L’emissione termoionica, nota anche come emissione termica di elettroni, è il processo mediante il quale i portatori di carica, come elettroni o ioni, si spostano su una superficie o su una sorta di barriera energetica per induzione di calore. I portatori di carica limitano naturalmente l’attività; tuttavia, nell’emissione termoionica, l’energia termica viene introdotta nei vettori, facendoli vincere queste forze. La ragione dietro la capacità dei portatori di carica di eseguire questa azione è perché gli elettroni e gli ioni sono mobili e non legati alle normali catene della struttura atomica che influenzano altre particelle. Tradizionalmente, questi portatori di carica venivano chiamati “thermions”.
Una proprietà della teoria dell’emissione termoionica è che la regione di emissione è sostenuta da una carica opposta all’originale ma di uguale grandezza. Ciò significa che la posizione del portatore di carica prima dell’emissione genererà una carica positiva nel caso degli elettroni. Tuttavia, questo può essere modificato utilizzando una batteria. L’emissione viene neutralizzata quando i vettori sono più lontani dalla regione, non modificando lo stato originale.
Storicamente, l’esempio principale di emissione termoionica è quello utilizzato nell’effetto Edison. Gli elettroni vengono emessi da un catodo di metallo caldo, che utilizza un dispositivo elettrico polarizzato per far fluire la corrente elettrica in un tubo a vuoto. Ciò consente a un dispositivo di mantenere il controllo sul movimento degli elettroni e di amplificare o modificare il segnale elettrico.
Qualsiasi cosa usata per raffreddare o generare energia utilizza il concetto della teoria dell’emissione termoionica. All’aumentare della temperatura, l’entità del flusso aumenta. Oltre all’uso tradizionale dei tubi a vuoto per l’elettronica, i dispositivi a stato solido possono essere utilizzati anche per creare il movimento termoionico degli elettroni, consentendo il funzionamento della tecnologia moderna.
La termionica fu segnalata per la prima volta da Frederick Guthrie nel 1863. Fu in grado di identificare un’alterazione nella carica positiva di una sfera di ferro altamente riscaldata che non si verificava se l’oggetto era caricato negativamente. Tuttavia, fu solo nel 1880 che la scienza fu prontamente imbrigliata da Thomas Edison. Quando lavorava con le sue lampadine a incandescenza, notò che alcune aree rimanevano oscurate. Questo gli ha permesso di identificare il flusso di elettroni dovuto al calore, con conseguente creazione del diodo.
La legge di Richardson descrive il motivo per cui gli elettroni sono in grado di fluire in questo modo. Nello specifico, i metalli contengono due elettroni nella struttura atomica che sono in grado di spostarsi da un atomo all’altro. Nel 1928, Sir Owen Willans Richardson, un fisico britannico, scoprì che alcuni elettroni erano in grado di lasciare l’atomo senza tornare indietro. Questo processo richiede una certa quantità di energia a seconda del metallo. Il termine per questo effetto è funzione di lavoro.