Термоионный генератор

Принцип действия термоионного генератора поясняет рис. 58. В основу работы генератора положен эффект, обнаруженный Эдисоном в 1883 г. и названный термоионной эмиссией. На возможность применения этого эффекта для создания термоионного генератора впервые было указано Шлихтером в 1915 г. При нагревании одного из электродов, который позднее стали называть катодом, до достаточно высокой температуры значительная часть его электронов приобретает энергию, при которой они способны покинуть его поверхность. Правда, этот процесс протекает небеспрепятственно, о чем будет сказано ниже. Если поблизости находится другой электрод - анод, то испущенные электроны можно направить к нему и там собрать. Это возможно лишь в том случае, если оба электрода соединить внешней цепью, поскольку в противном случае рост отрицательного заряда на аноде препятствует движению к нему эмиттируемых электронов, и при определенных условиях они не смогут его достигнуть. Но в термоионном генераторе катод и анод соединены внешней цепью. Поэтому поток электроноз, то есть электрический ток, проходит через эту цепь, совершая в ней работу. На рис. 58 внешняя нагрузка представлена сопротивлением R, но практически это может быть какое-либо устройство, например электродвигатель. Таким образом, в термоионном генераторе используется часть энергии (в интересующем нас случае это энергия солнечной радиации), израсходованной на нагревание катода, благодаря которой в нагрузке протекает ток и совершается работа.

Рис. 58. Термоионный генератор

Такое преобразование солнечной энергии в работу происходит не без потерь, и, естественно, встает вопрос о к. п. д. подобного устройства. Электроны покидают катод лишь при его нагревании, поэтому возникают потери энергии через теплоизлучение. Часть тепловой энергии попадает на анод, который при сильном разогреве также испускает электроны. Если хотя бы часть из них достигла катода, это привело бы к уменьшению тока в нагрузке. Поэтому на охлаждение анода также необходима энергия. Итак, возможности этого способа преобразования энергии, как и других тепловых машин, также небеспредельны; ограничена, по-видимому, и величина его к. п. д. Но прежде чем перейти к определению к. п. д. такого устройства, рассмотрим процесс термоэлектронной эмиссии с нагретого твердого тела.