Wat is thermionische emissie?
Thermionische emissie, ook bekend als thermische elektronenemissie, is het proces waarbij ladingsdragers, zoals elektronen of ionen, over een oppervlak of een soort energiebarrière bewegen door de inductie van warmte. Ladingsdragers beperken van nature de activiteit; bij thermionische emissie wordt echter thermische energie aan de dragers ingebracht, waardoor deze deze krachten overwinnen. De reden achter het vermogen van de ladingsdragers om deze actie uit te voeren, is omdat elektronen en ionen mobiel zijn en niet gebonden zijn aan de normale ketens van atoomstructuur die andere deeltjes beïnvloeden. Traditioneel werden deze ladingsdragers "thermions" genoemd.
Een eigenschap van de thermionische emissietheorie is dat het emitterende gebied wordt ondersteund met een lading die tegengesteld is aan het origineel, maar even groot is. Dit betekent dat de locatie van de ladingsdrager voorafgaand aan emissie een positieve lading zal genereren in het geval van elektronen. Dit kan echter worden gewijzigd met behulp van een batterij. De emissie wordt geneutraliseerd wanneer de vervoerders verder weg van het gebied zijn, waardoor de oorspronkelijke staat niet wordt gewijzigd.
Historisch gezien is het primaire voorbeeld van thermionische emissie datgene dat wordt gebruikt in het Edison-effect. Elektronen worden uitgezonden door een hete metalen kathode, die een gepolariseerd elektrisch apparaat gebruikt om ervoor te zorgen dat elektrische stroom naar een vacuümbuis stroomt. Hierdoor kan een apparaat controle houden over de beweging van de elektronen en het elektrische signaal versterken of wijzigen.
Alles wat wordt gebruikt voor koeling of voor het opwekken van stroom maakt gebruik van het concept van thermionische emissietheorie. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de grootte van de stroom toe. Naast het traditionele gebruik van vacuümbuizen voor elektronica, kunnen solid-state apparaten ook worden gebruikt om de thermionische beweging van elektronen te creëren, waardoor moderne technologie kan functioneren.
Thermionics werd voor het eerst gemeld door Frederick Guthrie in 1863. Hij was in staat om een verandering in de positieve lading van een sterk verwarmde ijzeren bol te identificeren die niet plaatsvond als het object negatief geladen was. Het was echter pas in 1880 dat de wetenschap gemakkelijk werd benut door Thomas Edison. Toen hij met zijn gloeilampen werkte, merkte hij dat bepaalde gebieden donker bleven. Hierdoor kon hij de stroom van elektronen als gevolg van hitte identificeren, wat resulteerde in de vorming van de diode.
De wet van Richardson beschrijft de reden waarom elektronen op deze manier kunnen stromen. In het bijzonder bevatten metalen twee elektronen in de atoomstructuur die van atoom naar atoom kunnen bewegen. In 1928 ontdekte Sir Owen Willans Richardson, een Britse natuurkundige, dat sommige elektronen het atoom konden verlaten zonder terug te keren. Dit proces vereist een bepaalde hoeveelheid energie, afhankelijk van het metaal. De term voor dit effect is de werkfunctie .