Emisión termoiónica EcuRed
Emisión termoiónica. Fenómeno que tiene su origen en la emisión de partículas eléctricas con carga negativa o
electrones desde un filamento calentado eléctricamente hacia todas direcciones
Historia
Inicialmente reportado en 1873 por Frederick Guthrie en Bretaña. Mientras realizaba experimentos con objetos
cargados, el Profesor Bernd Schuster descubrió que calentando al rojo vivo una esfera de hierro con carga negativa ésta
perdía su carga (desprendiendo iones al vacío). Observó que esto no ocurría si la esfera estaba cargada positivamente.
Otras investigaciones al respecto incluyeron a Hittorf (1869-1883), Goldstein (1885) y Elster and Geitel (1882-1889)El
efecto fue redescubierto por Thomas Edison el 13 de febrero de 1880, mientras trataba de descubrir la razón por la cual
se rompían los filamentos y por qué se oscurecía el cristal (la bombilla se ahumaba cerca de uno de los terminales del
filamento) de sus lámparas incandescentes.Edison tuvo éxito con ella y a lo largo de los años la fue perfeccionando para
mejorar su duración, el costo de manufactura, el aprovechamiento de la luz y la preservación de las cualidades en el
tiempo. Respecto a esto último, Edison se dio cuenta de que aunque el filamento incandescente se mantenía
relativamente intacto hasta el momento del colapso, el vidrio de la bombilla se iba oscureciendo paulatinamente.
Asumió que "algo" se desprendía del filamento, intentaba escapar de la bombilla y quedaba estampado contra el cristal.
Como Edison era más un inventor que un científico, no le dedicó mucho tiempo a explicar el fenómeno sino que se
concentró en resolverlo.Lo que hizo Edison para corregir el fenómeno fue introducir una placa metálica dentro de la
bombilla la cual se polarizaba con una carga positiva. Con esto observó que se minimizaba el oscurecimiento del cristal
ya que ese "algo" que se desprendía del filamento iba a dar directo a la placa cargada. Acto seguido fue donde sus
amigos de la oficina de patentes e inscribió el sistema como Efecto Edison, sin detenerse a averiguar cómo podría
usarse y tampoco sin pensar que en 1873 el científico inglés Frederick Guthrie ya había descrito este fenómeno
llamándolo Emisión Termoiónica.
Experimento Edison
Flujo de partículas cargadas llamadas iones que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una
energía térmica de tipo vibracional que provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la
superficie. La carga de los termiones (que pueden ser positivos o negativos) será la misma a la carga del metal u óxido
de metal. El efecto aumenta dramáticamente al subir la temperatura (1000–3000 K). La ciencia que estudia este
fenómeno es la termoiónica.El experimento que Edison llevó a cabo para comprobar como operaba su nueva mejora
fue el siguiente:Cuando la placa tenía una carga más positiva que el filamento los electrones fluían (Electron flow),
mientras que cuando la carga de la placa era más negativa que la del filamento no fluían (No current).Los electrones no
avanzan en contra del tránsito y eso ahora todos lo sabemos. En ese momento, en cambio, significaba algo magnífico: la
capacidad de tener un interruptor -que dejaba pasar corriente o la interrumpía- sin requerir un operador que moviera
una palanca o presionara un botón. Este sencillo artefacto permitía accionar o detener el flujo sin más intervención que
la variación en la carga de los componentes.En este experimento, Edison descubrió también que la corriente emitida
por el filamento caliente se incrementaba rápidamente al aumentar el voltaje y presentó una aplicación para un
dispositivo regulador de voltaje usando este efecto el 15 de noviembre de 1883 (Patente U.S. 307,031 - la primera
patente de un dispositivo electrónico). Propuso que a través del aparato podría pasar corriente suficiente para operar
un telégrafo sonoro.Con lo anterior ya era inminente la llegada del tubo de vacío y de forma incipiente se comenzó a
desarrollar la electrónica a nivel mundial gracias a este simple invento, lo que llevó a la creación de diferentes tubos
alrededor del precursor desarrollado por Edison. Al igual que en la electrónica actual, todo se basa en la capacidad de
generar unos y ceros, lo cual deriva en combinaciones más complejas que permiten hacer puertas AND y OR entre
otras. Edison aportó a la electrónica, sin saberlo, el generador de unos y ceros.Exhibido en la Exposición Internacional
de Electicidad en Philadelphia en septiembre de 1884. William Preece, un científico británico se llevó con él algunas de
las bombillas de Efecto Edison, y presentó un estudio sobre ellas en 1885, donde se refería a la emisión termoiónica
como el "Efecto Edison." El físico británico John Ambrose Fleming, trabajando para la compañía británica "Wireless
Telegraphy", descubrió que el Efecto Edison podría ser usado para detectar ondas de radio. Fleming comenzó a
desarrollar el tubo de vacío de 2 elementos, conocido como diodo, que patentó el 16 de noviembre de 1904.El diodo
termoiónico también puede ser configurado como un dispositivo que convierte una diferencia de temperatura en
energía eléctrica directamente sin partes móviles (un conversor termoiónico, un tipo de generador térmico).
Ley de Richardson
En cualquier metal, existen uno o dos electrones por átomo que son libres de moverse de un átomo a otro. A esto se le
llama "mar de electrones". Su velocidad, más que ser uniforme, se modela por una distribución estadística, y
ocasionalmente un electrón tendrá la velocidad suficiente para escapar del metal, sin ser atraído de regreso. La
cantidad mínima de energía necesaria para que un electrón escape de la superficie se llama función de trabajo. Esta
función de trabajo es característica del material y para la mayoría de los metales es del orden de varios electronvoltios.
Las corrientes termoiónicas pueden incrementarse o decrementarse disminuyendo la función de trabajo. Esta
característica, que es muy deseable, puede lograrse aplicando varios recubrimientos de óxido al alambre.En 1901, Owen
Willans Richardson publicó los resultados de sus experimentos: la corriente procedente de un alambre, bajo
calentamiento controlado, parecía depender exponencialmente de la temperatura del alambre, comportamiento que
era modelado por una fórmula matemática similar a la ecuación de Arrhenius. La forma moderna de esta ley

(demostrada por Saul Dushman en 1923, y por lo tanto llamada, en ocasiones, la ecuación de Richardson-Dushman)
establece que la densidad de corriente emitida está relacionada con la temperatura T por la ecuació
Emisión termoiónica Wikipedia
La emisión termoiónica, conocida anteriormente como efecto Edison es el flujo de partículas cargadas llamadas iones
que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una energía térmica de tipo vibracional que
provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie. La carga de los termiones (que
pueden ser positivos o negativos) será la misma a la carga del metal u óxido de metal. El efecto aumenta drásticamente
al subir la temperatura (1000–3000 K). La rama de la ciencia que estudia este fenómeno es la termoiónica.
