L’émission thermoionique, également connue sous le nom d’émission thermique d’électrons, est le processus par lequel les porteurs de charge, tels que les électrons ou les ions, se déplacent sur une surface ou une sorte de barrière énergétique par induction de chaleur. Les porteurs de charge restreignent naturellement l’activité ; cependant, dans l’émission thermoionique, de l’énergie thermique est introduite dans les porteurs, les obligeant à surmonter ces forces. La raison derrière la capacité des porteurs de charge à effectuer cette action est que les électrons et les ions sont mobiles et non liés aux chaînes normales de la structure atomique qui affectent d’autres particules. Traditionnellement, ces porteurs de charge étaient appelés «thermions».
Une propriété de la théorie de l’émission thermoionique est que la région émettrice est soutenue par une charge opposée à l’originale mais de magnitude égale. Cela signifie que l’emplacement du porteur de charge avant l’émission générera une charge positive dans le cas des électrons. Cependant, cela peut être modifié à l’aide d’une batterie. L’émission est neutralisée lorsque les porteurs sont plus éloignés de la région, ce qui n’entraîne aucun changement par rapport à l’état d’origine.
Historiquement, le principal exemple d’émission thermoionique est celui utilisé dans l’effet Edison. Des électrons sont émis par une cathode en métal chaud, qui utilise un dispositif électrique polarisé pour faire sortir le courant électrique dans un tube à vide. Cela permet à un appareil de garder le contrôle sur le mouvement des électrons et d’amplifier ou de modifier le signal électrique.
Tout ce qui est utilisé pour le refroidissement ou la production d’énergie utilise le concept de la théorie de l’émission thermoionique. Lorsque la température augmente, l’amplitude du débit augmente. Outre l’utilisation traditionnelle des tubes à vide pour l’électronique, les dispositifs à semi-conducteurs peuvent également être utilisés pour créer le mouvement thermoionique des électrons, permettant à la technologie moderne de fonctionner.
La thermoionique a été signalée pour la première fois par Frederick Guthrie en 1863. Il a pu identifier une altération de la charge positive d’une sphère de fer hautement chauffée qui ne se produisait pas si l’objet était chargé négativement. Cependant, ce n’est qu’en 1880 que la science a été facilement exploitée par Thomas Edison. En travaillant avec ses ampoules à incandescence, il a remarqué que certaines zones restaient sombres. Cela lui a permis d’identifier le flux d’électrons dû à la chaleur, entraînant la création de la diode.
La loi de Richardson décrit la raison pour laquelle les électrons peuvent circuler de cette manière. Plus précisément, les métaux contiennent deux électrons dans la structure atomique qui sont capables de se déplacer d’un atome à l’autre. En 1928, Sir Owen Willans Richardson, un physicien britannique, a découvert que certains électrons étaient capables de quitter l’atome sans revenir. Ce processus nécessite une certaine quantité d’énergie selon le métal. Le terme pour cet effet est fonction de travail.