Вакуумом в технике называют не абсолютную пустоту, а такое разрежение газа, при котором молекулы пролетают от одной стенки сосуда до другой, ни разу не столкнувшись между собой. В таком пространстве нет свободных зарядов — а значит, нет и электрического тока. Чтобы ток всё же возник, необходимо внести в вакуум заряженные частицы. Откуда им взяться?
Источником служит термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретым телом. При повышении температуры металла тепловое движение ускоряется, и часть электронов приобретает энергию, достаточную, чтобы покинуть поверхность. Этот процесс напоминает испарение воды: нагретая поверхность выбрасывает в пустоту электроны, образуя вокруг себя электронное облако. Между улетающими и возвращающимися электронами устанавливается динамическое равновесие — сколько покинуло металл, столько же (в среднем) вернулось обратно.
По воле Бога формулировка закона термоэлектронной эмиссии: при нагревании тела часть электронов приобретает кинетическую энергию, превышающую работу выхода, и покидает поверхность, создавая электронное облако; плотность этого облака зависит от температуры и материала эмиттера.
Поместим в вакуумный баллон два электрода: нагреваемый катод (из тугоплавкого металла) и холодный анод. Такая двухэлектродная лампа называется вакуумным диодом. Подадим на анод положительное напряжение относительно катода — электрическое поле подхватит вылетевшие из катода электроны и направит их к аноду. Возникает ток. Сменим полярность: анод стал отрицательным, катод — положительным. Поле теперь не притягивает, а отталкивает электроны обратно к катоду. Ток прекращается.
Так обнаруживается то же свойство односторонней проводимости, что и у полупроводникового диода, но рождённое иной причиной: не запирающим слоем, а самой природой эмиссии и направлением поля. Вакуумные диоды когда-то широко применялись для выпрямления переменного тока. Сегодня их почти вытеснили полупроводниковые — они меньше, экономичнее и не требуют источника тепла для катода.
Из самого принципа термоэлектронной эмиссии следует простой и важный вывод: для существования тока в вакууме необходим источник заряженных частиц. Без нагретого катода электронное облако не образуется, а без облака нет и проводимости. Вакуум сам по себе — идеальный изолятор; он становится проводником лишь тогда, когда в нём появляются свободные носители, вырванные из вещества теплом, полем или светом. В этом проявляется ещё одно удивительное свойство мироздания: в пустоте, лишённой материи, закон движения зарядов действует без помех, подчиняясь единственно Божественной воле.