Historia
El fenómeno fue inicialmente reportado en 1873 por Frederick Guthrie en Gran Bretaña. Mientras realizaba
experimentos con objetos cargados, Guthrie descubrió que calentando al rojo vivo una esfera de hierro con carga
negativa ésta perdía su carga (desprendiendo iones al vacío). También observó que esto no ocurría si la esfera estaba
cargada positivamente. Otras investigaciones al respecto fueron realizadas por William Hittorf (1869-1883), Eugen
Goldstein (1885) y Elster y Geitel (1882-1889).El Efecto Edison en un Diodo. Un diodo puede funcionar de dos maneras:
en una de ellas hay flujo de electrones, en la otra no. Las flechas representan la corriente del electrón, no la corriente
eléctrica.El efecto fue redescubierto por Thomas Edison el 13 de febrero de 1880, mientras trataba de descubrir la
razón por la cual se rompían los filamentos y por qué se oscurecía el cristal (la bombilla se ahumaba cerca de uno de los
terminales del filamento) de sus lámparas incandescentes.Edison construyó muchas bombillas experimentales, algunas
con un filamento adicional y una con una lámina metálica dentro de la lámpara, eléctricamente aislada del filamento.
Edison conectó el electrodo adicional al filamento de la lámpara a través de un galvanómetro. Cuando la lámina tenía
una carga negativa superior a la del filamento, no fluía corriente entre el filamento y la misma porque al estar frío emitía
muy pocos electrones. Sin embargo, cuando cargó la lámina positivamente, la mayoría de electrones emitidos desde el
filamento caliente fueron atraídos hacia ella causando un flujo de corriente estable. Esta forma de fluido eléctrico en un
solo sentido fue llamada entonces el efecto Edison (aunque el término se usa en ocasiones para referirse a la emisión
termoiónica específicamente).En este experimento, Edison descubrió también que la corriente emitida por el filamento
caliente se incrementaba rápidamente al aumentar el voltaje y presentó una aplicación para un dispositivo regulador de
voltaje usando este efecto el 15 de noviembre de 1883 (Patente U.S. 307,031 - la primera patente de un dispositivo
electrónico). Propuso que a través del aparato podría pasar corriente suficiente para operar un telégrafo sonoro.Fue
exhibido en la Exposición Internacional de Electricidad en Filadelfia en septiembre de 1884. William Preece, un científico
británico se llevó con él algunas de las bombillas de Efecto Edison, y presentó un estudio sobre ellas en 1885, donde se
refería a la emisión termoiónica como «efecto Edison».1 El físico británico John Ambrose Fleming, trabajando para la
compañía británica "Wireless Telegraphy", descubrió que el Efecto Edison podría ser usado para detectar ondas de
radio. Fleming comenzó a desarrollar el tubo de vacío de 2 elementos, conocido como diodo, que patentó el 16 de
noviembre de 1904.El diodo termoiónico también puede ser configurado como un dispositivo que convierte una
diferencia de temperatura en energía eléctrica directamente sin partes móviles (un conversor termoiónico, un tipo de
generador térmico).Owen Willans Richardson trabajó en la emisión termoiónica y recibió un premio Nobel en 1928 "por
su trabajo en el fenómeno termoiónico y especialmente por el descubrimiento de la ley que posteriormente llevaría su
nombre".
Ley de Richardson
En cualquier metal, existen uno o dos electrones por átomo que son libres de moverse de un átomo a otro. A esto se le
llama "mar de electrones". Su velocidad, más que ser uniforme, se modela por una distribución estadística, y
ocasionalmente un electrón tendrá la velocidad suficiente para escapar del metal, sin ser atraído de regreso. La
cantidad mínima de energía necesaria para que un electrón escape de la superficie se llama función de trabajo. Esta
función de trabajo es característica del material y para la mayoría de los metales es del orden de varios electronvoltios.
Las corrientes termoiónicas pueden incrementarse o decrementarse disminuyendo la función de trabajo. Esta
característica, que es muy deseable, puede lograrse aplicando al alambre varios recubrimientos de óxido.En 1901, Owen
Willans Richardson publicó los resultados de sus experimentos: la corriente procedente de un alambre, bajo
calentamiento controlado, parecía depender exponencialmente de la temperatura del alambre, comportamiento que
era modelado por una fórmula matemática similar a la ecuación de Arrhenius. La forma moderna de esta ley
(demostrada por Saul Dushman en 1923, y por lo tanto llamada, en ocasiones, la ecuación de Richardson-Dushman)
establece que la densidad de corriente emitida J [ A m 2 ] {displaystyle Jleft[{frac {A}{m^{2}}}right]} {displaystyle
Jleft[{frac {A}{m^{2}}}right]} está relacionada con la temperatura T por la ecuación:
Otro
La emisión termoiónica, conocida como efecto Edison es el flujo de partículas cargadas llamadas termo iones desde una
superficie de metal (u óxido de metal) causada por una energía termal de tipo vibraciones que provoca una fuerza
electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie. La carga del termo iones (que pueden ser positivos o
negativos) será la misma a la carga del metal u óxido de metal. El efecto aumenta dramáticamente al subir la
temperatura (1000–3000 K). La ciencia que estudia este fenómeno es la termoiónica.La energía requerida para ionizar
los átomos del gas en el arco eléctrico principalmente proviene del choque entre estos y los electrones emitidos por el
cátodo al someterse al elevado calor del arco. Si el gas tiene elevado potencial de ionización o es un gas poli-atómico
"más de un átomo" (ejemplo: O2 o CO2) requiere más energía para ionizarse haciendo que los electrones que choquen

con ellos sean frenados de forma un poco más sensible que si el gas tiene bajo potencial de ionización y su impacto final
con el otro electrodo (ánodo) será de menor nivel de energía.De manera similar, si el cátodo o emisor de electrones
tiene más poder de emisión (Función de Trabajo) el nivel de energía que llegue al otro electrodo (ánodo) será mayor.El
poder de emisión del cátodo depende del tipo de material que lo forma y tiene un valor constante para cada uno. Como
regla general, los materiales con mejor conductividad tienen más bajo poder Termoiónico o Función de Trabajo la cual
se mide en electrón Volts.
Efecto Termoionico
La emisión termoiónica es un fenómeno que se da en los metales. En los átomos de éstos, existen electrones con un
movimiento arbitrario, y cuya velocidad depende de la temperatura. Conforme aumenta la temperatura, crece su
velocidad, pudiendo abandonar la superficie metálica.A medida que los electrones abandonan el cátodo, forman una
"nube electrónica", similar a las moléculas que forman un gas y cuya carga neta es negativa, puesto que está formada
por electrones. El emisor de estos electrones es el cátodo, que se calienta mediante una resistencia o filamento de
tungsteno puro, toriado o recubierto de una capa de óxido de bario. El filamento se calienta haciendo pasar una
corriente (la corriente de caldeo). Si ahora aplicamos una tensión entre ánodo y cátodo (Vak) siendo el ánodo más
positivo, se produce una corriente eléctrica al ser los electrones atraídos por el ánodo, que está a potencial positivo.A
esta corriente se le llama corriente de placa. Si se aumenta la tensión (Vak) , se produce un aumento de la corriente de
placa (Ia), hasta alcanzar el valor de saturación (Is), en el que la corriente no aumenta por mucho de subamos la tensión
aplicada. Esto es debido a que la placa recoge todos los electrones que emite el cátodo, y no puede aumentar la
corriente a menos que aumentásemos la emisión de electrones subiendo la temperatura de caldeo. La corriente de
saturación (Is) depende entonces del número de electrones que emita el cátodo.Existen dos tipos de cátodo atendiendo
al modo en que se calienta.Cátodo de caldeo directo, el emisor es un simple filamento de tungsteno.Cátodo de caldeo
indirecto. El filamento está recubierto de óxido de bario e introducido en un pequeño cilindro de níquel; el filamento y
el cilindro están eléctricamente aislados.
