La emisión termoiónica, también conocida como emisión térmica de electrones, es el proceso mediante el cual los portadores de carga, como electrones o iones, se mueven sobre una superficie o algún tipo de barrera de energía por inducción de calor. Los portadores de carga restringen naturalmente la actividad; sin embargo, en la emisión termoiónica, se introduce energía térmica a los portadores, lo que hace que superen estas fuerzas. La razón detrás de la capacidad de los portadores de carga para realizar esta acción es que los electrones y los iones son móviles y no están unidos a las cadenas normales de estructura atómica que afectan a otras partículas. Tradicionalmente, estos portadores de carga se denominaban «termiones».
Una propiedad de la teoría de la emisión termoiónica es que la región emisora se mantiene con una carga opuesta a la original pero de igual magnitud. Esto significa que la ubicación del portador de carga antes de la emisión generará una carga positiva en el caso de los electrones. Sin embargo, esto se puede modificar con una batería. La emisión se neutraliza cuando los portadores están más lejos de la región, lo que no produce cambios en el estado original.
Históricamente, el ejemplo principal de emisión termoiónica es el utilizado en el efecto Edison. Los electrones se emiten desde un cátodo de metal caliente, que utiliza un dispositivo eléctrico polarizado para hacer que la corriente eléctrica fluya hacia un tubo de vacío. Esto permite que un dispositivo mantenga el control sobre el movimiento de los electrones y amplifique o modifique la señal eléctrica.
Todo lo que se utilice para enfriar o generar energía utiliza el concepto de teoría de emisión termoiónica. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la magnitud del flujo. Además del uso tradicional de tubos de vacío para la electrónica, los dispositivos de estado sólido también se pueden utilizar para crear el movimiento termoiónico de electrones, permitiendo que funcione la tecnología moderna.
La termoiónica fue reportada por primera vez por Frederick Guthrie en 1863. Pudo identificar una alteración en la carga positiva de una esfera de hierro altamente calentada que no ocurría si el objeto estaba cargado negativamente. Sin embargo, no fue hasta 1880 que Thomas Edison aprovechó la ciencia. Al trabajar con sus bombillas incandescentes, notó que ciertas áreas permanecían oscurecidas. Esto le permitió identificar el flujo de electrones debido al calor, lo que resultó en la creación del diodo.
La ley de Richardson describe la razón por la que los electrones pueden fluir de esta manera. Específicamente, los metales contienen dos electrones en la estructura atómica que pueden moverse de un átomo a otro. En 1928, Sir Owen Willans Richardson, un físico británico, descubrió que algunos electrones podían abandonar el átomo sin regresar. Este proceso requiere una cierta cantidad de energía dependiendo del metal. El término para este efecto es función de trabajo.