Emissão Termiônica – Efeito Edison
A emissão termiônica, anteriormente conhecida como efeito Edison, refere-se ao fluxo de partículas carregadas (elétrons ou íons), denominadas termiões, a partir de um eletrodo. Esse fenômeno é resultado da energia vibracional térmica que supera as forças eletrostáticas que mantêm os elétrons aderidos à superfície do eletrodo. Essencial para o funcionamento de uma variedade de dispositivos eletrônicos, como tubos de vácuo, a emissão termiônica também é aplicada na geração de eletricidade, como nos conversores termiônicos, e em sistemas de refrigeração.
O Efeito Edison em Tubos de Diodo
O efeito Edison pode ser observado em tubos de diodo, que são conectados em duas configurações distintas: uma permite o fluxo de elétrons, enquanto a outra não. A emissão termiônica ocorre quando a energia térmica faz com que os elétrons superem a barreira de potencial que normalmente os impede de deixar a superfície do eletrodo.
Conversores de Energia Termiônica
Um conversor de energia termiônica consiste em dois eletrodos posicionados próximos um do outro em um vácuo. Geralmente, um é denominado cátodo ou emissor, e o outro, ânodo ou placa. O cátodo quente pode ser um filamento metálico, um filamento metálico revestido ou uma estrutura separada de metal, carburetos ou boruretos de metais de transição. A temperaturas ordinárias, poucos elétrons conseguem adquirir energia suficiente para escapar. Porém, em altas temperaturas, o aumento da energia térmica permite que um número considerável de elétrons escape, fenômeno conhecido como emissão termiônica.
Emissão Termiônica a Partir de Metais
A emissão de vácuo a partir de metais torna-se significativa somente em temperaturas acima de 1.000 K (730 °C; 1.340 °F). Os elétrons que escapam do cátodo quente formam uma nuvem de cargas negativas conhecida como carga espacial. Se o ânodo for mantido positivo em relação ao cátodo por uma bateria, os elétrons na nuvem são atraídos para ele, gerando uma corrente constante entre os eletrodos enquanto a diferença de potencial for mantida.
Eficiência dos Geradores Termiônicos
Um gerador termiônico funciona como um motor térmico cíclico, e sua eficiência máxima é limitada pela lei de Carnot. Trata-se de um dispositivo de baixa voltagem e alta corrente, onde densidades de corrente de 25-50 A/cm2 foram alcançadas a uma voltagem de 1-2V. A energia de gases em alta temperatura pode ser parcialmente convertida em eletricidade se os tubos de subida da caldeira forem providos de cátodo e ânodo de um gerador termiônico, com o espaço intermédio preenchido com vapor de césio ionizado.
