הצגת המקור של הדף "פליטה תרמיונית"

[[קובץ:Thermionic filament.jpg|ממוזער|250px|תקריב של חוט להט תרמיוני ב[[נורה פלואורסצנטית]] ללא ציפוי פלואורסצנטי.]]
'''פליטה תרמיונית''' היא זרם של חלקיקים נושאי [[מטען חשמלי|מטען]] ממשטח או מסוג אחר של מחסום פוטנציאלי חשמלי, שנגרם על ידי [[אנרגיית חום]]-רטט שמתגברת על הכוחות האלקטרוסטטיים המתנגדים. חלקיקים נושאי מטען עשויים להיות [[אלקטרון|אלקטרונים]] או [[יון|יונים]], ולפעמים נקראים תרמיונים. המטען הכולל של החלקיקים הנפלטים (חיוביים או שליליים) יהיה שווה בגודל והפוך בסימן למטען שנותר במשטח הפולט.

הדוגמה הקלאסית לפליטה תרמיונית היא פליטה של אלקטרונים מ[[קתודה|קתודת]] מתכת מחוממת בריק (ידוע כאפקט אדיסון), אבל משתמשים במונח "פליטה תרמיונית" לתאר כל תהליך של פליטת מטען עקב חימום, גם כאשר המטען מועבר בין שני [[מוצק]]ים.

תהליך זה קריטי בפעולה של מכשירים אלקטרוניים רבים, ויכול לשמש ל[[קירור]] או ייצור כוח. <br />
עוצמת זרם המטענים גדלה באופן קיצוני כאשר ה[[טמפרטורה]] עולה, ופליטה בריק ממתכות נוטה להיות משמעותית בטמפרטורות מעל 1000 [[קלווין]].

[[קובץ:edisoneffect.png|מסגרת|אפקט אדיסון בשפופרת ריק, דיודה מחוברת שתי קונפיגורציות, באחת יש זרם ובשנייה לא. החצים מסמנים תנועת אלקטרונים.]]

== היסטוריה ==
התופעה נצפתה לראשונה ב-[[1873]] על ידי [[דניאל לורדן]] ב[[בריטניה]]. כאשר עבד עם חפצים טעונים, גילה לורדן שכדור ברזל לוהט בעל מטען שלילי, מאבד את המטען (על ידי פליטה לריק של אלקטרונים), הוא גם גילה שתופעה זו אינה מתרחשת כאשר הכדור טעון במטען חיובי.

האפקט נתגלה מחדש על ידי [[תומאס אדיסון]] ב-[[1880]], כאשר ניסה לגלות את הסיבה לשבירה של [[חוט להט|חוטי להט]] ב[[נורה חשמלית|נורה]], והשחרה לא אחידה (כהה יותר בצד אחד של חוט הלהט) של הנורות. אדיסון בנה מספר נורות ניסוי, חלקן עם חיווט נוסף, פלטת מתכת, או [[רדיד אלומיניום]] בתוך הנורה, שהיה מופרד חשמלית מחוט הלהט. הוא חיבר [[אלקטרודה|אלקטרודת]] מתכת נוספת לחוט הלהט דרך [[גלוונומטר]]. כאשר לאלקטרודת המתכת היה יותר מטען שלילי מלחוט הלהט, לא עבר זרם ביניהם, מכיוון שהאלקטרודה פלטה אלקטרונים חדשים, אולם כאשר לאלקטרודה ניתן מטען חיובי ביחס לחוט הלהט האלקטרונים שנפלטו מחוט הלהט נמשכו לאלקטרודה וייצרו זרם. זרימה חד צדדית של זרם נקראה "אפקט אדיסון" (למרות השימוש במונח לתאר פליטה תרמיונית). אדיסון מצא שהזרם בין האלקטרודה לחוט הלהט גדל במהירות עם עליית המתח.

