Efeito termiônico

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Efeito termiônico é o aumento do fluxo de elétrons que saem de um metal, devido ao aumento de temperatura. Ao aumentar-se substancialmente a temperatura do metal, há uma facilidade maior para a saída dos elétrons.

O fenômeno for inicialmente descrito em 1873 por Frederick Guthrie na Inglaterra enquanto trabalhava em experimentos com objetos carregados. Ele notou comportamentos diferenciados para esferas de metal carregadas com temperaturas muito elevadas, relativo a sua descarga.

Efeito termiônico

O efeito termiônico foi acidentalmente redescoberto por Thomas Edison em 1880, enquanto tentava descobrir a razão para a ruptura de filamentos da lâmpada incandescente.

Edison construiu um bulbo com a superfície interior coberta com uma folha de metal. Conectou a folha ao filamento da lâmpada com um galvanômetro. Quando na folha foi dada uma carga mais negativa do que a do filamento, nenhuma corrente fluiu entre a folha e o filamento porque a folha fria emitiu poucos elétrons. Entretanto, quando na folha foi dada uma carga mais positiva do que a do filamento, muitos elétrons emissores do filamento quente foram atraídos à folha, fazendo com que a corrente fluisse. Este fluxo de sentido único da corrente foi chamado de efeito Edison. Edison não viu nenhum uso para este efeito, embora o patenteasse em 1883.

O físico britânico John Ambrose Fleming, descobriu que o efeito poderia ser usado para detectar ondas de rádio. Fleming trabalhou no desenvolvimento de um tubo de vácuo de dois elementos, conhecido como diodo. Owen Willans Richardson trabalhou com emissão termiônica e recebeu o prêmio Nobel em 1928 em função de seu trabalho e da lei que leva seu nome, a lei de Richardson. Em todo o metal, há um ou dois elétrons por átomo que estão livres para moverem-se de um átomo para outro. Suas velocidades seguem uma distribuição estatística, melhor que ser uniformes, e ocasionalmente um elétron terá velocidade suficiente para sair do metal sem voltar. A quantidade mínima de energia que necessária para que um elétron saia da superfície é chamada a função trabalho, e varia de metal para metal. Um revestimento fino do óxido é aplicado a superfície do metal nos tubos de vácuo para diminuir a função trabalho, pois assim é mais fácil para os elétrons deixarem a superfície do óxido.

A lei de Richardson, também chamada de equação de Richardson-Dushmann, relaciona a densidade de corrente emitida com a temperatura:

J = A T^2 e^{-W \over k T}

onde 'T' é a tempratura em kelvin, 'W' é a função trabalho, 'k' é a constante de Boltzmann.

A constante de proporcionalidade 'A', conhecida como constante de Richardson, é dada por:

A = {4 \pi m k^2 e \over h^3} = 1.20173 \times 10^6 A m-2 K-2

onde 'm' e 'e' são a massa e a carga do elétron, e 'h' é a constante de Planck.

Devido à função exponencial, a corrente aumenta rapidamente com a temperatura.

O efeito termiônico é de fundamental importância na eletrônica.

Efeito Édison[editar | editar código-fonte]

O efeito Édison ou emissão termoiônica é o processo pelo qual os elétrons atingem energia suficiente, por meio do calor, para escapar da superfície do elemento metálico emissor, descoberto pelo inventor americano Thomas Alva Edison

Os elétrons circulam por um condutor quando é aplicada uma diferença de potencial sobre seus terminais, eles tendem a saltar das órbitas externas de seus átomos movendo-se com rápidos movimentos oscilatórios, cuja velocidade aumenta com o aumento da temperatura.

À temperatura ambiente, os elétrons não abandonam a superfície do metal porque sua velocidade não é suficientemente grande para superar a força de atração dentro do material.

Para escapar de uma superfície metálica os elétrons devem realizar um trabalho para superar as forças de atração que se encontram no elemento, à quantidade de trabalho é dado o nome de função-trabalho do material.

Incrementando a intensidade térmica de um emissor metálico aumenta a energia cinética dos elétrons livres no interior do material, a emissão termoiônica ocorre quando os elétrons atingem o ponto de ruptura de atração do elemento, saltando de sua superfície e ganhando aceleração para ir em direção ao material coletor, chamado nas válvulas eletrônicas de placa, ou ânodo.