Was ist thermionische Emission?
Thermische Emission, auch als thermische Elektronenemission bezeichnet, ist der Vorgang, bei dem Ladungsträger wie Elektronen oder Ionen durch Induktion von Wärme über eine Oberfläche oder eine Art Energiebarriere wandern. Ladungsträger hemmen auf natürliche Weise die Aktivität. Bei der thermionischen Emission wird den Trägern jedoch Wärmeenergie zugeführt, wodurch sie diese Kräfte überwinden. Der Grund für die Fähigkeit der Ladungsträger, diese Aktion auszuführen, besteht darin, dass Elektronen und Ionen beweglich sind und nicht an die normalen Ketten der Atomstruktur gebunden sind, die andere Teilchen beeinflussen. Traditionell wurden diese Ladungsträger als "Thermionen" bezeichnet.
Eine Eigenschaft der Theorie der thermionischen Emission ist, dass der emittierende Bereich mit einer Ladung entgegengesetzt zum Original gehalten wird, die jedoch gleich groß ist. Dies bedeutet, dass der Ort des Ladungsträgers vor der Emission bei Elektronen eine positive Ladung erzeugt. Dies kann jedoch mit einer Batterie geändert werden. Die Emission wird neutralisiert, wenn die Ladungsträger weiter von der Region entfernt sind, was zu keiner Änderung des ursprünglichen Zustands führt.
Historisch gesehen ist das Hauptbeispiel für thermionische Emission dasjenige, das für den Edison-Effekt verwendet wird. Elektronen werden von einer heißen Metallkathode emittiert, die mithilfe eines polarisierten elektrischen Geräts bewirkt, dass elektrischer Strom in eine Vakuumröhre fließt. Dies ermöglicht einem Gerät, die Kontrolle über die Bewegung der Elektronen zu behalten und das elektrische Signal zu verstärken oder zu modifizieren.
Alles, was zum Kühlen oder Erzeugen von Strom verwendet wird, verwendet das Konzept der Theorie der thermischen Emission. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Größe des Durchflusses zu. Neben der herkömmlichen Verwendung von Vakuumröhren für die Elektronik können auch Festkörpergeräte verwendet werden, um die thermionische Bewegung von Elektronen zu erzeugen, wodurch moderne Technologie funktioniert.
Thermionics wurde erstmals 1863 von Frederick Guthrie beschrieben. Er konnte eine Änderung der positiven Ladung einer stark erhitzten Eisenkugel feststellen, die nicht auftrat, wenn das Objekt negativ geladen war. Es war jedoch nicht bis 1880, dass die Wissenschaft leicht von Thomas Edison nutzbar gemacht wurde. Bei der Arbeit mit seinen Glühlampen bemerkte er, dass bestimmte Bereiche dunkel blieben. Dies ermöglichte es ihm, den Elektronenfluss aufgrund von Wärme zu identifizieren, was zur Entstehung der Diode führte.
Das Richardsonsche Gesetz beschreibt den Grund, warum Elektronen auf diese Weise fließen können. Insbesondere enthalten Metalle zwei Elektronen in der Atomstruktur, die sich von Atom zu Atom bewegen können. 1928 stellte Sir Owen Willans Richardson, ein britischer Physiker, fest, dass einige Elektronen das Atom verlassen konnten, ohne zurückzukehren. Dieser Vorgang benötigt je nach Metall eine gewisse Energiemenge. Der Begriff für diesen Effekt lautet Arbeitsfunktion .