Sir Owen Willans Richardson deed meer dan alleen natuurkunde studeren. Hij hielp bij het bouwen van een motor die de 20e eeuw aandreef. Geboren in Dewsbury, Yorkshire in 1879, bracht hij zijn leven door met het bestuderen van het gedrag van elektronen. Zijn onderzoek naar de reden waarom heet metaal deeltjes uitstoot, leidde direct tot de uitvinding van de vacuümbuis. Zonder deze ontdekking zouden de vroege radio’s, televisies en computers die het moderne leven bepaalden niet bestaan.
Hij studeerde in 1900 af aan het Trinity College, Cambridge. Daar studeerde hij onder J.J. Thomson van het Cavendish-laboratorium. De relatie is vormend. Thomson ontdekte het elektron zelf. Richardson nam deze abstractie over en bedacht hoe hij deze onder controle kon houden.
Bewijs de bron van elektronenemissie
Het begin van de 20e eeuw was een turbulente tijd in de natuurkunde. Wetenschappers wisten dat elektriciteit door gas kon stromen, maar ze begrepen niet helemaal hoe vacuümbuizen werkten. Sommige onderzoekers zijn van mening dat wanneer het metaal in de buis wordt verwarmd, de omringende lucht- of gasmoleculen feitelijk elektrisch geladen deeltjes vrijgeven. Dit is een redelijke veronderstelling. De lucht is er. De hitte is er. De stroming was er.
Richardson bewees dat ze ongelijk hadden.
In 1911 toonde hij overtuigend aan dat de elektronen niet uit de omringende lucht komen, maar uit het hete metaal zelf. Dit is een fundamentele verandering in het begrip van “thermionische emissie”. Dit toont aan dat alleen warmte elektronen uit het metaalrooster kan vrijmaken.
De vergelijking die de technologie veranderde
In hetzelfde jaar stelde hij een wiskundige formule voor om dit fenomeen te verklaren. De elektronenemissiesnelheid is recht evenredig met de absolute temperatuur van het metaal. Dit wordt de wet van Richardson of de Richardson-Dushman-vergelijking genoemd.
Waarom is dit vandaag de dag belangrijk?
Met deze vergelijking kunnen ingenieurs betere vacuümbuizen ontwerpen. Dit biedt een voorspelbare manier om de stroom van elektronen te controleren. Tot dan toe was de ontwikkeling van vacuümbuizen een kwestie van vallen en opstaan geweest. De wet van Richardson maakte het mogelijk om precies te berekenen hoeveel stroom een verwarmde gloeidraad bij een bepaalde temperatuur zou produceren. Deze precisie versnelde de ontwikkeling van elektronica met tientallen jaren.
Van Princeton naar King’s College
De academische carrière van Richardson vorderde snel. Hij werd tussen 1906 en 1913 hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Princeton. Hij keerde in 1914 terug naar Engeland en kreeg een post aan King’s College in Londen. Hij werd hoogleraar natuurkunde en tien jaar later onderzoeksdirecteur.
In 1944 ging hij met pensioen. Tegen die tijd was de wereld veranderd. De vacuümbuizen die hij hielp theoretiseren, hielpen bij het creëren van wereldwijde communicatie. In 1939 werd hij geridderd vanwege zijn werk voor de wetenschap.
Nobelprijs en nalatenschap
Hij ontving in 1928 de Nobelprijs voor de natuurkunde. De prijs was gericht op zijn onderzoek naar elektronenemissie uit hete metalen. Dit is het “basisprincipe” van de vacuümbuistechnologie.
Vacuümbuizen zijn nu grotendeels achterhaald in de consumentenelektronica en vervangen door solid-state transistors. Maar het principe blijft. Begrijpen hoe hitte de beweging van elektronen beïnvloedt, blijft belangrijk voor krachtige elektronica, ruimtevaartcomponenten en bepaalde soorten sensoren.
Richardson stierf in 1959 in Alton, Hampshire