Otro
SOLDADURA DE ARCO ELECTRICO
Emisión termoiónica en la soldadura de arco eléctrico
Estudio del arco eléctrico
2.1- Descripción
El arco eléctrico que se produce en todo proceso de soldadura se define como la corriente eléctrica que se establece a
través del aire ionizado gracias a la diferencia de potencial inducida entre las partes (entre electrodo y pieza, o entre
piezas a soldar).El arco eléctrico que se establece típicamente en los procesos de soldadura supone una descarga
eléctrica en todo caso, que se caracteriza por su elevada intensidad de corriente (10-2000 A), bajo potencial o voltaje
que se emplea (25-50 V), y su gran brillo y aporte de calor.El calor provocado por el arco no sólo es intenso, sino que
además está muy localizado, lo que resulta ideal para la operación de soldar. Las temperaturas alcanzadas son del orden
de 3500°C. En el circuito eléctrico formado por los electrodos y el arco, la intensidad de corriente depende de la tensión
y de la resistencia del circuito. Si los electrodos se acercan o se separan variará la resistencia y la intensidad y, por lo
tanto, la energía se transformará en calor, con lo que la soldadura no será uniforme.
Por lo tanto, desde un punto de vista práctico, esto quiere decir que para obtener soldaduras uniformes es
imprescindible mantener constante la separación de los electrodos durante el proceso del soldeo. No obstante, en el
siguiente apartado se profundiza sobre este asunto.
2.2- Cebado y mantenimiento del arco
El proceso de soldadura comienza con el cebado del arco. Para que se origine el arco eléctrico, imprescindible para que
ocurra la soldadura, hay que seguir la siguiente secuencia:
- 1º. Hacemos tocar la pieza con el electrodo. Al tocar el electrodo la pieza, se cierra el circuito y se produce un paso de
corriente eléctrica. Como consecuencia se origina en el punto de contacto una elevación de la intensidad, y por ende,
una elevación de la temperatura en la zona de contacto hasta la incandescencia.
- 2º. Cualquier metal en estado incandescente emite electrones, es lo que se conoce como efecto termoiónico.
- 3º. A continuación se procede a separar el electrodo de la pieza, lo que va a permitir que los electrones emitidos
ionizan el aire circundante, haciéndolo conductor, es lo que se llama efecto ionización.
Una vez establecido el arco, éste se logra mantener debido a una serie de factores que coinciden en el proceso.
Por un lado, los electrones que se emiten por el metal incandescente son atraídos por la pieza que hace de ánodo (en
caso de C.C. polaridad directa, es la pieza a soldar). Estos electrones debido a la velocidad que adquieren poseen una
gran energía cinética. Por otro lado, los iones, átomos cargados con carga positiva (+), resultado de la ionización del aire
son atraídos por el cátodo (en caso de C.C. polaridad directa, es el electrodo).El consiguiente choque de los iones sobre
el cátodo, origina un aumento de la temperatura del cátodo, y por efecto termoiónico producen la emisión de más
electrones que se dirigen hacia el ánodo, por lo que se mantiene el arco, y de paso, vuelven a ionizar más átomos del
aire, cerrándose así el proceso.La elevada energía cinética de los electrones debido a su alta velocidad, produce que la
temperatura que se alcanza en el ánodo (TA) sea mayor que la originada en la pieza que actúa como cátodo (TC)
TC < TA
TA - TC ~ 600 ºC
TA > 4000 ºC

Lo expuesto anteriormente tiene validez para el caso de uso de corriente continua. No obstante, la corriente alterna
también se puede utilizar en algunos procesos para establecer el arco eléctrico, aunque su estabilidad va a ser menor
otro
UN VISTAZO A LA FÍSICA DEL ARCO ELÉCTRICO DE SOLDADURA
Sin importar la naturaleza del procedimiento de soldadura empleado, en el arco eléctrico
producido siempre hay una constante: ¿Voltaje, corriente eléctrica, flujo de electrones o
temperatura?; estas son efectivamente variables muy importantes, sin embargo; en realidad
cada una de ellas es un efecto subordinado a algo aún mas elemental: La colisión de
partículas.
El proceso de colisión (Energía cinética “½mv2”) en el arco eléctrico hace posible la conversión
de energía eléctrica (Diferencia de potencial eV) en energía térmica y la consecuente
transferencia de calor y de metal. Para comprender el proceso de colisiones es necesario
hablar un poco del átomo.
En el arco eléctrico están involucradas tres partículas básicas: Electrones, átomos e iones
(átomos con carencia o exceso de electrones). Un átomo e incluso un ión, por ejemplo de
Argón, pesa 50,000 veces mas que un electrón y es unas 5,000 veces mas grande de
diámetro. Algo similar a comparar Pelotas de playa con bolas de Ping-pong.
Supón que tomas algunos átomos y electrones “Pelotas de Playa y de Ping-pong” además
supón dos situaciones: 1) que ambas tienen la propiedad de elasticidad ideal y 2) que la Pelota
de playa tiene unos recintos pegajosos donde pueden quedar atoradas las de Ping-pong. Si
metes las pelotas de Playa y de Ping-pong en una caja y las agitas moderadamente, las
pelotas de Ping-pong atrapadas en los recintos pegajosos de las de Playa no se liberaran,
eventualmente todas las pelotas se moverán a la misma velocidad. Algo similar ocurre con los
átomos de un gas contenidos en un cilindro.
Si ahora tomas la caja y la agitas violentamente, las pelotas de Ping-pong serán liberadas
inicialmente por los impactos entre Pelotas de Playa y aceleradas a altas velocidades teniendo
algunos impactos con las pelotas de Playa y entre ellas liberando aun más pelotas de Pingpong.
Ocasionalmente algunas pelotas de Ping-pong quedaran atrapadas en los recintos
pegajosos de las de Playa, pero seguramente serán liberadas nuevamente por subsecuentes
colisiones.
Los pequeños y ligeros electrones se pueden mover a elevadas velocidades comparados con
los pesados átomos e iones. La velocidad de los electrones es cercana a las 3,000 mph en
tanto que los iones viajan a 0.50 mph en el arco eléctrico (es decir prácticamente permanecen
estáticos), la velocidad de las partículas es un indicativo de la temperatura que producen al
chocar. Cuando un electrón se incrusta en un recinto de un ión es emitido un destello lo que da
origen al brillo del arco eléctrico.
La pegajosidad de los recintos de las Pelotas de Playa (átomos) varía de gas a gas y este
grado de pegajosidad se llama Potencial de Ionización el cual se mide en electrón Volts. A
mayor Potencial de Ionización es mas difícil establecer arco de soldadura con ese gas y
requiere mayor energía para liberar los electrones (Ionizarse).
La liberación de electrones durante las colisiones es llamada ionización térmica y la distribución
del movimiento entre las partículas es referida como equilibrio térmico.
La energía requerida para ionizar los átomos del gas en el arco eléctrico principalmente
proviene del choque entre estos y los electrones emitidos por el cátodo al someterse al elevado
calor del arco. Si el gas tiene elevado potencial de ionización o es un gas poli-atómico “mas de
un átomo” (ejemplo: O2 o CO2) requiere mas energía para ionizarse haciendo que los
electrones que choquen con ellos sean frenados de forma un poco mas sensible que si el gas
tiene bajo potencial de ionización y su impacto final con el otro electrodo (ánodo) será de
menor nivel de energía.
