EMISSI TERMIONIK

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas terstruktur mata kuliah fisika statistik

Disusun oleh:

1. Devi Taufik Nurrohman ( H1E008023 )

2. Ades Kamahatva ( H1E008024 )

3. Wulansari Romadona ( H1E008026 )

4. M. Ibnu Ubaidillah ( H1E008028 )

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

JURUSAN MIPA

PROGRAM STUDI FISIKA

PURWOKERTO

2011

I. PENDAHULUAN

Kesahihan penafsiran Einstein mengenai fotolistrik diperkuat dengan telaah

tentang emisi termionik. Konduktivitas udara yang ada di sekelilingnya dapat

meningkat dengan adanya panas. Menjelang abad ke-19 ditemukan emisi elektron

dari benda panas. Emisi termionik memungkinkan bekerjanya piranti seperti tabung

televisi yang di dalamnya terdapat filamen logam atau katoda berlapisan khusus yang

pada temperatur tinggi mampu menyajikan arus elektron yang rapat.

Emisi partikel dari filamen panas pertama kali ditemukan oleh Thomas Edison

pada tahun 1883 tetapi efeknya tersisa dijelaskan sampai penemuan elektron oleh JJ

Thomson pada tahun 1897. Dalam percobaan Edison, dia memasukkan filamen kedua

di bohlam dievakuasi dari lampu filamen karbon dan menemukan bahwa saat ini bisa

dibuat mengalir antara kedua filamen memberikan filamen kedua dibuat positif

sehubungan dengan yang pertama. Tidak ada saat ini saat filamen kedua dibuat

negatif sehubungan dengan yang pertama atau pada saat filamen pertama tidak panas.

Hasil eksperimen menunjukkan bahwa:

Ada partikel bermuatan bergerak di ruang kosong. Partikel-partikel ini

menimbulkan arus.

Partikel-partikel tertarik dengan potensi positif, menunjukkan bahwa

biaya mereka harus negatif.

Partikel-partikel bermuatan yang dipancarkan dari filamen panas.

Setelah penemuan Thomson elektron, mekanisme di balik emisi termionik

dijelaskan. Pada saat itu diketahui bahwa semua logam mengandung beberapa

elektron yang bebas bergerak. Pasukan atom pada elektron ini tidak cukup untuk

mengikat mereka sama sekali. Jika energi diberikan ke elektron tersebut dalam

bentuk panas, mereka mendapatkan cukup energi kinetik dan elektron dari

permukaan logam dengan lolos proses emisi termionik.

Elektron yang terpancar memperoleh energi dari agitasi thermal pada partikel

logam, dan dapat diharapkan bahwa elektron harus mendapat energi minimum

tertentu supaya dapat lepas. Energi minimum ini dapat ditentukan untuk berbagai

permukaan dan selalu berdekatan dengan fungsi kerja fotolistrik untuk permukaan

yang sama. Dalam emisi fotolistrik, foton cahaya menyediakan energi yang

diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedang dalam emisi termionik kalorlah yang

menyediakannya. Dalam kedua kasus itu proses fisis yang bersangkutan dengan

timbulnya elektron dari permukaan logam adalah sama.

II. EMISI TERMIONIK

Emisi termionik adalah terlepasnya elektron dari permukaan logam yang lebih

panas ke permukaan logam lainnya yang dipanasi bersama-sama. Emisi Termionik

juga dikenal sebagai “Emisi Thermal Elektron”. Proses ini sangat penting dalam

pengoperasian berbagai perangkat elektronik dan dapat digunakan untuk pembangkit

daya atau pendinginan. Emisi termionik yaitu emisi partikel-partikel bermuatan

(electron atau ion) dari permukaan suatu penghantar karena suhu tinggi. Emisi ini

terjadi karena elektron atau ion-ion didalam penghantar itu mempunyai energi kinetik

yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan permukaan zat. Emisi termionik

ini sangat penting dalam teknik tabung hampa (tabung radio). Dalam tabung hampa

ini permukaan yang memancarkan electron-elektron (katode) dilapisi suatu zat

oksidasi alkali tanah. katode seperti ini mudah dilepaskan elektron-elektron jika

dipanaskan.

Hasilnya diilustrasikan dalam diagram di atas. Ketika kita memanaskan logam

kita mendapatkan awan elektron yang 'mendidih' dari permukaan logam dan

kemudian jatuh kembali lagi ini disebut ' Emisi termionik ' sebagai emisi elektron

yang dihasilkan oleh panas.

Emisi termionik adalah proses di mana elektron yang dipancarkan ke seluruh

penghalang. Daya penggerak dari proses ini adalah energi termal yang menyediakan

sedikit densitas pembawa energi yang lebih besar dari penghalang. Rapat arus didapat

melalui proses berikut ini:

dimana q adalah muatan listrik, n (E) adalah densitas energi elektron per unit

dan per satuan volume dan v x (E) adalah kecepatan elektron mendekati penghalang.

Integral memberikan seluruh elektron energi yang cukup besar untuk mengatasi

penghalang dan harus mencakup satu elektron bergerak menuju penghalang. Densitas

elektron diperoleh dengan mengalikan fungsi rapat keadaan dengan fungsi Fermi

yang menghasilkan:

Energi yang dapat ditulis sebagai fungsi dari kecepatan elektron

menggunakan:

yang menghasilkan:

di mana fungsi Fermi ini didekati dengan fungsi distribusi Maxwell-

Boltzmann. Hal ini didasarkan pada asumsi bahwa energi Fermi setidaknya 3kT di

bawah puncak penghalang seperti biasanya terjadi. Energi selanjutnya dapat

dinyatakan sebagai fungsi dari komponen kecepatan dalam y, x dan arah z:

sehingga integral dapat ditulis sebagai produk dari tiga integral, untuk

masing-masing komponen kecepatan. Intergral atas v y dan v z meluas dari minus tak

hingga sampai tak hingga, sedangkan integral atas v x mulai dari kecepatan minimum

dalam arah x positif diperlukan untuk mengatasi penghalang, v x, min, sampai jumlah

yang tak terbatas, sehingga menghasilkan:

Integral dari v y dan v z dapat diselesaikan menggunakan integral berikut:

sementara kecepatan minimum dalam arah x diperlukan untuk mengatasi

penghalang tersebut diperoleh dengan mengatur energi kinetik sama dengan tinggi

penghalang:

sehingga menghasilkan:

Hal ini dapat ditulis ulang sebagai:

di mana A R disebut sebagai konstanta Richardson, yaitu:

ungkapan untuk arus yang berkaitan dengan emisi termionik saat ini dapat

ditulis sebagai fungsi dari kecepatan rata-rata sebuah elektron yang akan mendekati

penghalang. kecepatan ini disebut sebagai kecepatan Richardson :

Sehingga rapat arus menjadi:

III. KESIMPULAN

Emisi termionik adalah fenomena emisi elektron dari permukaan logam,

ketika dipanaskan sampai suhu tinggi. Aliran (thermions) elektron merupakan arus

termionik. Filamen panas memberikan dari elektron dikenal sebagai katoda dan

filamen dengan potensi positif dikenal sebagai anoda. Elektron diberikan oleh katoda

tertarik oleh anoda dan karenanya menimbulkan arus. Logam seperti tungsten,

tantallum, tungsten thoriated dan logam yang dilapisi dengan oksida barium dan

strontium umum digunakan.

Persamaan untuk rapat arus yaitu,

DAFTAR PUSTAKA

http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter3/ch3_4.htm

http://www.britannica.com/EBchecked/topic/182915/electricity/71579/Thermionic-

emission