![\"Thermions\"](\"https:\/\/www.electricity-magnetism.org\/wp-content\/uploads\/2023\/02\/thermions-3.png\")
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Thermionen, elektrisch geladene Teilchen oder Ionen, die von einem erhitzten leitenden Material durch thermionische Emission emittiert werden, spielen eine entscheidende Rolle in der modernen Elektronik. Diese Emission, auch als Edison-Effekt bekannt, ist der Fluss von geladenen Teilchen (Elektronen oder Ionen) von einer Elektrode, verursacht durch thermische Schwingungsenergie, die die elektrostatischen Kr\u00e4fte \u00fcberwindet, welche die Elektronen an der Oberfl\u00e4che halten.<\/p>\n
Bei der thermionischen Emission werden Elektronen von den Kathoden von Elektronenr\u00f6hren, wie z.B. Kathodenstrahlr\u00f6hren, emittiert. Dieser Prozess ist f\u00fcr den Betrieb einer Vielzahl elektronischer Ger\u00e4te (Vakuumr\u00f6hren) von entscheidender Bedeutung und kann zur Stromerzeugung (wie bei thermionischen Konvertern) oder K\u00fchlung verwendet werden.<\/p>\n
Ein Beispiel f\u00fcr den Edison-Effekt ist eine Diodenr\u00f6hre, die in zwei Konfigurationen angeschlossen ist: eine mit Elektronenfluss und eine ohne. Eine thermionische Energieumwandlung findet in einem Ger\u00e4t statt, das aus zwei Elektroden in einem Vakuum besteht, wobei eine Elektrode normalerweise als Kathode oder Emitter und die andere als Anode oder Platte bezeichnet wird.<\/p>\n
Die hei\u00dfe Kathode kann ein Metallfaden, ein beschichteter Metallfaden oder eine separate Struktur aus Metall oder Karbiden oder Boriden von \u00dcbergangsmetallen sein. Normalerweise werden Elektronen in der Kathode daran gehindert, die Oberfl\u00e4che zu verlassen, durch eine potentielle Energiebarriere. Um zu entkommen, muss das Elektron genug Energie erlangen, um diese Energiebarriere zu \u00fcberwinden. Bei sehr hohen Temperaturen k\u00f6nnen jedoch erheblich viele Elektronen entkommen, was als thermionische Emission bezeichnet wird.<\/p>\n
Vakuumemission von Metallen wird erst bei Temperaturen \u00fcber 1.000 K (730 \u00b0C; 1.340 \u00b0F) signifikant. Die entwichenen Elektronen bilden eine Wolke negativer Ladungen in der N\u00e4he der hei\u00dfen Kathode, die Raumladung genannt wird. Wenn die Platte im Verh\u00e4ltnis zur Kathode positiv gehalten wird, werden die Elektronen in der Wolke zu ihr hingezogen.<\/p>\n
Ein thermionischer Generator funktioniert wie ein zyklischer W\u00e4rmemotor, und seine maximale Effizienz wird durch das Carnot’sche Gesetz begrenzt. Es handelt sich um ein Niederspannungshochstromger\u00e4t, bei dem Stromdichten von 25-50 (A\/cm2<\/sup>) bei einer Spannung von 1-2V erreicht wurden. Die Energie von Hochtemperaturgasen kann teilweise in Elektrizit\u00e4t umgewandelt werden, wenn die Steigrohre des Kessels mit Kathode und Anode eines thermionischen Generators versehen werden, wobei der Zwischenraum mit ionisiertem C\u00e4siumdampf gef\u00fcllt ist.<\/p>\n<\/p>\n