De manera similar, si el cátodo o emisor de electrones tiene mas poder de emisión (Función de
Trabajo) el nivel de energía que llegue al otro electrodo (ánodo) será mayor.
El poder de emisión del cátodo depende del tipo de material que lo forma y tiene un valor
constante para cada uno. Como regla general, los materiales con mejor conductividad tienen
mas bajo poder Termoiónico o Función de Trabajo la cual se mide en electrón Volts
Los metales refractarios como el tungsteno pueden ser cátodo termoiónico (al calentarse se
vuelven emisores muy buenos de electrones), pero los metales con bajo del punto de ebullición
tal como Fe, Al y los buenos conductores, no pueden ser cátodo termoiónico.
En el caso de materiales no-termoiónicos, el mecanismo de la emisión de electrones se debe
considerar sin la emisión termoiónica
En la vecindad de los electrodos el gas no se encuentra a tan alta temperatura como en la
columna de plasma debido al efecto refrigerante de estos por lo cual no se establece la

ionización ni se satisface la ley de la neutralidad de la carga. Esto genera un exceso de cargas
positivas adyacentes al ánodo y negativas al cátodo, lo que provoca las caídas anódica Va y
catódica Vc, la energía total esta dada por:
V representa el voltaje en los bornes de la fuente de poder y es la suma del voltaje anódico Va,
voltaje catódico Vc y el voltaje de la columna de plasma Vo.
El voltaje de la columna de plasma depende fuertemente del campo magnético generado por el
paso de la corriente eléctrica a través del electrodo, el campo magnético a su vez esta
influenciado por el potencial de ionización del gas.
Tanto el Voltaje Anódico como el catódico principalmente dependen de la Función de Trabajo
del electrodo es decir de su capacidad de emitir electrones al calentarse.
La zona que concentre el mayor potencial dispone de mas energía para acelerar los electrones
haciendo que estos se impacten con mayor velocidad. Mayor energía cinética es transformada
en mayor energía térmica “calor”, fundiendo la zona del impacto.
La energía cínetica “½mv2”se modifica dependiendo de la masa “m” (cantidad de
electrones emitidos por la Función Termoiónica del cátodo) y por la velocidad “v” (potencial
disponible para acelerarlos una vez que se ha dado la ionización).
El efecto de penetración es regido por la energía cinética de los choques producidos en la
superficie de los electrodos.
La principal evidencia de mayor energía cinética en cada zona del arco eléctrico es la caída de
tención existente en ellas. A mayor potencial mayor energía cinética y como consecuencia
mayor calor y mayor penetración.
La diferencia de potencial en cada zona se debe al Potencial de Ionización del gas empleado y
a la Función de Trabajo (Emisión Termoiónica del electrodo). Es posible cargar la Mayor Caída
de Tensión como sea conveniente hacia el ánodo o cátodo dependiendo el efecto que se
desea. Si el electrodo es Termoiónico tiene facilidad para emitir electrones por lo que se coloca
en el cátodo “-” (emisor natural de electrones) dando un efecto multiplicador al numero de
electrones disponibles y por lo tanto de choques de estos que se darán con el ánodo “+”
(Va>Vc) fundiéndolo. Al colocar el electrodo Termoiónico en el ánodo la moderada cantidad de
electrones salientes del cátodo se impactará con los átomos de gas ionizándolo rápidamente y el efecto multiplicador
hará que muchos electrones alcancen a colisionar con el ánodo fundiéndolo un poco a pesar del elevado punto de
fusión del material refractario del electrodo.Si el electrodo es no termoiónico “Bajo punto de fusión” se puede colocar
en el ánodo o cátodo,si se coloca en el cátodo “-” como no es tan buen emisor de electrones y si se combina con un gas
de rápida ionización (bajo Potencial de Ionización pero “Poli-atómico”) , se requerirán mas choques de los escasos
electrones recién emitidos para descomponer el gas casi a la salida del electrodo liberando gran cantidad de energía
suficiente para fundirlo (Vc>Va), muy pocos electrones lograrán impactar con el ánodo “+” y los que lo hagan llevarán
un nivel de energía menor porque gran parte de ella la habrán perdido al descomponer el gas poli-atómico
comúnmente empleado como medio de protección gaseosa, si el mismo electrodo no termoiónico se coloca en el
ánodo “+”, ahora el trabajo es el que no tiene suficiente capacidad de emitir electrones y los pocos que sean emitidos se
impactarán casi a su salida con los átomos de gas que demandan muchos choque para descomponerse, originando la
elevada temperatura que lo funde y da el efecto de penetración (Vc>Va)..
otro
17-SOLDADURA DE ARCO ELECTRICO
La descarga de corriente eléctrica se debe de producir entre dos superficies sin que estas se toquen
•La descarga electrica se produce por la ionización de particulas gaciosas llamado plasma
•Dentro del arco la temperatura es de 15,000 grados centigrados
•En la superficie del metal es de 10,000 grados centigrados
•El voltaje es bajo, en un rango de 30-80 voltios
•La corriente esta en un rango de 50A-300A
•La corriente es CD y CA, es preferible la CD para metales
•Una capa de gas inerte es conveniente sobre el caldo, la capa de gas inerte evita la oxidación del metal fundido con el
oxigeno del medio
ARCO ELECTRICO
Otro
Una descarga de arco se caracteriza por un voltaje más bajo que una descarga luminiscente y se basa en la emisión
termoiónica de electrones de los electrodos que soportan el arco. Un término arcaico es arco voltaico , como se usa en
la frase "lámpara de arco voltaico".
Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico de pulso corto en 1800. [1] En 1801, describió el fenómeno en un artículo
publicado en el Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts de William Nicholson . [2] Según la ciencia
moderna, la descripción de Davy fue una chispa en lugar de un arco.En el mismo año, Davy demostró públicamente el
efecto, ante la Royal Society , al transmitir una corriente eléctrica a través de dos varillas de carbono que se tocaban y
luego separándolas a una corta distancia. La demostración produjo un arco "débil", que no se distingue fácilmente de

una chispa sostenida , entrepuntos de carbón . La Sociedad suscribió una batería más poderosa de 1000 placas, y en
1808 demostró el arco a gran escala. [4] Se le atribuye haber nombrado el arco. [5] Lo llamó arco porque asume la
forma de un arco hacia arriba cuando la distancia entre los electrodos no es pequeña. [6] Esto se debe a la fuerza de
flotación del gas caliente. El primer arco continuo fue descubierto de forma independiente en 1802 y descrito en 1803
[7] como un "fluido especial con propiedades eléctricas", por Vasily V. Petrov , un científico ruso que experimentaba con
una batería de cobre-zinc que constaba de 4200 discos.
En 1802, Petrov descubrió el efecto del arco eléctrico , gracias a la construcción de la pila voltaica más grande y
poderosa del mundo en ese momento, que constaba de alrededor de 4.200 discos de cobre y zinc. [1] En "Noticias de
experimentos galvánico-voltaicos", 1803 ( en ruso : Izvestie o galvani-voltovskikh opytakh ), Petrov describió
experimentos realizados usando la pila voltaica, detallando la descarga de arco estable y la indicación de su posible uso
en iluminación artificial. fusión de metales para fundición y soldadura, obtención de óxidos metálicos puros y reducción
de metales a partir de óxidos mezclados con carbón en polvo y aceites
Un arco eléctrico es la forma de descarga eléctrica con la mayor densidad de corriente. La corriente máxima a través de
un arco está limitada solo por el circuito externo, no por el arco mismo
Otro
Efecto Termoiónico. Explicación y experimento.
