efecto termoionico modificado

Efecto Termoi´onico

˜
Miguel Angel D´ıaz Castaneda

11 de junio de 2015

Resumen

El efecto termoi´onico ha jugado un papel importatnte en el desarrollo de la ciencia y en la
comprensi´on de las propiedades de la materia. En el presente trabajo se presente un montaje
experimental simple que permite el estudio de este efecto utilizando una lampara de dos
filamentos. Mediante la experiencia esposible determinar las curvas caracter´ısticas IA V sVA
para diferentes corrientes de calentamiento del c´atodo (filamento), determinar la temperatura
del c´atodo y la velocidad de los electrones emitidos por el mismo. Los resultados
proporcionan una alternativa simple para el estudio del efecto termoi´onico en toda su riqueza
f´ısica en el laboratorio.

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Introducci´on

La electr´onica es el campode la ingenier´ıa y de la f´ısica aplicada, relativo al dise˜no y
aplicaci´on de dispositivos, por lo general circuitos electr´onicos, cuyo funcionamiento depende
del flujo de electrones para la generaci´on, transmisi´on, recepci´on, almacenamiento de
informaci´on, entre otros.
El efecto termoi´onico consiste en la emisi´on de electrones por una superficie met´alica
caliente.[1]

Historia delefecto termoi´onico.

Este fen´omeno fue conocido desde mediados del siglo XV III por Charles Du-Fay [2] quien
observ´o que un gas conduc´ıa electricidad cuando se colocaba cerca de un s´olido calentado.
Seguidamente, Becqerel [3] en 1853 consigui´o producir corriente el´ectrica al colocar una
diferencia de potencial entre dos electrodos calientes de platina inmersos en aire caliente. En
1883,finalmente, Thomas Alva Edison constat´o la emisi´on de electrones por un metal caliente
[4]. El fen´omeno Termoi´onico fue inicialmente reportado en 1873 por Frederick Guthrie en
Breta˜na. Mientras realizaba experimentos con objetos cargados, Guthrie descubri´o que
calentando al rojo vivo una esfera de hierro con carga negativa e´ sta perd´ıa su carga
(desprendiendo iones al vac´ıo). Tambi´en observ´oque esto no ocurr´ıa si la esfera estaba
cargada positivamente. Pero fue redescubierto por Thomas Edison el 13 de febrero de 1880,
mientras trataba de descubrir la raz´on por la cual se romp´ıan los filamentos y por qu´e se
oscurec´ıa el cristal (la bombilla se ahumaba cerca de uno de los terminales del filamento) de

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sus l´amparas incandescentes. Edison construy´o muchas bombillasexperimentales, algunas
con un filamento adicional y una con una l´amina met´alica dentro de la l´ampara, el´ectricamente
aislada del filamento conect´o el electrodo adicional al filamento de la l´ampara a trav´es de un
galvan´ometro. Cuando la l´amina ten´ıa una carga negativa superior a la del filamento, no flu´ıa
corriente entre el filamento y la misma porque al estar fr´ıo emit´ıa muy pocos electrones.Sin
embargo, cuando carg´o la l´amina positivamente, la mayor´ıa de electrones emitidos desde el
filamento caliente fueron atra´ıdos hacia ella causando un flujo de corriente estable. Esta forma
de fluido el´ectrico en un solo sentido fue llamada entonces el efecto Edison (aunque el
t´ermino se usa en ocasiones para referirse a la emisi´on termoi´onica espec´ıficamente). En este
experimento, Edisondescubri´o tambi´en que la corriente emitida por el filamento caliente se
incrementaba r´apidamente al aumentar el voltaje y present´o una aplicaci´on para un dispositivo
regulador de voltaje usando este efecto el 15 de noviembre de 1883. Propuso que a trav´es del
aparato podr´ıa pasar corriente suficiente para operar un tel´egrafo sonoro. Fue exhibido en la
Exposici´on Internacional deElectricidad en Philadelphia en septiembre de 1884. William
Preces, un cient´ıfico brit´anico se llev´o con e´ l algunas de las bombillas de Efecto Edison, y
present´o un estudio sobre ellas en 1885, donde se refer´ıa a la emisi´on termoi´onica como el
Efecto Edison. El f´ısico brit´anico John Ambrosio Fleming, trabajando para la compa˜n´ıa
brit´anica ”Wireless Telegraphy”, descubri´o que el Efecto...