. Entsprechend der Definition können an einer Kathode [[Reduktion (Chemie)|Reduktionsreaktionen]] ablaufen, z. B. [[Elektrische Ladung|positive]] [[Ion]]en ([[Kation]]en) entladen werden.

Die Kathode ist die Gegenelektrode zur [[Anode]]. Befinden sich Ionen oder freie Elektronen zwischen diesen Elektroden, so wandern bei [[Stromfluss|Stromdurchgang]] die Kationen zur Kathode, die [[Anion]]en oder freien Elektronen zur Anode.

Entsprechend der [[Elektrischer Pol|elektrischen Polarität]] zwischen den Elektroden wird einer Kathode dabei entweder der Pluspol (+) oder der Minuspol (−) zugeordnet:
* bei freiwillig ablaufenden [[Redoxreaktion]]en, wie dem Entladevorgang von [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterien]] oder [[Akkumulator]]en, ist die Kathode die positive Elektrode;
* bei einer durch angelegte [[Elektrische Spannung|Spannung]] erzwungenen Redoxreaktion, wie der [[Elektrolyse]] oder dem Aufladen ''wiederaufladbarer'' Batterien (Akkumulatoren), ist die Kathode die negativ polarisierte Elektrode.

== Chemie ==
[[Bild:Copper cathode 2.png|mini| [[Halbzelle]] einer [[galvanische Zelle|galvanischen Zelle]] mit einer Kathode aus [[Chemisches Element|elementarem]] [[Kupfer]]. In der [[wässrige Lösung|wässrigen]] [[Phase (Materie)|Phase]] liegt gelöstes [[Kupfersulfat]] vor. i zeigt die [[Elektrische Stromrichtung|''technische'' Stromrichtung]] ]]

In der [[Chemie]] ist eine Kathode die Elektrode, an der eine [[Reduktion (Chemie)|Reduktionsreaktion]] stattfindet. Elektronen werden über einen [[elektrischer Leiter|elektrischen Leiter]] zugeführt und über diese Elektrode an die chemischen Reaktionspartner abgegeben. Die [[elektrochemie|elektrochemische]] Reaktion findet immer an der [[Phasengrenze]] zwischen der Elektrode und dem [[Elektrolyt]] statt. Der Elektrolyt kann eine [[Lösung (Chemie)|Lösung]], ein [[Ionenleiter|ionenleitender]] [[Feststoff]] oder eine elektrolytische [[Schmelze]] sein.

Beispiele für ''Kathodenreaktionen'':

[[Metallabscheidung|Abscheidung]] von elementarem [[Kupfer]] als Teilreaktion in einem [[Daniell-Element]]:

{{Formel|formel=<chem>Cu^{2+} (aq) + 2 e- -> Cu^{0} (s)</chem>}}

Freisetzung von gasförmigem [[Wasserstoff]] als Teilreaktion der [[Wasserelektrolyse]]:

{{Formel|formel=<chem>2 H3O+ (aq) + 2 e- -> H2 (g) + 2 H2O (l)</chem>}}

== Elektrotechnik ==
[[Bild:Röhre daf96 direkte heizung.jpg|mini|Kathode (glühender Draht) in einer [[Elektronenröhre]]]]
In der [[Elektrotechnik]] ist die Kathode eine Elektrode einer [[Elektronenstrahlröhre]], [[Leuchtstofflampe]] (mit dem Spezialfall ''Kaltkathodenlampe''), [[Diode]], [[Brennstoffzelle]], [[Bleiakkumulator]] und so weiter.

Dabei ist die Kathode die Elektrode, an der Elektronen in das umgebende Medium ([[Elektrolyt]], [[Vakuum]], [[Silizium]]) übergehen. Elektronen bewegen sich im betrachteten Bauelement von der Kathode zur Anode, um dann durch den außen liegenden elektrischen Stromkreis von der Anode zur Kathode zu fließen. Da sich die Bezugsrichtung für den Stromfluss auf positive Ladungsträger bezieht und damit der Bewegungsrichtung von Elektronen entgegengerichtet ist, fließt also der Strom im äußeren Stromkreis von der Kathode zur Anode. Innerhalb des betrachteten Bauteils fließt der Strom von der Anode zur Kathode; der Stromkreis ist geschlossen.

Diese Aussage hat nichts damit zu tun, ob das Potential der Anode höher oder niedriger als das Potential der Kathode ist (mit anderen Worten: ob die Spannung von Anode zu Kathode positiv oder negativ ist). Dafür gibt es die Begriffe Pluspol und Minuspol. Dabei ist das Potential des Pluspols immer höher als das Potential des Minuspols. Daher ist die Spannung vom Pluspol zum Minuspol immer größer als null. Damit geben Pluspol und Minuspol die Spannungsrichtung an, während Anode und Kathode mit der Stromrichtung einhergehen.

Bei Bauteilen, bei denen die Anode positive Spannung gegenüber der Kathode aufweist, wird elektrische Energie in eine andere Energieform (Wärme, chemische Energie, …) gewandelt, z. B. bei einer Diode, einer Kathodenstrahlröhre oder einem Akkumulator, der geladen wird.

Bei Bauteilen, bei denen die Anode negative Spannung gegenüber der Kathode aufweist, wird elektrische Energie auf Kosten einer anderen Energieform (z. B. chemischer Energie) an den äußeren elektrischen Stromkreis abgegeben, z. B. bei einer Brennstoffzelle oder einem Akkumulator, der entladen wird.

* Wenn eine angelegte Spannung die materialspezifische [[Austrittsarbeit]] der negativen Elektrode überschreitet, treten aus dem Material Elektronen aus ([[Feldemission]]); das Material wird an dieser Stelle zur Kathode.
* Die materialbestimmte [[Austrittsarbeit]] wird leichter aufgebracht, wenn man zusätzliche Energie zuführt – beispielsweise durch steigende Temperatur. Eine wichtige Anwendung dieses Effektes ist die Glühkathode ([[Glühemission]]) bei einer [[Elektronenröhre#Heizung|Verstärkerröhre]].
* Wenn man zusätzliche Energie durch Bestrahlung mit Licht zuführt, spricht man von einer [[Photokathode]] (vergl. [[Photoeffekt]]).

=== Weitere Anwendungen ===
Sehr aufwändige Kathoden findet man bei Anlagen zur [[Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung]] (HGÜ), zum Beispiel in Form von in der See verlegten riesigen Kupferringen wie bei der HGÜ [[Kontek]] zwischen Deutschland und Dänemark in der [[Ostsee]] nördlich von [[Rostock]]. Ebenso findet man sie in Galvanisierbetrieben oder auch in [[Akkumulator]]en (z. B. Autobatterien) sowie im [[Korrosionsschutz#Aktiver kathodischer Korrosionsschutz|kathodischen Korrosionsschutz]].

== Literatur ==
* ''International Electrotechnical vocabulary. IEV.'' Herausgegeben von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC).

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Kathode}}
* [https://www.electropedia.org Das IEV im Internet] internationales Elektrotechnisches Wörterbuch der [[International Electrotechnical Commission]] (IEC)

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4163451-2}}

[[Kategorie:Elektrode]]
[[Kategorie:Elektrode (Elektrochemie)]]
[[Kategorie:Elektronenstrahltechnologie]]

Kathode - Versionsgeschichte

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