Breve explicación del efecto termoiónico y experimento con una reproducción casera de la primera válvula termoiónica,
el diodo de Fleming de 1904.Olvide mencionar mencionar que para que los efectos termoiónicos se lleven a cabo, se
necesita condiciones de vacío, de lo contrario, no solo se oxidaría el metal candente del filamento, sino que los
electrones producidos, chocarían con los átomos del aire circundante y se dispersarían. Y por esa razón se lo llamó a
toda esta tecnología, “válvulas de vacío”.
Otro
La emisión termoiónica, conocida anteriormente como efecto Edison es el flujo de partículas cargadas llamadas iones
que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una energía térmica de tipo vibracional que
provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie. La carga de los termiones (que
pueden ser positivos o negativos) será la misma a la carga del metal u óxido de metal. El efecto aumenta drásticamente
al subir la temperatura (1000–3000 K). La rama de la ciencia que estudia este fenómeno es la termoiónica.
Otro
El efecto edison consiste en un fenómeno de conducción eléctrica que tiene lugar en el vacío. Edison redescubrió que
los electrones que se desprenden de un filamento incandescente pueden ser atraídos por un electrodo positivo,
dispuestos en el mismo tubo. Este invento sirvió de base para el desarrollo de la electrónica.
Emisión termoiónica. La emisión termoiónica es el fenómeno de la emisión de electrones desde una superficie calentada.
Emisión termoiónica. Fenómeno que tiene su origen en la emisión de partículas eléctricas con carga negativa o electrones
desde un filamento calentado eléctricamente hacia todas direcciones.
Historia
Inicialmente reportado en 1873 por Frederick Guthrie en Bretaña. Mientras realizaba experimentos con objetos
cargados, el Profesor Bernd Schuster descubrió que calentando al rojo vivo una esfera de hierro con carga negativa ésta
perdía su carga (desprendiendo iones al vacío). Observó que esto no ocurría si la esfera estaba cargada positivamente.
Otras investigaciones al respecto incluyeron a Hittorf (1869-1883), Goldstein (1885) y Elster and Geitel (1882-1889)
El efecto fue redescubierto por Thomas Edison el 13 de febrero de 1880, mientras trataba de descubrir la razón por la
cual se rompían los filamentos y por qué se oscurecía el cristal (la bombilla se ahumaba cerca de uno de los terminales
del filamento) de sus lámparas incandescentes.Edison tuvo éxito con ella y a lo largo de los años la fue perfeccionando
para mejorar su duración, el costo de manufactura, el aprovechamiento de la luz y la preservación de las cualidades en
el tiempo. Respecto a esto último, Edison se dio cuenta de que aunque el filamento incandescente se mantenía
relativamente intacto hasta el momento del colapso, el vidrio de la bombilla se iba oscureciendo
paulatinamente.Asumió que "algo" se desprendía del filamento, intentaba escapar de la bombilla y quedaba estampado
contra el cristal. Como Edison era más un inventor que un científico, no le dedicó mucho tiempo a explicar el fenómeno
sino que se concentró en resolverlo.Lo que hizo Edison para corregir el fenómeno fue introducir una placa metálica
dentro de la bombilla la cual se polarizaba con una carga positiva. Con esto observó que se minimizaba el
oscurecimiento del cristal ya que ese "algo" que se desprendía del filamento iba a dar directo a la placa cargada. Acto
seguido fue donde sus amigos de la oficina de patentes e inscribió el sistema como Efecto Edison, sin detenerse a
averiguar cómo podría usarse y tampoco sin pensar que en 1873 el científico inglés Frederick Guthrie ya había descrito
este fenómeno llamándolo Emisión Termoiónica.
Experimento Edison
Flujo de partículas cargadas llamadas iones que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una
energía térmica de tipo vibracional que provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la
superficie. La carga de los termiones (que pueden ser positivos o negativos) será la misma a la carga del metal u óxido
de metal. El efecto aumenta dramáticamente al subir la temperatura (1000–3000 K). La ciencia que estudia este
fenómeno es la termoiónica.El experimento que Edison llevó a cabo para comprobar como operaba su nueva mejora
fue el siguiente Cuando la placa tenía una carga más positiva que el filamento los electrones fluían (Electron flow),
mientras que cuando la carga de la placa era más negativa que la del filamento no fluían (No current).

Edison descubrió también que la corriente emitida por el filamento caliente se incrementaba rápidamente al aumentar el
voltaje
Otro
El efecto termoiónico (I)
Configuración electrónica de los metales
Los metales están compuestos por átomos en los que a su alrededor circulan sus electrones describiendo órbitas
entorno a su núcleo.La distancia que separa las diferentes órbitas que recorren los electrones alrededor del núcleo
del átomo van en función de la propia energía que poseen dichos electrones, de tal manera que cuanta mayor energía
tienen, mayor capacidad albergan para alejarse del núcleo, esto es porque los electrones tienen carga negativa y los
protones que forman parte del núcleo tiene carga positiva, así que como cargas de distinto signo se atraen, el núcleo
ejerce una fuerte atracción sobre el electrón, de este modo para que pueda alejarse, tendrá que poseer más energía y
así podrá distanciarse aún más.De tal modo que se puede afirmar que el electrón más alejado del núcleo es el que tiene
mayor energía propia, de hecho estos electrones están tan alejados que la fuerza de atracción con respecto al núcleo es
tan débil que a veces pueden escaparse del átomo convirtiéndose en un electrón libre, cuando esto ocurre, el átomo
que se ha quedado con un electrón de menos pasa a convertirse en un ion positivo ya que ahora posee más protones
que electrones, y la carga resultante del átomo será entonces positiva.Pero ahora este ion positivo al tener una carga
total positiva va a tratar de volver a un estado neutro y para ello tiene que obtener como sea otro electrón, y como
resulta que los átomos que tiene a su alrededor también poseen electrones muy alejados del núcleo y ahora nuestro ion
positivo tiene una carga positiva, va a ejercer una fuerte atracción sobre cualquier otro electrón que se acerque, y se lo
quitará del átomo más próximo, (o de cualquier otro electrón libre que se acerque demasiado), ahora este nuevo átomo
que se ha quedado sin un electrón intentará volverse neutro como el anterior, repitiéndose así una y otra vez el mismo
proceso.Dicho de otra manera, dentro del metal tendremos un movimiento continuo de electrones libres circulando y
chocando de un lado a otro, pero siempre se mantienen dentro del metal porque aunque un electrón libre posee más
energía que cuando está ligado a un átomo no es lo suficientemente fuerte, y siempre se verá atraído por esos iones
positivos que otros electrones han creado al abandonar los átomos.Todo esto sucede a temperatura ambiente, pero si
aportamos calor al metal estamos aplicando una energía extra a esos electrones, por lo que estos electrones libres
aumentarán su velocidad de desplazamiento, y ocurre que, cuando se calienta lo suficiente, estos electrones libres
pueden alcanzar tal energía que su velocidad sea tan elevada como para contrarrestar la fuerza de atracción de esos
iones positivos y escapar por completo de la estructura metálica.Esto quiere decir que cuando un electrón consigue
escaparse fuera del átomo obtenemos un ion positivo y si además también consigue escapar de la estructura
metálica, como resultado obtendremos un metal cargado positivamente.Pero como no vamos a creernos esto porque
si, vamos a demostrarlo con el siguiente experimento, que consiste en una bombilla recubierta con una malla
metálica, en este caso el metal que vamos a calentar va a ser el filamento haciendo circular una corriente eléctrica a
través de él para que se ponga incandescente, esto producirá una emisión de electrones por parte de este, por lo que el
filamento se quedará cargado positivamente al tener un defecto de electrones, y esos electrones los recogeremos con
la malla metálica que recubre la bombilla. Para demostrarlo conectaremos la punta de prueba de un polímetro a un
extremo de la conexión del filamento y la otra punta a la malla, comprobando que en el lado del filamento al emitir este
electrones quedará cargado positivamente (punta de prueba roja) y se convertirá en este caso en el polo positivo.
