Emisja termoelektronowa - Polski Serwis Naukowy

Emisja termoelektronowa - emisja elektronów przez rozgrzane ciała, w wyniku cieplnego pobudzenia elektronów. Dla większości ciał emisja termoelektronowa zachodzi w temperaturach powyżej 1000 kelwinów, a dla trudnotopliwych metali w temperaturach powyżej 2000K.

Zjawisko znalazło szerokie zastosowanie w lampach elektronowych.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola 2H na jeden mol 1H, 0,0003799 mola 17O na jeden mol 16O i 0,0020052 mola 18O na jeden mol 16O[1].

Owen Willans Richardson (ur. 26 kwietnia 1879 w Dewsbury, zm. 15 lutego 1959 w Alton koło Londynu) – angielski fizyk, laureat Nagrody Nobla w 1928 za prace dotyczące elektronów, a w szczególności za odkrycie prawa nazwanego jego imieniem.

Historia

Zjawisko to było wzmiankowane w 1873 roku przez Guthrie, opisuje on że silnie rozgrzane żelazo umieszczone w próżni wysyła ładunki ujemne, ale nigdy nie udało mu się uzyskać ładunków dodatnich. Powtórnym odkrywcą był Thomas Edison (13 lutego 1880), który badał konstruowane przez siebie żarówki. On także zauważył jednokierunkowość prądu płynącego w bańce między rozgrzanym włóknem a zimną elektrodą.

Lampa próżniowa to jeden z rodzajów lamp elektronowych, której najbardziej charakterystyczną cechą jest maksymalnie niskie ciśnienie gazów wewnątrz bańki. Aby pochłonąć śladowe ilości pozostałych gazów, napyla się od środka getter dający charakterystyczną lustrzaną powierzchnię.

Emisja elektronów to zjawisko fizyczne polegające na wyrzucaniu elektronów z przewodnika, półprzewodnika a w wyjątkowych przypadkach też z izolatorów do otoczenia. Do wyrzucenia elektronu z ciała potrzebna jest energia do pokonania przyciągania ciała w ilości równej lub większej niż praca wyjścia. W zależności od źródła energii dostarczanej emitowanym elektronom rozróżniane są:

Brytyjski fizyk John Ambrose Fleming zastosował opisane przez Edisona zjawisko do detekcji fal radiowych konstruując dwuelektrodową lampę próżniową (diodę), którą opatentował 16 listopada 1904 roku.

Owen Richardson badał zjawisko emisji termoelektronowej sformułował wzór określający gęstość prądu emisji i otrzymał w 1928 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za "prace dotyczące termoemisji elektronów, a w szczególności za odkrycie prawa nazwanego jego imieniem".

Prawo Richardsona

Rozgrzany metal lub tlenek metalu emituje elektrony. Gęstość prądu emisji J określona jest wzorem:

Sir John Ambrose Fleming (ur. 29 listopada 1849 r. w Lancaster, zm. 18 kwietnia 1945 r. w Sidmouth) – fizyk, elektrotechnik i radiotechnik angielski. W 1904 skonstruował diodę próżniową.

Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.

$J = A T^2 e^{ - W\over k T}$

Gdzie A, zwana stałą Richardsona, określona jest wzorem: $A=\frac{4\pi mk^{2}e}{h^{3}}=1,20173\cdot 10^{6}\frac{\operatorname{A}}{\operatorname{m}^{2}\operatorname{K}^{2}}$

T jest temperaturą w kelwinach,

W jest pracą wyjścia elektronu z metalu,

k jest stałą Boltzmana,

m i e to masa i ładunek elektronu,

h to stała Plancka.