Aujourd'hui, l'accent est mis sur l'émission thermionique. Des variantes du nom de l'effet, de sa manifestation dans le médium et dans le vide sont considérées. Les limites de température sont étudiées. Les composantes dépendantes de la densité de courant de saturation de l'émission thermoionique sont déterminées.
Noms de l'effet de l'émission thermoionique
Le terme "émission thermoionique" a d'autres noms. Selon les noms des scientifiques qui ont découvert et étudié ce phénomène, celui-ci est défini comme étant l'effet Richardson ou l'effet Edison. Ainsi, si une personne rencontre ces deux phrases dans le texte d'un livre, elle doit se rappeler que le même terme physique est impliqué. La confusion a été causée par le désaccord entre les publications des auteurs nationaux et étrangers. Les physiciens soviétiques ont cherché à donner aux lois des définitions explicatives.
Le terme "émission thermoionique" contient l'essence du phénomène. La personne qui voit cette phrase sur la page comprend immédiatement que nous parlons de l'émission d'électrons de température, ne reste que dans les coulisses, que cela se produit sans faute dans les métaux. Mais pour cela, il existe des définitions permettant de révéler des détails. En science étrangère, ils sont très sensibles à la primauté et au droit d'auteur. Par conséquent, un scientifique qui a été capable de réparer quelque chose reçoit un phénomène nominal et les étudiants pauvres devraient en fait mémoriser par cœur les noms des découvreurs, et pas seulement l'essence de l'effet.
Détermination de l'émission thermoionique
Le phénomène d'émission thermoionique est que les électrons sortent des métaux à haute température. Ainsi, le fer, l’étain ou le mercure chauffés sont la source de ces particules élémentaires. Le mécanisme repose sur le fait que, dans les métaux, il existe une connexion particulière: le réseau cristallin des noyaux chargés positivement est, pour ainsi dire, une base commune pour tous les électrons qui forment un nuage à l'intérieur de la structure.
Ainsi, parmi les particules chargées négativement qui se trouvent près de la surface, il y en aura toujours qui auront assez d’énergie pour quitter le volume, c’est-à-dire pour surmonter la barrière potentielle.
Température d'effet d'émission thermoionique
En raison de la liaison métallique, il y aura des électrons à la surface de tout métal qui auront suffisamment de forces pour surmonter la barrière de sortie potentielle. Cependant, en raison de la même dispersion d’énergies, une particule se sépare à peine de la structure cristalline, tandis que l’autre décolle et se déplace sur une certaine distance, ionisant le milieu qui l’entoure. Évidemment, plus le support est riche en Kelvin, plus les électrons acquièrent la capacité de quitter le volume du métal. La question se pose donc de savoir quelle est la température d'émission thermoionique. La réponse n'est pas simple et nous allons considérer les limites inférieure et supérieure de l'existence de cet effet.
Limites de température d'émission thermoionique
La connexion des particules positives et négatives dans les métaux présente un certain nombre de caractéristiques, parmi lesquelles il existe une distribution très dense des énergies. Les électrons, étant des fermions, occupent chacun leur propre créneau énergétique (à la différence des bosons, qui peuvent être tous dans le même état). Malgré cela, la différence entre eux est si petite que le spectre peut être considéré comme continu plutôt que discret.
Cela conduit à une forte densité d'états d'électrons dans les métaux.Cependant, même à de très basses températures, proches du zéro absolu (rappelons qu'il s'agit de zéro Kelvin, ou approximativement moins deux cent soixante-treize degrés Celsius), il y aura des électrons avec une énergie de plus en plus basse, car ils ne peuvent pas tous se trouver simultanément dans un état inférieur. Cela signifie que dans certaines conditions (feuille mince), très rarement, on observera la sortie d'électrons d'un métal, même à des températures extrêmement basses. Ainsi, une valeur proche du zéro absolu peut être considérée comme la limite inférieure de la température d'émission thermoionique.
De l'autre côté de l'échelle de température se trouve la fusion du métal. Selon les données physicochimiques, cette caractéristique est différente pour tous les matériaux de cette classe. En d'autres termes, les métaux ayant le même point de fusion n'existent pas. Dans des conditions normales, le mercure ou un liquide passe de sa forme cristalline même à moins trente-neuf degrés Celsius, tandis que le tungstène - à trois mille cinq cents.
Cependant, toutes ces limites sont liées par une chose: le métal cesse d'être un solide. Cela signifie que les lois et les effets changent. Et dire qu'il y a émission thermoionique dans le bain fondu n'est pas nécessaire. Ainsi, le point de fusion du métal devient la limite supérieure de cet effet.
Emission Thermoélectronique Sous Vide
Tout ce qui précède fait référence au phénomène dans le milieu (par exemple, dans l’air ou dans un gaz inerte). Nous passons maintenant à la question de savoir ce qu’est l’émission thermoionique dans le vide. Pour ce faire, nous décrivons le périphérique le plus simple. Une mince tige de métal est placée dans le ballon d'où l'air a été pompé, auquel le pôle négatif de la source de courant est amené. Notez que le matériau doit fondre à des températures suffisamment élevées pour ne pas perdre la structure cristalline au cours de l'expérience. La cathode ainsi obtenue est entourée d'un cylindre d'un autre métal auquel est relié un pôle positif. Naturellement, l'anode est également dans une cuve remplie de vide. Lorsque le circuit est fermé, on obtient le courant d'émission thermoionique.
Il est à noter que dans ces conditions, la dépendance du courant sur la tension à une température de cathode constante n'obéit pas à la loi d'Ohm, mais à la loi des trois secondes. Il est également nommé d'après Child (dans d'autres versions de Child-Langmuir et même Child-Langmuir-Boguslavsky), ainsi que dans la littérature scientifique de langue allemande - selon l'équation de Schottky. Avec une augmentation de la tension dans un tel système à un moment donné, tous les électrons extraits de la cathode atteignent l’anode. C'est ce qu'on appelle le courant de saturation. En ce qui concerne la caractéristique courant-tension, cela se traduit par le fait que la courbe atteint un plateau et qu’une nouvelle augmentation de la tension n’est pas effective.
Formule d'émission thermoionique
Ce sont les caractéristiques de l’émission thermoionique. La formule est assez complexe, nous ne la donnerons pas ici. De plus, il est facile à trouver dans n’importe quel répertoire. En général, la formule d'émission thermoionique n'existe pas en tant que telle, seule la densité de courant de saturation est prise en compte. Cette valeur dépend du matériau (qui détermine le travail) et de la température thermodynamique. Tous les autres composants de la formule sont des constantes.
Sur la base de l’émission thermoionique, de nombreux dispositifs fonctionnent. Par exemple, les vieux téléviseurs et moniteurs de grande taille sont basés sur cet effet.