A su vez, como el filamento está conectado a la malla exteriormente a través del polímetro, el propio filamento al
quedar cargado positivamente va comenzar a coger electrones de todo aquello a lo que esté unido eléctricamente, en
este caso la malla, por lo que esta se volverá positiva precisamente por carecer ahora de electrones y que también
tratará de recuperar esos electrones que le faltan.De este modo, algunos de los electrones emitidos al vacío por el
filamento, se verán atraídos por esta malla que es positiva y en la que parte de los electrones tenderán a acumularse ya
que no todos pueden volver al filamento a través del cable exterior debido a la alta resistencia que ofrece el polímetro,
y por tanto, tendrá poco a poco un exceso de electrones y la malla se convertirá en el polo negativo (punta de prueba
negra).Como se observa en la siguiente imagen se produce una diferencia de potencial, entre filamento y malla, y el
polímetro registra esa tensión. También podemos ver que si invertimos la conexión de las puntas de prueba la lectura
aparece con un valor negativo, por lo que, aunque el filamento está alimentado con una corriente alterna, se está
generando una tensión continua entre filamento y malla, es decir una tensión que posee polaridad. Y otra cosa muy
importante, los electrones solo pueden circular del filamento a la malla y no en sentido contrario. Más adelante
veremos la importancia que tiene este fenómeno.En el siguiente vídeo podemos ver cómo se desarrolló el experimento
y ver que la diferencia de potencial es proporcional a la intensidad luminosa de la bombilla, es decir, que cuanto más
caliente esté el filamento, la emisión de electrones será mayor y mayor será la diferencia de potencial

Al desconectar una punta, la tensión es nula aún cunado la otra punta está conectada a la fase
Efecto termoiónico II. El diodo de vacío
La última vez hablamos del principio del efecto termoiónico, pero ahora vamos tratar de una aplicación de este efecto
en la electrónica, el diodo termoiónico o diodo de vacío.El diodo termoiónico no es más que una ampolla de vidrio a la
que se le ha practicado un vacío parcial, en cuyo interior se alojan dos elementos fundamentales, un filamento
metálico y una placa metálica con una conexión al exterior.Otra cosa muy importante es que este elemento al igual
que un diodo convencional de la actualidad solo permite que la corriente eléctrica circule en un solo sentido. En este
caso la corriente de electrones solo puede circular del filamento a la placa.Si nos fijamos en la explicación del efecto
termoiónico con una bombilla incandescente recubierta con una malla metálica, podemos ver las similitudes entre
esta y el diodo termoiónico, el filamento de la bombilla convencional actúa de la misma manera que el del diodo,
y la malla que recubre la bombilla actúa como la placa, solo que esta última se encuentra dentro de la propia ampolla
de vidrio, esto hace que se incremente notablemente el número de electrones que pueden circular entre el filamento
y la placa, ya que ahora estos electrones solo tiene que circular a través del vacío de la ampolla y no a través del cristal
de la bombilla y las moléculas de aire que hay entre el cristal y la malla.Pero, ¿por qué la corriente solo puede circular
del filamento a la placa y no al contrario?,bueno, veamos unos circuitos y haber si nos aclaran un poco la respuesta.
En el circuito de la derecha podemos ver que el filamento está alimentado con un generador de corriente continua lo
cual hace que el filamento se torne incandescente y comience a emitir electrones, claro, si emite electrones, este
filamento va a pasar a tener un defecto de electrones y va a tratar de volver a recuperarlos, y como está conectado al
polo negativo de la batería que casualmente por ser el polo negativo va a tener un exceso de electrones, pues, se los
puede coger sin problemas.Por otra parte la placa como está conectada al polo positivo de la batería que casualmente
por se positivo tiene un defecto de electrones, la propia batería va a tratar de recuperar los electrones que le faltan y
como solo puede cogerlos del único elemento al que está conectado, en este caso la placa, pues se los quitará de la
placa haciendo que esta pase a tener también un defecto de electrones, y aquí viene la clave de todo,llegados a este
punto tenemos un filamento que por un lado emite electrones al vacío y por el otro lado cogiendo electrones del polo
negativo de la batería, y por otra parte,tenemos ahora una placa con defecto de electrones que va a tratar de
recuperarlos como sea, y como filamento y placa está próximos, si uno está dando electrones y el otro los quiere
coger, se establecerá entonces una circulación de electrones en el vacío de la ampolla de vidrio creándose una
corriente de electrones desde el filamento a la placa, y registrándose dicha circulación en el miliamperímetro a través
del circuito exterior.¡Vale!, pero... todavía no me has explicado porqué solo puede circular la corriente en un solo
sentido.Sí, sí… ahora vamos a ello.Supongamos que invertimos la polaridad de la batería y el filamento lo conectamos
al positivo en vez de al negativo y la placa al negativo en vez del positivo y a continuación le metemos tensión al
filamento, este va a comenzar como siempre a emitir electrones, pero ahora como la placa está conectada
al polo negativo de la batería se va a volver negativa con un exceso de electrones y como cargas de igual signo se
repelen,los electrones que emita el filamento van a ser repelidos por la placa que también es negativa, así que no
podrá establecerse una corriente de electrones entre el filamento y la placa.De ahí que este elemento reciba el
nombre de diodo termoiónico, ya que actúa igual que el diodo convencional permitiendo solo el paso de la corriente
en un solo sentido,y bloqueándolo en el otro.Vamos a ver ahora como es un diodo termoiónico real por dentro, en la
siguiente imagen podemos ver una válvula PY88 la cual se empleaba frecuentemente como rectificadora en las
antiguas televisiones.Esta válvula es de caldeo indirecto, estoquiere decir que el filamento no es el que emite
directamente los electrones (caldeo directo) sino que al filamento se le recubre con un cilindro metálico llamado
también cátodo que se calienta con el filamento actuando este únicamente como elemento calefactor y es este
cilindro el que emite los electrones. De este modo se consigue un doble objetivo, separar eléctricamente el circuito del
cátodo del circuito del filamento, y además, como el poder emisor de electrones depende del material (por
mucho que calentemos un metal existe un límite de emisión) debido a que hay pocos metales que se
puedan emplear como filamento soportando altas temperaturas, al envolver este con un tubo de
otro material se puede usar otro metal que emita más electrones al calentarse y se le puede recubrir con sustancias
que aumenten este poder emisor aún más, como el óxido de bario.Aquí podemos ver en detalle el filamento y el
cátodo que envuelve el filamento. La placa en esta válvula es la lámina que aparece en color gris oscuro y que se
puede ver en la fotografía que envuelve a su vez al cátodo. A continuación vamos a ver otro ejemplo de cátodo, en
este caso de un triodo en el que podemos

ver más en detalle el propio cátodo y su recubrimiento de óxido de bario.
