Nos metais, os elétrons livres, expostos a qualquer temperatura, apresentam movimento desordenado em virtude da agitação térmica. Nessa agitação constante, os elétrons que atingem a superfície do metal são atraídos pelos íons positivos da rede cristalina, porém, à temperatura ambiente não adquirem energia suficiente para vencer essa atração e saírem do metal.
Ao aquecermos o metal, o grau de agitação dos elétrons se intensifica, e estes passam a ter energia suficiente para “escaparem” do metal. Os elétrons que escapam do metal formam uma nuvem eletrônica próxima à superfície do corpo.
Esse fenômeno é denominado emissão termoiônica e foi observado, pela primeira vez, pelo inventor americano Thomas Edison. Por este motivo, a emissão termoiônica costuma ser também denominada efeito termoiônico.
Thomas Edison descobriu esse efeito ao colocar uma placa metálica na parte superior de uma lâmpada elétrica comum. Essa placa foi fixada em frente ao filamento metálico. A placa foi ligada ao polo positivo de uma bateria B e o filamento, ao polo negativo desta bateria. Ao ser aquecido pela bateria B1 (efeito Joule), o filamento emitiu uma grande quantidade de elétrons que eram atraídos pela placa. Com isso, Edison observou que uma corrente elétrica era estabelecida no circuito da bateria B, sendo indicada pelo amperímetro.
O efeito termoiônico encontra sua mais importante aplicação na construção de válvulas eletrônicas usadas amplamente em aparelhos de TV, rádio, etc.
A mais simples das válvulas é chamada de diodo, e nada mais é do que uma adaptação da lâmpada com a qual Thomas Edison descobriu o efeito termoiônico.
O diodo consiste em um cilindro metálico que é aquecido por meio de um filamento superior, no qual passa uma corrente elétrica. Este cilindro é envolvido por outro, também metálico, que constitui o anodo da válvula (eletrodo positivo). Aplicando-se uma diferença de potencial (ddp) entre os terminais do diodo, os elétrons são emitidos em virtude do efeito termoiônico, pelo catodo aquecido, dirigindo-se para o anodo. Esse processo é capaz de transformar a corrente alternada CA em corrente contínua CC, em circuitos eletrônicos.
O tubo de TV também utiliza o efeito termoiônico para a formação de imagens, além da aplicação do eletromagnetismo.