Thermoïonique
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Une émission thermoïonique est un flux d'électrons provenant d'un métal ou d'un oxyde métallique, qui est provoqué par les vibrations des atomes dû à l'énergie thermique lorsque ceux-ci parviennent à surmonter les forces électrostatiques. L'effet croit de manière importante avec l'augmentation de la température, mais est toujours présent pour les températures au-dessus du zéro absolu. La science en rapport avec ce phénomène est la thermoélectronique. Les particules chargées sont appelées thermions.
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Histoire
Cet effet fut d'abord rapporté en 1873 par Guthrie en Grande-Bretagne. Alors qu'il effectuait un travail sur les objets chargés, Le Professeur Guthrie découvrit qu'une sphère de fer chauffée à rouge et chargée négativement perdait sa charge. Il découvrit aussi que cela ne se produisait pas si la sphère possède une charge positive. Owen Richardson travailla sur l'émission thermoïonique et reçu le prix Nobel en 1928 « Pour son travail sur le phénomène thermoïonique et plus spécialement pour la découverte de la loi portant maintenant son nom ».
Détails
Dans chaque métal, il y a un ou deux électrons libres qui peuvent bouger d'un atome à un autre. Cela est parfois appeler « mer d'électrons ». Leur vélocité suit une distribution statistique, au lieu d'être uniforme, et sous certaines conditions un électron pourra avoir une vélocité suffisante pour partir du métal sans y revenir. L'énergie minimum nécessaire pour qu'un électron puisse quitter la surface est appelée la fonction de travail, et varie d'un métal à l'autre. Pour les tubes électroniques, une fine couche d'oxyde est souvent appliquée à la surface du métal pour obtenir une fonction de travail plus basse, ce qui facilite le départ des électrons de la surface. L'équation de Richardson-Dushmann énonce que la densité de courant émit J (A/m2) est relatif à la température T par l'équation:
- <math>J = A T^2 e^{-W \over k T}</math>
Où T est la température du métal en Kelvins, W est la fonction de travail du métal, k est la constante de Boltzmann, et A la constante de Richardson. L'exponentielle dans l'équation montre que le courant émit augmente énormément avec la température et tend à devenir proportionnel au carré de celle-ci pour les températures élevées. Les équations de l'émission thermoïnique sont importantes dans la conception des semi-conducteurs.
L'effet Edison
L'effet fut « re » découvert accidentellement en 1880, par Thomas Edison,
alors qu'il essayait de découvrir la raison de la rupture du
filament et la raison du noircissement du verre des lampes incandescentes.
Edison construisit un bulb avec la surface interne recouverte d'une feuille
d'étain. Quant il connectait la feuille au filament au travers d'un
galvanomètre, avec la feuille descendue a une tension négative par rapport
au filament, rien ne se passait. Mais, quand il augmentait la tension de la
feuille de manière à atteindre une tension positive par rapport au filament,
une petite circulation de courant fut indiquée par le galvanomètre, si bien
que les électrons émit par le filament chaud était attirés par la feuille
fermant ainsi le circuit. Cette unidirectionalité du courant fut appelée
l'effet Edison (Bien que ce terme est parfois utilisé comme référence à
l'effet thermoïonique lui-même).
Edison ne voyait pas d'application pour cet effet, bien qu'il le breveta en
1883, il n'étudia plus celui-ci.
La diode à vide
Le physicien anglais John Ambrose Fleming, alors qu'il travaillait pour la société « Wireless Telegraphy », découvrit que l'effet Edison pouvait être utilisé pour la détection des ondes radios. Fleming développa un tube électronique à deux éléments connu sous le nom de diode à vide, qu'il breveta le 16 novembre, 1904. La diode thermoïonique peut aussi être configurée comme un convertisseur différence de chaleur/énergie électrique et ce sans pièces mobiles.
Voir aussi
Liens externes(en Anglais)
- How vacuum tubes really work - Site avec une partie de bonne qualité sur l'émission thermoïonique.
- http://www.nobel.se/physics/laureates/1928/richardson-lecture.pdf - Le prix Nobel de Owen
Richardson sur la thermoïonie December 12, 1929.
- http://www.radio-electronics.com/info/radio_history/valve/hov.php - L'histoire du tube électronique.