El efecto termoiónico III. El triodo
Se vio con anterioridad cual era el uso y cómo funciona un diodo termoiónico, sin embargo si a este le añadimos un
nuevo electrodo a los dos que ya posee tenemos lo que se conoce como triodo termoiónico.Este nuevo electrodo se
llama rejilla quedando colocado entre el cátodo y la placa, siendo comúnmente un hilo metálico que va enrollado
dispuesto en forma de espiral alrededor del cátodo. En la siguiente imagen podemos ver en detalle la rejilla alrededor
del cátodo de un triodo. A simple vista podemos imaginarnos que este nuevo elemento debe de actuar como una
especie de barrera para los electrones que circulan desde el cátodo a la placa, y de hecho así es.A continuación vamos
a insertar un triodo en un circuito para poder estudiar cómo se comporta este tipo de válvula. Como podemos
observar tenemos tres circuitos, el circuito A con la batería A que es la que se encarga de calentar el filamento para
que emita electrones, el circuito B cuya batería B suministra tensión al circuito formado por el cátodo y placa, y por
último tenemos el circuito C, cuya batería cierra el circuito entre el cátodo y la rejilla.Veamos que pasa en el primer
caso, la rejilla en este momento está conectada al cátodo por lo que la diferencia de potencial entre la propia rejilla y
el cátodo será de 0 voltios,es decir, tienen el mismo potencial, esto supone que cuando los electrones emitidos por
el cátodo y que se dirigen a la placa atraviesan la barrera que forma la rejilla no van a encontrar ningún impedimento
por parte de esta, ya que la rejilla no tiene ni mayor ni menor potencial con respecto al cátodo.Podríamos decir que en
este supuesto el triodo responde como un diodo. Pero que pasaría si comenzamos a aplicar una tensión cada vez más
negativa a la rejilla (ejemplo 2),ocurrirá que, los electrones que parten del cátodo cuando se acerquen a la rejilla se
van a encontrar con que esta ahora tiene una carga negativa, y como los propios electrones también tiene carga
negativa, una parte de ellos van a ser repelidos (cargas de igual signo se repelen) nuevamente hacia el cátodo, por lo
que ahora no todos los electrones que parten del cátodo va a lograr llegar a la placa como lo hacían antes.Si
progresivamente vamos comunicando un potencial cada vez más negativo a la rejilla (ejemplo 3) llegará un
momento en que ningún electrón consiga llegar a la placa, y por lo tanto el miliamperímetro no registrará
ninguna corriente. Esta tensión que se aplica a la rejilla a la cual se produce este fenómeno se denomina
tensión de corte de rejilla.Ahora vamos a ir un poco más allá, si observamos con detenimiento la imagen del triodo
abierto vemos que la distancia entre la rejilla y el cátodo es mucho menor que entre la rejilla y la placa, esto es
fundamental para comprender la aplicación por excelencia de los triodos. Partiendo de la Ley de Coulomb que en
esencia dice que cuanto menor sea la distancia entre dos cargas más van a interaccionar entre ellas sus fuerzas,
tenemos que los electrones cuando partan del cátodo se va encontrar con una fuerza de atracción por parte de la
placa y una fuerza de repulsión por parte de la rejilla, pero, y aquí está la clave, como la distancia entre cátodo y
rejilla es menor que entre cátodo y placa, la propia rejilla aún con menos tensión que la propia placa va a
poder influenciar más a los electrones que la placa, precisamente por estar más cerca. Pongamos un ejemplo,
supongamos que para tener una corriente por el circuito B de digamos 50 mA se necesita una diferencia de potencial
de 150 voltios entre placa y cátodo, y, teniendo la rejilla conectada al cátodo como en el primer ejemplo, a su vez, si
queremos que por este mismo circuito no pase ninguna corriente necesitamos aplicarle una tensión negativa a la
rejilla 10 voltios (tensión de corte de rejilla). De esto podemos deducir que con 0 voltios (con respecto a cátodo) en la
rejilla el miliamperímetro registra 50 mA y que si aplicamos 10 voltios a la rejilla el miliamperímetro marcará 0 mA, es
decir, que con una tensión aplicada a la rejilla que es 15 veces más pequeña (150/10) que la tensión del circuito B,
podemos controlar la corriente total del propio circuito B, o dicho de otra forma, la tensión aplicada a la rejilla produce
cambios proporcionales en la corriente que pasa por el circuito B con una relación de 1:15, así que, estamos
consiguiendo una amplificación.Esta es precisamente la aplicación más potente que tienen los triodos termoiónicos, la
de su uso como amplificadores, pudiendo usarse como amplificadores de señal en radiofrecuencia,amplificadores de
sonido..., y que en la actualidad su homologo sería el transistor.La siguiente imagen muestra el interior de una válvula
ECC82, una válvula de doble triodo.
Otro
Introducción histórica de la electrónica
1.3 Tubos de vacío o válvulas de vacío

Son dispositivos electrónicos que consisten en una cápsula de vacío de acero o de vidrio, con dos o más electrodos
entre los cuales pueden moverse libremente los electrones. El diodo de tubo de vacío fue desarrollado por el físico
inglés John Ambrose Fleming en 1904. Contiene dos electrodos: el cátodo, un filamento caliente o un pequeño tubo de
metal caliente que emite electrones a través de emisión termoiónica, y el ánodo, una placa que es el elemento
colector de electrones. En los diodos, los electrones emitidos por el cátodo son atraídos por la placa sólo cuando ésta
es positiva con respecto al cátodo. Cuando la placa está cargada negativamente, no circula corriente por el tubo. La
introducción de un tercer electrodo, llamado rejilla, interpuesto entre el cátodo y el ánodo, forma un triodo, que ha
sido durante muchos años el tubo base utilizado para la amplificación de corriente. El triodo fue inventado por el
ingeniero estadounidense Lee De Forest en 1906. La rejilla es normalmente una red de cable fino que rodea al cátodo
y su función es controlar el flujo de corriente. Al alcanzar un potencial negativo determinado, la rejilla impide el flujo
de electrones entre el cátodo y el ánodo.Con potenciales negativos más bajos el flujo de electrones depende del
potencial de la rejilla. La capacidad de amplificación del triodo depende de los pequeños cambios de voltaje entre la
rejilla y el cátodo, que a su vez causan grandes cambios en el número de electrones que alcanzan el ánodo. Con el
paso del tiempo se han desarrollado tubos más complejos con rejillas adicionales que proporcionan mayor
amplificación y realizan funciones específicas. Los tetrodos disponen de una rejilla adicional, próxima al ánodo, que
forma una barrera electrostática entre el ánodo y la rejilla. De esta forma previene la realimentación de la misma en
aplicaciones de alta frecuencia. El pentodo dispone de tres rejillas entre el cátodo y el ánodo; la tercera rejilla, la más
próxima al ánodo, refleja los electrones emitidos por el ánodo calentado por los impactos electrónicos cuando la
corriente de electrones en el tubo es elevada. Los tubos con más rejillas, denominados hexodos, heptodos y octodos,
se usan como convertidores y mezcladores de frecuencias en receptores de radio.Los tubos todavía desempeñan un
papel importante en determinadas aplicaciones, como las etapas de potencia de los transmisores de radio y televisión
o en equipos militares que deben resistir el pulso de voltaje inducido por las explosiones nucleares atmosféricas, que
destruyen los transistores.
