Sir Owen Whillans Richardson zrobił znacznie więcej niż tylko studiował fizykę. Pomógł stworzyć silnik, który napędzał XX wiek. Urodzony w Dewsbury w Yorkshire w 1879 roku, poświęcił swoje życie badaniu zachowania elektronów. Jego badania nad przyczynami wydzielania cząstek przez rozgrzany metal doprowadziły bezpośrednio do wynalezienia lampy próżniowej. Bez tego odkrycia wczesne radia, telewizory i komputery, które definiowały współczesne życie, nie istniałyby.
Ukończył Trinity College w Cambridge w 1900 roku. Tam studiował u J. J. Thomsona w Cavendish Laboratory. Te relacje okazały się decydujące. Sam Thomson odkrył elektron. Richardson wziął tę abstrakcję i wymyślił, jak nią manipulować.
Dowód źródła emisji elektronów
Początek XX wieku był burzliwym okresem w fizyce. Naukowcy wiedzieli, że prąd może przepływać przez gaz, ale nie do końca rozumieli, jak działają lampy próżniowe. Niektórzy badacze wierzyli, że gdy metal wewnątrz rurki zostanie podgrzany, naładowane elektrycznie cząstki uwalniają otaczające cząsteczki powietrza lub gazu. Jest to rozsądne założenie. Powietrze jest obecne. Ciepło jest obecne. Prąd jest obecny.
Richardson udowodnił, że się mylili.
W 1911 roku przekonująco wykazał, że elektrony nie pochodzą z otaczającego powietrza, ale z samego rozgrzanego metalu. Była to zasadnicza zmiana w rozumieniu „emisji termicznej”. Pokazało to, że samo ciepło wystarczyło do uwolnienia elektronów z sieci krystalicznej metalu.
Równanie, które zmieniło technologię
W tym samym roku zaproponował wzór matematyczny wyjaśniający to zjawisko. Szybkość emisji elektronów jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej metalu. Nazywa się to prawem Richardsona lub równaniem Richardsona-Dashmana.
Dlaczego jest to dziś ważne?
To równanie pozwala inżynierom tworzyć lepsze lampy próżniowe. Zapewnia przewidywalny sposób kontrolowania przepływu elektronów. Do tego czasu rozwój lamp próżniowych był serią prób i błędów. Prawo Richardsona umożliwiło dokładne obliczenie, ile prądu wytworzy nagrzany żarnik w danej temperaturze. Ta precyzja przyspieszyła rozwój elektroniki o dziesięciolecia.
Z Princeton do King’s College
Kariera akademicka Richardsona rozwijała się szybko. Od 1906 do 1913 był profesorem fizyki na Uniwersytecie Princeton. W 1914 powrócił do Anglii i objął stanowisko w King’s College London. Został profesorem fizyki, a dziesięć lat później dyrektorem badań naukowych.
W 1944 roku przeszedł na emeryturę. Świat już się wtedy zmienił. Lampy próżniowe, które pomógł w teoretyzowaniu, przyczyniły się do powstania globalnych systemów komunikacyjnych. W 1939 roku otrzymał tytuł szlachecki za zasługi dla nauki.
Nagroda Nobla i dziedzictwo
W 1928 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Nagrodę przyznano za badania nad emisją elektronów z nagrzanych metali. Jest to „podstawowa zasada” technologii lamp próżniowych.
Lampy próżniowe są obecnie w dużej mierze przestarzałe w elektronice użytkowej i zostały zastąpione tranzystorami półprzewodnikowymi. Ale zasada pozostaje ta sama. Zrozumienie wpływu ciepła na ruch elektronów pozostaje ważne w przypadku elektroniki dużej mocy, komponentów lotniczych i niektórych typów czujników.
Richardson zmarł w Alton w Hampshire w 1959 roku.
