열전자 방출과 에디슨 효과
열전자 방출(구식 명칭으로 에디슨 효과)은 전극에서 열에 의한 진동 에너지가 전자를 표면에 묶고 있는 정전기력을 극복함으로써 발생하는, 전하를 띤 입자들(전자나 이온)인 열전자의 흐름입니다. 이 과정은 진공관과 같은 다양한 전자 장치의 작동에 매우 중요하며, 전기 발생(예: 열전자 변환기)이나 냉각에 사용될 수 있습니다.
다이오드 튜브에서의 에디슨 효과
다이오드 튜브는 두 가지 구성으로 연결될 수 있으며, 하나는 전자의 흐름이 있고 다른 하나는 없습니다. 열전자 에너지 변환기는 진공 상태에서 서로 가까이 배치된 두 전극으로 구성된 장치입니다. 한 전극은 보통 음극 또는 방출극이라고 하며, 다른 하나는 양극 또는 판이라고 합니다. 뜨거운 음극은 금속 필라멘트, 코팅된 금속 필라멘트 또는 전이 금속의 카바이드나 보라이드로 이루어진 별도의 구조일 수 있습니다. 일반적으로 음극 내의 전자는 표면에서 탈출하는 것을 방지하는 잠재 에너지 장벽에 의해 막혀 있습니다. 전자가 표면에서 멀어지기 시작하면, 그 물질 내에서 해당하는 양의 전하를 유도하여 전자를 표면으로 다시 끌어당기려고 합니다. 탈출하기 위해서, 전자는 이 에너지 장벽을 극복할 만큼 충분한 에너지를 어떤 방식으로든 획득해야 합니다.
열전자 방출의 원리
일반적인 온도에서는 거의 어떤 전자도 충분한 에너지를 획득할 수 없습니다. 그러나 음극이 매우 뜨거울 때, 열 운동에 의해 전자의 에너지가 크게 증가합니다. 충분히 높은 온도에서는 상당한 수의 전자가 탈출할 수 있습니다. 뜨거운 표면에서 전자가 해방되는 이 과정을 열전자 방출이라고 합니다. 금속에서의 진공 방출은 일반적으로 온도가 1,000 K(730 °C; 1,340 °F)를 넘어서야만 중요해집니다.
열전자 발생기의 작동 원리
뜨거운 음극에서 탈출한 전자들은 그 근처에 음전하의 구름을 형성하는데, 이를 공간 전하라고 합니다. 판이 배터리에 의해 음극에 비해 양전하를 유지하면 공간 전하 속의 전자들이 그것에 끌립니다. 전극 간의 전위차가 유지되는 한, 음극에서 판으로의 지속적인 전류 흐름이 있을 것입니다. 열전자 발생기는 순환 열 엔진과 같으며, 그 최대 효율은 카르노의 법칙에 의해 제한됩니다. 이는 저전압 고전류 장치로, 1-2V의 전압에서 25-50 A/cm2의 전류 밀도가 달성되었습니다. 보일러의 상승관에 열전자 발생기의 음극과 양극을 제공하고 그 사이 공간을 이온화된 세슘 증기로 채우면 고온 가스의 에너지가 부분적으로 전기로 변환될 수 있습니다.