Otro
Eduardo C. Martínez
El efecto termoiónico también conocido como emisión termoiónica es un fenómeno característico de los metales.
Sabemos que en los metales las bandas de energía (conducción y valencia) se encuentran superpuestas,facilitando el
salto de electrones entre las últimas órbitas de los átomos que conforman la red molecular del metal
Al interior de los átomos que componen un metal existen ciertos electrones se mueven arbitrariamente con velocidad
, la cual depende directamente de la temperatura, es decir; conforme aumenta la temperatura crece su velocidad y en
consecuencia su energía cinética también se incrementa,proporcionando entonces la energía necesaria para
abandonar la superficie metálica.Los electrones liberados son atraídos por el metal que ha quedado cargado
positivamente como consecuencia de la emisión, forman en las proximidades de la superficie una nube electrónica a la
que se le denomina carga espacial y que tiene por efecto aumentar el trabajo de extracción de nuevos electrones. Por
tanto para mantener una intensidad de emisión constante es necesario retirar inmediatamente cada electrón que ha
sido liberado; esto se logra colocando un electrodo (ánodo) al frente del metal emisor (cátodo) a potencial positivo
respecto Donde es la superficie del cátodo, es una constante, característica del metal expresada como es la constante
de Boltzmann y la función exponencial dependiente de la temperatura y de la función trabajo del metal .La medida de
la densidad de corriente de saturación y de la temperatura del metal permite determinar la energía de extracción del
material empleado como cátodo, mejor conocida como función trabajo, para la mayoría de metales varía entre 1 y 5
eV. La función trabajo del cátodo se puede obtener a ϕ partir del cálculo de la temperatura del electrodo mediante la
obtención de la pendiente originada al graficar lnj vs Vr. Para ello será necesario definir una función trabajo efectiva
dependiente de la temperatura y de la intensidad de corriente del cátodo.Partimos de la ecuación de Richardson-
Dushman, de donde obtenemos
otro
Emisión termoiónica
La emisión termoiónica, conocida anteriormente como efecto Edison es el flujo de partículas cargadas llamadas iones
que proviene de una superficie de metal (u óxido de metal) causado por una energía térmica de tipo vibracional que

provoca una fuerza electrostática que empuja a los electrones hacia la superficie. La carga de los termiones (que
pueden ser positivos o negativos) será la misma a la carga del metal u óxido de metal. El efecto aumenta
drásticamente al subir la temperatura (1000–3000K). La rama de la ciencia que estudia este fenómeno es la
termoiónica.El fenómeno fue inicialmente reportado en 1873 por Frederick Guthrie en Gran Bretaña. Mientras
realizaba experimentos con objetos cargados, Guthrie descubrió que calentando al rojo vivo una esfera de hierro con
carga negativa ésta perdía su carga (desprendiendo iones al vacío). También observó que esto no ocurría si la esfera
estaba cargada positivamente. Otras investigaciones al respecto fueron realizadas por William Hittorf (1869-1883),
Eugen Goldstein (1885) y Elster y Geitel (1882-1889).El efecto fue redescubierto por Thomas Edison el 13 de febrero
de 1880, mientras trataba de descubrir la razón por la cual se rompían los filamentos y por qué se oscurecía el cristal
(la bombilla se ahumaba cerca de uno de los terminales del filamento) de sus lámparas incandescentes.Edison
construyó muchas bombillas experimentales, algunas con un filamento adicional y una con una lámina metálica dentro
de la lámpara, eléctricamente aislada del filamento. Edison conectó el electrodo adicional al filamento de la lámpara a
través de un galvanómetro. Cuando la lámina tenía una carga negativa superior a la del filamento, no fluía corriente
entre el filamento y la misma porque al estar frío emitía muy pocos electrones. Sin embargo, cuando cargó la lámina
positivamente, la mayoría de electrones emitidos desde el filamento caliente fueron atraídos hacia ella causando un
flujo de corriente estable. Esta forma de fluido eléctrico en un solo sentido fue llamada entonces el efecto Edison
(aunque el término se usa en ocasiones para referirse a la emisión termoiónica específicamente).En este experimento,
Edison descubrió también que la corriente emitida por el filamento caliente se incrementaba rápidamente al aumentar
el voltaje y presentó una aplicación para un dispositivo regulador de voltaje usando este efecto el 15 de noviembre de
1883 (Patente U.S. 307,031 - la primera patente de un dispositivo electrónico). Propuso que a través del aparato
podría pasar corriente suficiente para operar un telégrafo sonoro.Fue exhibido en la Exposición Internacional de
Electricidad en Filadelfia en septiembre de 1884. William Preece, un científico británico se llevó con él algunas de las
bombillas de Efecto Edison, y presentó un estudio sobre ellas en 1885, donde se refería a la emisión termoiónica como
«efecto Edison». El físico británico John Ambrose Fleming, trabajando para la compañía británica "Wireless
Telegraphy",descubrió que el Efecto Edison podría ser usado para detectar ondas de radio.Fleming comenzó a
desarrollar el tubo de vacío de 2 elementos, conocido como diodo, que patentó el 16 de noviembre de 1904.El diodo
termoiónico también puede ser configurado como un dispositivo que convierte una diferencia de temperatura en
energía eléctrica directamente sin partes móviles (un conversor termoiónico, un tipo de generador térmico).
Owen Willans Richardson trabajó en la emisión termoiónica y recibió un premio Nobel en 1928 "por su trabajo en el
fenómeno termoiónico y especialmente por el descubrimiento de la ley que posteriormente llevaría su nombre".
En cualquier metal, existen uno o dos electrones por átomo que son libres de moverse de un átomo a otro. A esto se le
llama "mar de electrones". Su velocidad, más que ser uniforme, se modela por una distribución estadística, y
ocasionalmente un electrón tendrá la velocidad suficiente para escapar del metal, sin ser atraído de regreso. La
cantidad mínima de energía necesaria para que un electrón escape de la superficie se llama función de trabajo. Esta
función de trabajo es característica del material y para la mayoría de los metales es del orden de varios electronvoltios.
Las corrientes termoiónicas pueden incrementarse o decrementarse disminuyendo la función de trabajo. Esta
característica, que es muy deseable, puede lograrse aplicando al alambre varios recubrimientos de óxido.En 1901,
Owen Willans Richardson publicó los resultados de sus experimentos: la corriente procedente de un alambre, bajo
calentamiento controlado, parecía depender exponencialmente de la temperatura del alambre, comportamiento que
era modelado por una fórmula matemática similar a la ecuación de Arrhenius. La forma moderna de esta ley
(demostrada por Saul Dushman en 1923, y por lo tanto llamada, en ocasiones,la ecuación de Richardson-Dushman)
establece que la densidad de corriente emitida está relacionada con la temperatura T por la ecuación: donde T es la
temperatura del metal en kelvin, W es la función de trabajo del metal, k es la constante de Boltzmann. La constante de
proporcionalidad A, conocida como la constante de Richardson, dada por donde m y -e son la masa y la carga del
electrón, y h es la constante de Planck.
Otro