Na rozdíl od samostatného výboje při vzniku katodových paprsků, můžeme ve vakuu vytvořit i výboj nesamostatný. Tomuto procesu říkáme emise elektronů z kovů. Na uvolnění elektronu z kovu je potřeba určitá energie, kterou elektron může získat tepelnou emisí neboli termoemisí, fotoemisí (absorpce fotonu – fotoelektrický jev), sekundární emisí (vyvolaná dopadem rychlých elektronů nebo iontů) nebo autoemise neboli studená emise (vyvolaná silným elektrickým polem).
Katoda ve výbojové trubici je vyrobena z wolframového vlákna a rozžhavená procházejícím elektrickým proudem. Z vlákna katody se díky termoemisi uvolňují elektrony s velkou rychlostí. V oblasti mezi katodou a anodou tak vzniká záporný prostorový náboj, který ale zabraňuje vystupování dalších elektronů z katody. Jestliže je napětí mezi katodou a anodou dostatečné, pak převládá elektrické pole mezi katodou a anodou a elektrony vytvoří vodivé spojení. Klesne–li napětí anody pod určitou hodnotu, zabrání prostorový záporný náboj mezi anodou a katodou dalšímu pohybu elektronů a proud mezi anodou a katodou ustane.
Termoemise se využívá v elektronkách nebo častěji v obrazovkách. Nejjednodušší elektronkou je dioda, jejíž vzduchoprázdná baňka obsahuje jen katodu a anodu. Používá se jako usměrňovače střídavého proudu na stejnosměrný. První prototyp diody vytvořil Thomas Alva Edison, ale patent na ni obdržel v roce 1904 John Ambrose Fleming. Jednalo se o detektor elektromagnetických vln, který se skládal ze skleněné baňky, z níž byl odčerpán vzduch, a v ní byly dvě elektrody tvořené kovovými plíšky, z nichž jedna později nazvaná katoda, byla zahřívaná. Zahřívaná katoda elektrony vyzařovala, kdežto anoda je přitahovala. Celé zařízení je založeno na Edisonově efektu.
Zesilovače, vysokofrekvenční generátory a detektory elektromagnetických vln obsahují třetí elektrodu – mřížku. Pomocí napětí na mřížce lze velmi dobře regulovat anodový proud. Toto zařízení se jmenuje trioda a v roce 1906 ho nezávisle na sobě vynalezli Američan Lee de Forest a olomoucký továrník Robert V. Lieben. Trioda byla v roce 1914 poprvé použita k detekci elektromagnetických vln.
Princip triody.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
První katodovou trubici s luminiscenčním stínítkem vynalezl v roce 1897 německý univerzitní profesor Carl Braun. Jeho úmyslem bylo použít ji pro osciloskop, ale další vývoj ukázal, že se dobře hodí k přenosu obrázků, tedy jako televize.
Princip katodové trubice.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
V každém vakuovém zařízení, v němž elektrony nabývají před dopadem na elektrody velkou kinetickou energii (při urychlení napětím větším než 10 kV), vzniká rentgenovo záření objevené v roce 1895 Wilhelmem Röntgenem. K emitování rentgenova záření byla sestrojena speciální elektronka – rentgenka. Tepelná emise elektronů se využívá také v elektronových mikroskopech, které dosahují zvětšení řádově 104 až 105.
