Termoelektronska emisija

Termoelektronska emisija (termoelektrična, termojonska emisija) je pojava izbacivanja elektrona sa površine zagrejanog metala. Do nje dolazi ako je energija prenesena na elektron zagrevanjem metala veća od privlačnih sila koje ga vezuju sa metalom.

Termoelektronska emisija je prvobitno dokazana sa užarene metalne niti, kao u sijalicama. Kasnije je iskorišćena u elektronskim cevima.

Nosioci naelektrisanja mogu biti elektroni ili joni, pa se u literaturi naziva još i termojonska (termoionska) emisija. Termoelektronska emisija se ponekad još naziva i Edisonov efekat.

Primer termoelektronske emisije je emisija elektrona sa katode u elektronskim cevima. Elektroni koji su otišli sa površine se stalno nadomještaju novima iz izvora električne energije, i stalan tok elektrona je omogućen.

Temperatura potrebna za značajniju emisiju varira od materijala (radna funkcija), prisustva nečistoća, jačine električnog polja, i od drugih uslova.

Ričardsonov zakon

Godine 1901. naučnik Oven Ričardson je eksperimentima došao do približne formule za proračun gustine struje elektrona emitovane sa površine zagrejanog metala. Pronađeno je da je emisija proporcionalna kvadratu apsolutne temperature.

$J=A_{\mathrm {G} }T^{2}\mathrm {e} ^{-W \over kT}$

gdje je J gustina struje [A/m²], T je termodinamička temperatura metala kelvin (K), W je radna funkcija metala, k je Bolcmanova konstanta, i A_G je parametar:

$A_{\mathrm {G} }=\;\lambda _{\mathrm {R} }A_{0}$

gdje je λ_R poseban faktor, specifičan o materijalu, koji je približno 0.5, i A₀ je univerzalna konstanta data sa:

$A_{0}={4\pi mk^{2}e \over h^{3}}=1.20173\times 10^{6}\,\mathrm {A\,m^{-2}\,K^{-2}}$

gdje su m i −e masa i naelektrisanje elektrona, a h je Plankova konstanta.

Čajld-Langmuir zakon ili Tripolovinski zakon

Grafik Čajld-Langmuirovog zakona (zavisnost struje od anodnog napona u elektronskoj cijevi).

Ovaj zakon se odnosi na jačinu struje (prostorno naelektrisanje) u idealizovanoj vakuumskoj diodi sa paralelnim pločama. Poznat je i kao „Tripolovinski zakon“, zbog eksponenta u formuli. Prilično tačno određuje parametre elektronskih cijevi čak i sa uzetim pojednostavljenjima.

Zakon ukazuje na to da je struja u vakuumskoj diodi približno proporcionalna naponu anode sa eksponentom 3/2.

$I_{a}=JS=2.33\times 10^{-6}{\frac {S{V_{a}}^{3/2}}{d^{2}}}$.

Gdje je $V_{a}$ anodni napon, $I_{a}$ je anodna struja, $J$ gustina struje, i $S$ površina elektrode.

Ovo je pretpostavljeno:

1. Elektrode su planarne, paralelne, ekvipotencijalne površine beskonačnih dimenzija.
2. Elektroni imaju brzinu jednaku nuli pri izlasku iz katode.
3. U međuelektrodnom prostoru se nalaze samo elektroni.
4. Struja je ograničena prostornim naelektrisanjem.
5. Anodni napon je konstantan.

Vidi još

• Elektronska cijev
• Vakuumska dioda
• Katodna cijev
• Fotoelektrični efekt

Literatura

• Rad elektronskih cijevi

Spoljašnje veze

• O elektronskim cijevima i termoelektronskoj emisiji
• Derivacije jednačina vezanih za termoelektronsku emisiju Arhivirano na sajtu Wayback Machine (5. februar 2012)