Emisia termoionică, cunoscută și sub denumirea de emisie termică de electroni, este procesul prin care purtătorii de sarcină, cum ar fi electronii sau ionii, se deplasează pe o suprafață sau pe un fel de barieră energetică prin inducerea căldurii. Purtătorii de încărcare limitează în mod natural activitatea; totuși, în emisia termoionică, energie termică este introdusă în purtători, determinându-i să depășească aceste forțe. Motivul din spatele capacității purtătorilor de sarcină de a efectua această acțiune este că electronii și ionii sunt mobili și nelegați de lanțurile normale ale structurii atomice care afectează alte particule. În mod tradițional, acești purtători de încărcare au fost denumiți „termioni”.
O proprietate a teoriei emisiei termoionice este că regiunea emițătoare este susținută cu o sarcină opusă celei originale, dar egală ca mărime. Aceasta înseamnă că locația purtătorului de sarcină înainte de emisie va genera o sarcină pozitivă în cazul electronilor. Cu toate acestea, acest lucru poate fi modificat folosind o baterie. Emisia este neutralizată atunci când purtătorii sunt mai departe de regiune, rezultând nicio modificare a stării inițiale.
Din punct de vedere istoric, exemplul principal de emisie termoionică este cel folosit în efectul Edison. Electronii sunt emiși de la un catod de metal fierbinte, care folosește un dispozitiv electric polarizat pentru a determina curgerea curentului electric într-un tub vid. Acest lucru permite unui dispozitiv să mențină controlul asupra mișcării electronilor și să amplifice sau să modifice semnalul electric.
Orice lucru folosit fie pentru răcire, fie pentru generarea de energie utilizează conceptul de teoria emisiei termoionice. Pe măsură ce temperatura crește, mărimea debitului crește. Pe lângă utilizarea tradițională a tuburilor cu vid pentru electronice, dispozitivele cu stare solidă pot fi folosite și pentru a crea mișcarea termoionică a electronilor, permițând funcționarea tehnologiei moderne.
Termionica a fost raportată pentru prima dată de Frederick Guthrie în 1863. El a reușit să identifice o modificare a sarcinii pozitive a unei sfere de fier foarte încălzite, care nu a avut loc dacă obiectul era încărcat negativ. Cu toate acestea, abia în 1880 știința a fost valorificată cu ușurință de Thomas Edison. Când lucra cu becurile lui incandescente, a observat că anumite zone au rămas întunecate. Acest lucru i-a permis să identifice fluxul de electroni din cauza căldurii, rezultând în crearea diodei.
Legea lui Richardson descrie motivul pentru care electronii sunt capabili să curgă în acest mod. Mai exact, metalele conțin doi electroni în structura atomică care sunt capabili să se deplaseze de la atom la atom. În 1928, Sir Owen Willans Richardson, un fizician britanic, a descoperit că unii electroni au putut să părăsească atomul fără să se întoarcă. Acest proces necesită o anumită cantitate de energie în funcție de metal. Termenul pentru acest efect este funcția de lucru.