Em todo metal, elétrons livres são capazes de ter uma movimentação desordenada quando ficam expostos a uma temperatura elevada. Em virtude dessa agitação térmica, os elétrons migram para a superfície do metal, atraídos por íons positivos. A saída desses elétrons do metal aumenta quando a temperatura tende a aumentar, tornando essa ação ainda mais fácil. A esse acontecimento dá-se o nome de efeito termoiônico, caracterizado pelo aumento de energia quando a temperatura alta provoca uma maior agitação dos elétrons sobre o metal.

Esse efeito foi notado pela primeira vez pelo inventor inglês Frederick Guthrie em 1873, embora muitos afirmem que o inventor norte-americano Thomas Edison tenha, de fato, descoberto o fenômeno. No entanto, Frederick Guthrie reparou no acontecimento de forma desproposital, enquanto Thomas Edison já fazia observações específicas em filamentos de lâmpadas incandescentes, nos quais o efeito ocorre.

Guthrie era inventor e manuseava objetos carregados e fazia experimentos com esses materiais a fim de entender como eles trabalhavam. Já Edison foi mais além e descobriu o efeito termoiônico através de uma ação mais detalhada e relacionada ao efeito.

O trabalho de Thomas Edison

Três anos após o trabalho de Guthrie, Edison pôs uma placa metálica sobre uma lâmpada elétrica comum. Nessa placa foi instalado um filamento metálico com um dispositivo chamado galvanômetro, que mede o potencial elétrico de dois pontos distintos. A placa teve sua ligação positiva a uma bateria enquanto o filamento metálico ficou interligado ao polo negativo da mesma bateria.

Quando Edison causou uma descarga elétrica negativa na placa metálica mais forte do que no filamento, a corrente elétrica não transitou entre os dois pontos. A intensidade dessa descarga elétrica negativa não foi o suficiente porque a carga negativa não gerou tanta agitação a ponto de os elétrons saírem da placa metálica.

Em contrapartida, quando Thomas Edison colocou a placa a uma carga elétrica ainda mais positiva do que a do filamento, os elétrons começaram a se agitar e se moverem com facilidade para a placa de metal. Dessa forma, a corrente elétrica fluiu com flexibilidade e em sentido único, sem desordem. A partir daí, o efeito termoiônico ficou conhecido como Efeito Edison e pode ser medido através do galvanômetro para notar se é preciso uma carga positiva ainda maior para fazer com que os elétrons sejam movidos até a placa metálica.

A lei de Richardson e a emissão termoiônica

Owen Willians Richardson foi outro importante cientista que usou o Efeito Edison para criar a Lei de Richardson, uma equação capaz de determinar a densidade elétrica da corrente que surge em virtude da temperatura em que os elétrons são expostos.

John Ambrose Fleming foi um físico que já tinha estudado com mais profundidade o efeito antes de Richardson. Porém, seu trabalho se concentrou para a progressão de tubos de vácuo entre dois pontos, que é o diodo. Já Richardson postulou a equação seguindo a seguinte teoria:

• Em qualquer metal, cada átomo possui dois elétrons ou mais que podem se mover livremente de um átomo para outro sem restrição;

• A velocidade que esses elétrons percorrem de um átomo até outro respeita uma estatística capaz de deixar um elétron sair do metal e o outro voltar ao seu ponto de origem;

• Embora em todos os metais esse fenômeno ocorra, há uma variação de energia que influencia na velocidade desses elétrons a outros pontos e um deles saia da superfície metálica.

Obedecendo essas três orientações, o efeito termoiônico pode ser analisado a partir da seguinte equação conhecida como Lei de Richardson:

J = AT² -W/k.T, onde:

J é a densidade da corrente elétrica a ser encontrada;

A é a constante de proporcionalidade;

T é a temperatura expressa em escala Kelvin;

W é o trabalho exercido por essa energia para mover os elétrons;

K é a constante de Boltzmann.

Esse efeito é comum de ser encontrado em válvulas eletrônicas dentro de rádios, mas é nas televisões que o fenômeno é compreendido mais facilmente. O diodo, que são os tubos de vácuo entre as duas posições que os elétrons podem se mover, recebe um aquecimento através de um filamento que conduz a corrente elétrica até o interior do tubo. O diodo é envolto por outro tubo que administra a carga negativa recebida pelo filamento metálico.

A partir de uma diferença de potencial entre os dois tubos, os elétrons se movem do tubo ao redor do tubo principal para o próprio diodo, causando a conversão das correntes no componente eletrônico. É através dessa conversão que as imagens são formadas e a televisão consegue absorver essa corrente elétrica e transmitir o sinal de captação. Somente através de uma energia suficiente que os elétrons poderão migrar para a válvula principal do aparelho eletrônico a fim de que o resultado se concretize.

Caso não tenha uma temperatura favorável à sua velocidade, os elétrons não superam sua força de atração e não se movem consideravelmente.