Co to jest emisja termionowa?

Emisja termionowa, znana również jako termiczna emisja elektronów, to proces, w którym nośniki ładunku, takie jak elektrony lub jony, poruszają się po powierzchni lub jakiejś barierze energetycznej przez indukcję ciepła. Nosiciele ładunku naturalnie ograniczają aktywność; jednakże w emisji termionowej energia cieplna jest wprowadzana do nośników, powodując ich przezwyciężenie tych sił. Powodem zdolności nośników ładunku do wykonywania tego działania jest to, że elektrony i jony są ruchome i niezwiązane z normalnymi łańcuchami struktury atomowej, które wpływają na inne cząstki. Tradycyjnie te nośniki ładunku były nazywane „termionami”.

Jedną z właściwości teorii emisji termionowej jest to, że obszar emitujący jest podtrzymywany ładunkiem przeciwnym do pierwotnego, ale równej wielkości. Oznacza to, że lokalizacja nośnika ładunku przed emisją wygeneruje ładunek dodatni w przypadku elektronów. Można to jednak zmienić za pomocą baterii. Emisja jest neutralizowana, gdy nośniki są dalej od regionu, co nie powoduje zmiany stanu pierwotnego.

Historycznie głównym przykładem emisji termionowej jest ten zastosowany w efekcie Edisona. Elektrony są emitowane z gorącej katody metalowej, która wykorzystuje spolaryzowane urządzenie elektryczne, aby spowodować przepływ prądu elektrycznego do lampy próżniowej. Pozwala to urządzeniu zachować kontrolę nad ruchem elektronów oraz wzmacniać lub modyfikować sygnał elektryczny.

Wszystko, co wykorzystywane jest do chłodzenia lub wytwarzania energii, wykorzystuje koncepcję termionicznej teorii emisji. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie wielkość przepływu. Oprócz tradycyjnego zastosowania lamp próżniowych w elektronice, urządzenia półprzewodnikowe mogą być również wykorzystywane do tworzenia termionicznego ruchu elektronów, umożliwiając funkcjonowanie nowoczesnej technologii.

Po raz pierwszy o termionice pisał Frederick Guthrie w 1863 roku. Był w stanie zidentyfikować zmianę ładunku dodatniego silnie nagrzanej kuli żelaza, która nie wystąpiła, gdyby obiekt był naładowany ujemnie. Jednak dopiero w 1880 r. Thomas Edison z łatwością wykorzystał tę wiedzę. Podczas pracy z żarówkami zauważył, że niektóre obszary pozostały zaciemnione. Umożliwiło mu to identyfikację przepływu elektronów pod wpływem ciepła, co doprowadziło do powstania diody.

Prawo Richardsona opisuje przyczynę przepływu elektronów w ten sposób. W szczególności metale zawierają dwa elektrony w strukturze atomowej, które są w stanie przenosić się z atomu na atom. W 1928 roku Sir Owen Willans Richardson, brytyjski fizyk, stwierdził, że niektóre elektrony były w stanie opuścić atom bez powrotu. Proces ten wymaga pewnej ilości energii w zależności od metalu. Terminem tego efektu jest funkcja pracy .