Sir Owen Willans Richardson a fait bien plus que simplement étudier la physique. Il a aidé à construire un moteur qui propulsait le 20e siècle. Né à Dewsbury, dans le Yorkshire, en 1879, il a passé sa vie à étudier le comportement des électrons. Ses recherches sur les raisons pour lesquelles le métal chaud émet des particules ont conduit directement à l’invention du tube à vide. Sans cette découverte, les premières radios, télévisions et ordinateurs qui ont défini la vie moderne n’existeraient pas.
Il est diplômé du Trinity College de Cambridge en 1900. Il y étudie auprès de J.J. Thomson au Laboratoire Cavendish. La relation est formatrice. Thomson a découvert l’électron lui-même. Richardson a pris cette abstraction et a compris comment la contrôler.
Prouver la source de l’émission d’électrons
Le début des années 1900 fut une période mouvementée pour la physique. Les scientifiques savaient que l’électricité pouvait circuler à travers le gaz, mais ils ne comprenaient pas complètement le fonctionnement des tubes à vide. Certains chercheurs pensent que lorsque le métal est chauffé à l’intérieur du tube, les molécules d’air ou de gaz environnantes libèrent des particules chargées électriquement. Il s’agit d’une hypothèse raisonnable. L’air est là. La chaleur est là. Le courant était là.
Richardson leur a prouvé le contraire.
En 1911, il démontre de manière concluante que les électrons ne proviennent pas de l’air ambiant, mais du métal chaud lui-même. Il s’agit d’un changement fondamental dans la compréhension de « l’émission thermoionique ». Cela montre que la chaleur seule peut libérer des électrons du réseau métallique.
L’équation qui a changé la technologie
La même année, il propose une formule mathématique pour expliquer ce phénomène. Le taux d’émission électronique est directement proportionnel à la température absolue du métal. C’est ce qu’on appelle la loi de Richardson ou l’équation de Richardson-Dushman.
Pourquoi est-ce important aujourd’hui ?
Cette équation permet aux ingénieurs de concevoir de meilleurs tubes à vide. Cela fournit un moyen prévisible de contrôler le flux d’électrons. Jusqu’alors, le développement des tubes à vide était une série d’essais et d’erreurs. La loi de Richardson a permis de calculer exactement la quantité de courant qu’un filament chauffé produirait à une température donnée. Cette précision a accéléré le développement de l’électronique de plusieurs décennies.
De Princeton au King’s College
La carrière universitaire de Richardson progressa rapidement. Il devient… entre 1906 et 1913 professeur de physique à l’université de Princeton. Il retourna en Angleterre en 1914 et occupa un poste au King’s College de Londres. Il devient professeur de physique et dix ans plus tard directeur de recherche.
Il prend sa retraite en 1944. Le monde a alors changé. Les tubes à vide qu’il a contribué à théoriser ont contribué à créer des communications mondiales. En 1939, il fut fait chevalier pour son travail en faveur de la science.
Prix Nobel et héritage
Il a reçu le prix Nobel de physique en 1928. Le prix était axé sur ses recherches sur l’émission d’électrons provenant des métaux chauds. C’est le « principe de base » de la technologie des tubes à vide.
Les tubes à vide sont désormais largement obsolètes dans l’électronique grand public, remplacés par des transistors à semi-conducteurs. Mais le principe demeure. Comprendre comment la chaleur affecte le mouvement des électrons reste important pour l’électronique de haute puissance, les composants aérospatiaux et certains types de capteurs.
Richardson est décédé à Alton, Hampshire en 1959