בעקבות גילויים אלה [[ויליאם פריס]] פרסם מאמר מסכם בנושא, ואילו [[ג'ון פלמינג]] גילה שאפקט אדיסון יכול לשמש לגילוי [[גלי רדיו]], והמשיך לפתח את [[שפופרת ריק|שפופרת הריק]] בעלת שתי אלקטרודות, שנודעה בשם "[[דיודה]]", שאותה רשם כ[[פטנט]] ב-[[16 בנובמבר]] [[1904]].
דיודה זו יכולה לשמש כמכשיר הממיר ישירות הפרשי טמפרטורות לכוח חשמלי.

[[אוון וילאנס ריצ'רדסון]] עבד עם פליטה תרמיונית וקיבל [[פרס נובל לפיזיקה]] ב-1928 "עבור עבודתו על תופעת התרמיונים ובמיוחד עבור גילוי החוק הנושא את שמו".

== חוק ריצ'רדסון ==
בכל [[מתכת]] יש אלקטרון אחד או שנים בכל [[אטום]] החופשיים לנוע מאטום לאטום. לעיתים מתייחסים לזה כ"ים של אלקטרונים". המהירויות שלהם מתפלגות באופן סטטיסטי, לא אחיד, ומדי פעם לאלקטרון תהיה מספיק [[מהירות]] לצאת מהמתכת מבלי להימשך חזרה פנימה. הגודל המינימלי של האנרגיה הנדרשת לאלקטרון לעזוב את המשטח נקרא "[[פונקציית עבודה]]". פונקציית העבודה היא תכונה של המתכת ועבור רוב המתכות היא בסדר גודל של כמה [[אלקטרון וולט]]. זרמים תרמיונים יכול להיות מוגברים על ידי הפחתת פונקציית העבודה. המטרה הרצויה הזאת יכולה להיות מושגת גם על ידי ציפוי חוט הלהט בשכבת תחמוצת כלשהי.

ב-1901, אוון ויליאמס ריצ'רדסון פרסם את תוצאות ה[[ניסוי]] שלו. הזרם מהחוט המחומם נראה כתלות אקספוננציאלית בטמפרטורה של החוט בצורה הדומה ל[[משוואת ארניוס]] (Arrhenius). הצורה המודרנית של החוק (שהודגמה על ידי סול דושמן ב-1923, ולכן לפעמים קרויה משוואת ריצ'רדסון-דושמן) טוען כי הצפיפות של הזרם הנפלט J היא ביחס ריבועי לטמפרטורה T במשוואה:<br />
<math display="block">J=AT^2 e^{-\frac{W}{kT}}</math>

כאשר T היא טמפרטורת המתכת ב[[קלווין]], W היא פונקציית העבודה של המתכת, k הוא [[קבוע בולצמן]], ו-A הוא קבוע יחסות הידוע כקבוע ריצ'רדסון, ומתקבל מהנוסחה:<br />
<div style="text-align: center;">
<math>A_0 = {4 \pi m k^2 e \over h^3} = 1.20173 \times 10^6\,\mathrm{A\,m^{-2}\,K^{-2}}</math><br />
</div>
כאשר m ו e הם המסה והמטען של האלקטרון, k - קבוע בולצמן, c - [[מהירות האור]] בריק, ו-h הוא [[קבוע פלאנק]].

בעוד ל A יש ערך תאורטי קבוע, בפועל הערך תלוי משמעותית בחומר הנבדק.

בגלל התלות האקספוננציאלית, הזרם גדל במהירות עם עליית הטמפרטורה כאשר <math>W>kT</math> <br />
למשוואת הפליטה התרמיונית יש חשיבות עיקרית ב[[אלקטרוניקה]], בעיקר בטכנולוגיה שמשתמשת בשפופרות ריק ( כגון מסכי [[CRT]] - טלוויזיות, מסכי מחשב).

==קישורים חיצוניים==
* {{בריטניקה}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:אלקטרומגנטיות]]
[[קטגוריה:תומאס אלווה אדיסון]]