Efecte Edison

De WikiLingua.net

L'emissió termoiónica, coneguda arcaicamente com efecte Edison és el fluix de partícules carregades cridades termoiones des d'una superfície de metall (o óxido de metall) causada per una energia termal de tipus vibracional que provoca una força electrostática que empeny als electrons cap a la superfície. La càrrega dels termiones (que poden ser positius o negatius) serà la mateixa a la càrrega del metall o óxido de metall. L'efecte augmenta dramáticamente al pujar la temperatura (1000–3000 K). La ciència que estudia aquest fenomen és la termoiónica.

Taula de continguts

[editar] Història

El fenomen va ser inicialment reportat en 1873 per Frederick Guthrie a Bretanya. Mentre realitzava experiments amb objectes carregats, el Professor Bernd Schuster va descobrir que escalfant al vermell viu una esfera de ferro amb càrrega negativa aquesta perdia la seva càrrega (desprenent iones al buit). També va observar que això no ocorria si l'esfera estava carregada positivament. Altres investigacions al respecto van incloure a Hittorf (1869-1883), Goldstein (1885) i Elster and Geitel (1882-1889)

El Efecto Edison en un Diodo. Un diodo puede funcionar de dos maneras: en una de ellas hay flujo de electrones, en la otra no. Las flechas representan la corriente del electrón, no la corriente eléctrica.
L'Efecte Edison en un Diodo. Un diodo pot funcionar de dues maneres: en una d'elles hi ha fluix d'electrons, en l'altra no. Les fletxes representen el corrent de l'electró, no el corrent elèctric.

L'efecte va ser redescubierto per Thomas Edison el 13 de febrer de 1880, mentre tractava de descobrir la raó per la qual es trencaven els filamentos i per què s'enfosquia el cristall (la bombeta s'ahumaba a prop d'un dels terminals del filamento) dels seus llums incandescentes.

Edison va construir moltes bombetes experimentals, algunes amb un filamento addicional i una amb una làmina metàl·lica dintre del llum, eléctricamente aïllada del filamento. Edison va connectar l'electrodo addicional al filamento del llum a través d'un galvanómetro. Quan la làmina tenia una càrrega negativa superior a la del filamento, no fluïa corrent entre el filamento i la mateixa perquè a l'estar fred emetia molt pocs electrons. No obstant això, quan va carregar la làmina positivament, la majoria d'electrons emesos des del filamento calent van ser atrets cap a ella causant un fluix de corrent estable. Aquesta forma de fluït elèctric en un sol sentit va ser cridada llavors l'efecte Edison (encara que el terme s'usa en ocasions per a referir-se a l'emissió termoiónica específicament).

En aquest experiment, Edison va descobrir també que el corrent emès pel filamento calent s'incrementava ràpidament a l'augmentar el voltatge i va presentar una aplicació per a un dispositiu regulador de voltatge usant aquest efecte el 15 de novembre de 1883 (Palès O.S. 307,031 - la primera palesa d'un dispositiu electrònic). Va proposar que a través de l'aparell podria passar corrent suficient per a operar un telègraf sonor.

Va ser exhibit en l'Exposició Internacional d'Electicidad en Philadelphia al setembre de 1884. William Preece, un científic britànic es va portar amb ell algunes de les bombetes d'Efecte Edison, i va presentar un estudi sobre elles en 1885, on es referia a l'emissió termoiónica com el "Efecte Edison."[1] El físic britànic John Ambrose Fleming, treballant per a la companyia britànica "Wireless Telegraphy", va descobrir que l'Efecte Edison podria ser usat per a detectar ones de ràdio. Fleming va començar a desenvolupar el tub de buit de 2 elements, conegut com diodo, que va patentar el 16 de novembre de 1904.

El diodo termoiónico també pot ser configurat com un dispositiu que converteix una diferència de temperatura en energia elèctrica directament sense parts mòbils (un conversor termoiónico, un tipus de generador tèrmic).

Owen Willans Richardson va treballar en l'emissió termoiónica i va rebre un premi Nobel en 1928 "pel seu treball en el fenomen termoiónico i especialment pel descobriment de la llei que posteriorment portaria el seu nom".

[editar] Llei de Richardson

En qualsevol metall, existeixen un o dos electrons per àtom que són lliures de moure's d'un àtom a un altre. A això se li crida "mar d'electrons". La seva velocitat, més que ser uniforme, es modela per una distribució estadística, i ocasionalmete un electró tindrà la velocitat suficient per a escapar del metall, sense ser atret de retorn. La quantitat mínima d'energia necessària perquè un electró escapi de la superfície es diu funció de treball. Aquesta funció de treball és característica del material i per a la majoria dels metalls és de l'ordre de diversos electronvoltios. Els corrents termoiónicas poden incrementar-se o decrementarse disminuint la funció de treball. Aquesta característica, que és molt desitjable, pot assolir-se aplicant diversos recubrimientos d'óxido a l'alambre.

En 1901, Owen Willans Richardson va publicar els resultats dels seus experiments: el corrent procedent d'un alambre, sota escalfament controlat, semblava dependre exponencialmente de la temperatura de l'alambre, comportament que era modelado per una fórmula matemàtica similar a l'ecuación d'Arrhenius. La forma moderna d'aquesta llei (demostrada per Saul Dushman en 1923, i per tant cridada, en ocasions, l'ecuación de Richardson-Dushman) estableix que la densitat de corrent emès2}\right]" src="../../../../math/1/6/b/16b117b3184d2bf17115001bdd37a2aa.png" /\> ]aquesta relacionada amb la temperatura T per l'ecuación:.{-W \over k T}" src="../../../../math/6/1/6/616a6af3cf3a986c207bee5265dd2fb2.png" /\>