إشعاع تأين حراري

الفتيل في اللمبة.

إشعاع بالتأين الحراري أو تأثير إديسون في الفيزياء (بالإنجليزية:Thermionic emission ) هو سريان إلكترونات أو جسيمات مشحونة تحت تأثير الحرارة عابرة سطحا أو عابرة لحاجز جهد . ويحدث ذلك بسبب تغلب طاقة الجسيمات المكتسبة من الحرارة على الجهد الرابط والمعروف ب دالة شغل النوعية للمعدن . وقد تكون حاملات الشحنة إلكترونات أو أيونات . تسمى هذه الظاهرة أحيانا الانبعاث الحراري للإلكترونات .

عندما يمر تيار كهربائي في فتيل اللمبة يسخن الفتيل وتبدأ الإلكترونات تغادر الفتيل تحت فعل الحرارة (تثار الإلكترونات)، تنفر من مستوى فيرمي في ذرات التنجستن المصنوع منه الفتيل ، ثم يجذبها الفتيل إليه ثانيا وتعود الإلكترونات "المثارة" إلى ذراتها في الفتيل . عندئذ تنطلق من الإلكترونات فوتونات والتي هي الضوء الذي ينبعث من المصباح . نظرا لكون المصباح مفرغا من الهواء أو أحيانا يكون ممتلأ بغاز خامل فلا يحترق الفتيل ويمكنه العمل لمدة ليست وجيزة حتى ينقطع ويفسد المصباح .

معادلة ريتشاردسون

تعطي معادلة ريتشاردسون كثافة تيار الإلكترونات J المنبعثة من المعدن عند درجة حرارة عالية :

$J = A T^2 e^{-\frac{W_\mathrm{e}}{k_\mathrm{B}T}}$

حيث:

T درجة الحرارة المطلقة,

W_e طاقة تطاير الإلكترونات ,

k_B ثابت بولتزمان

و A ثابت ريتشردسون .

تبلغ شغل تطاير الإلكترونات عادة بين 1 إلكترون فولت و 6 إلكترون فولت . ويعتمد ثابت ريتشاردسون عادة على نوع المعدن وهيئة سطح المعدن ، وتبلغ بين $10^6 \tfrac\mathrm{A}\mathrm{m^2 K^2}$ للتنجستن و $10^2\tfrac\mathrm{A}\mathrm{m^2 K^2}$ لبعض أكاسيد المعادن .

قام "ساول دوشمان " بدراسة الظاهرة وصاغ معادلة تعطي ثابت ريتشاردسون بالتقريب :

$A = \frac{4 \pi m k_\mathrm{B}^2 e}{h^3} = 1{,}20173 \times 10^6\,\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{m^2\,K^2}}$

حيث:

m و e كتلة الإلكترون وبالتالي شحنة الإلكترون

k_B ثابت بولتزمان ،

و h ثابت بلانك.

وتعرف المعادلة :

$J = \frac{4 \pi m e}{h^3} (k_\mathrm{B} T)^2 e^{-\frac{W_\mathrm{e}}{k_\mathrm{B}T}}$

أيضا بمعادلة ريتشاردسون-دوشمان .

اقرأ أيضا

• مستوي فيرمي
• تأثير كهرضوئي
• تأثير ضوء جهدي
• خلية شمسية
• تأثير كومبتون
• إنتاج زوجي
• تأثير كهرضوئي

اقرأ أيضا

• اشعاع تأين حراري
• تأثير كهرضوئي
• تأثير ضوء جهدي
• خلية شمسية
• تأثير كومبتون
• إنتاج زوجي
• تأثير كهرضوئي
• مستوي فيرمي