Co je to termionická emise?

Termionická emise, také známá jako emise termálních elektronů, je proces, při kterém se nosiče náboje, jako jsou elektrony nebo ionty, pohybují po povrchu nebo nějakém druhu energetické bariéry indukcí tepla. Nosiče náboje přirozeně omezují aktivitu; při termionické emisi se však tepelná energie zavádí do nosičů, což způsobuje, že tyto síly překonají. Důvodem schopnosti nosičů nábojů provádět tuto akci je to, že elektrony a ionty jsou mobilní a nevázané k normálním řetězcům atomové struktury, které ovlivňují jiné částice. Tyto nosiče náboje byly tradičně označovány jako „termiony“.

Jednou vlastností teorie termionické emise je to, že emisní oblast je udržována s nábojem protilehlým původnímu, ale ve stejné velikosti. To znamená, že umístění nosiče náboje před vyzařováním vytvoří pozitivní náboj v případě elektronů. To však lze změnit pomocí baterie. Emise je neutralizována, když jsou nosiče dále od oblasti, což nemá za následek změnu původního stavu.

Historicky, primární příklad thermionic emise je ten použitý v Edison efektu. Elektrony jsou emitovány z horké kovové katody, která používá polarizované elektrické zařízení k tomu, aby elektrický proud vytékal ven do vakuové trubice. To umožňuje zařízení udržovat kontrolu nad pohybem elektronů a zesílit nebo upravit elektrický signál.

Vše, co se používá pro chlazení nebo výrobu energie, využívá koncepci teorie termionické emise. Se zvyšující se teplotou roste velikost toku. Kromě tradičního použití vakuových trubic pro elektroniku lze polovodičová zařízení použít také k vytvoření termionického pohybu elektronů, což umožňuje fungování moderní technologie.

Termionika byla poprvé ohlášena Frederickem Guthriem v roce 1863. Dokázal identifikovat změnu kladného náboje vysoce zahřáté železné koule, k níž nedošlo, pokud byl objekt negativně nabit. Teprve v roce 1880 však Thomas Edison tuto vědu snadno využil. Při práci s jeho žárovkami si všiml, že některé oblasti zůstaly temné. To mu umožnilo identifikovat tok elektronů vlivem tepla, což vedlo k vytvoření diody.

Richardsonův zákon popisuje důvod, proč jsou elektrony schopny proudit tímto způsobem. Konkrétně kovy obsahují v atomové struktuře dva elektrony, které jsou schopny se pohybovat z atomu na atom. V roce 1928 sir Owen Willans Richardson, britský fyzik, zjistil, že některé elektrony byly schopny opustit atom bez návratu. Tento proces vyžaduje určité množství energie v závislosti na kovu. Termín pro tento efekt je pracovní funkce .