Thermionische Emission, auch als thermische Elektronenemission bekannt, ist der Prozess, bei dem sich Ladungsträger wie Elektronen oder Ionen durch Induktion von Wärme über eine Oberfläche oder eine Art Energiebarriere bewegen. Ladungsträger hemmen natürlich die Aktivität; bei der thermionischen Emission wird den Trägern jedoch Wärmeenergie zugeführt, wodurch sie diese Kräfte überwinden. Der Grund für die Fähigkeit der Ladungsträger, diese Aktion auszuführen, liegt darin, dass Elektronen und Ionen mobil und nicht an die normalen Ketten der Atomstruktur gebunden sind, die andere Teilchen beeinflussen. Traditionell wurden diese Ladungsträger als „Thermionen“ bezeichnet.
Eine Eigenschaft der Theorie der thermionischen Emission besteht darin, dass der emittierende Bereich mit einer Ladung aufrechterhalten wird, die dem Original entgegengesetzt ist, aber in der Größe gleich ist. Dies bedeutet, dass der Ort des Ladungsträgers vor der Emission bei Elektronen eine positive Ladung erzeugt. Dies kann jedoch mit einer Batterie geändert werden. Die Emission wird neutralisiert, wenn die Träger weiter von der Region entfernt sind, wodurch sich der ursprüngliche Zustand nicht ändert.
Historisch gesehen ist das wichtigste Beispiel für thermionische Emission diejenige, die beim Edison-Effekt verwendet wird. Elektronen werden von einer heißen Metallkathode emittiert, die ein polarisiertes elektrisches Gerät verwendet, um zu bewirken, dass elektrischer Strom in eine Vakuumröhre fließt. Dadurch kann ein Gerät die Kontrolle über die Bewegung der Elektronen behalten und das elektrische Signal verstärken oder modifizieren.
Alles, was entweder zum Kühlen oder zur Stromerzeugung verwendet wird, verwendet das Konzept der thermionischen Emissionstheorie. Mit steigender Temperatur nimmt die Größe der Strömung zu. Neben der traditionellen Verwendung von Vakuumröhren für die Elektronik können Festkörperbauelemente auch verwendet werden, um die thermionische Bewegung von Elektronen zu erzeugen, wodurch moderne Technologien funktionieren.
Thermionik wurde erstmals 1863 von Frederick Guthrie beschrieben. Er konnte eine Veränderung der positiven Ladung einer stark erhitzten Eisenkugel feststellen, die nicht auftrat, wenn das Objekt negativ geladen war. Es dauerte jedoch bis 1880, dass die Wissenschaft von Thomas Edison bereitwillig genutzt wurde. Bei der Arbeit mit seinen Glühbirnen fiel ihm auf, dass bestimmte Bereiche verdunkelt blieben. Dadurch konnte er den durch Wärme verursachten Elektronenfluss identifizieren, der zur Entstehung der Diode führte.
Das Richardson-Gesetz beschreibt den Grund, warum Elektronen auf diese Weise fließen können. Konkret enthalten Metalle zwei Elektronen in der Atomstruktur, die sich von Atom zu Atom bewegen können. 1928 stellte der britische Physiker Sir Owen Willans Richardson fest, dass einige Elektronen das Atom verlassen konnten, ohne zurückzukehren. Dieser Vorgang erfordert je nach Metall eine gewisse Energiemenge. Der Begriff für diesen Effekt ist Austrittsarbeit.