Unde curge electricitatea?

Un curent electric apare într-un circuit electric care include o sursă de curent și un consumator de energie electrică. Dar în ce direcție apare acest curent? În mod tradițional, se crede că în circuitul extern curentul are o direcție de la plusul sursei la minus, în timp ce în interiorul sursei de alimentare este de la minus la plus.

Într-adevăr, curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate electric. Dacă conductorul este fabricat din metal, aceste particule sunt electroni - particule încărcate negativ. Cu toate acestea, în circuitul extern, electronii se deplasează tocmai de la minus (pol negativ) la plus (pol pozitiv) și nu de la plus la minus.

Dacă este inclus într-un circuit extern dioda semiconductoare, va deveni clar că curentul este posibil numai atunci când dioda este conectată de catod în direcția minusului. De aici rezultă că direcția opusă mișcării efective a electronilor este luată ca direcția curentului electric în circuit.

Dacă urmărim istoria formării ingineriei electrice ca știință independentă, putem înțelege de unde a venit o astfel de abordare paradoxală.

Cercetătorul american Benjamin Franklin a prezentat la vremea sa o teorie unitară (unificată) a electricității. Conform acestei teorii, materia electrică este un lichid fără greutate care poate ieși din unele corpuri, în timp ce se acumulează în altele.

Potrivit lui Franklin, există un fluid electric în toate corpurile, dar corpurile se electrizează numai atunci când există un exces sau o lipsă de fluid electric (fluid electric) în ele. Lipsa lichidului electric (conform Franklin) a însemnat electrificarea negativă, iar excesul - pozitiv.

Acesta a fost începutul conceptelor de încărcare pozitivă și încărcare negativă. În momentul conectării corpurilor încărcate pozitiv cu corpuri încărcate negativ, fluidul electric curge dintr-un corp cu o cantitate mare de lichid electric către corpuri cu o cantitate redusă din acesta. Acest lucru este similar cu un sistem de nave de comunicare. Un concept stabil de curent electric, mișcarea încărcărilor electrice, a intrat în știință.

Această ipoteză Franklin a precedat teoria electronică a conducerii, dar s-a dovedit a fi departe de a fi perfectă. Fizicianul francez Charles Dufe a descoperit că în realitate există două tipuri de electricitate, care se supun individual teoriei lui Franklin, dar care se neutralizează reciproc la contact. A apărut o nouă teorie dualistă (duală) a electricității, propusă de omul de știință natural Robert Simmer pe baza experimentelor lui Charles Dufe.

Atunci când frecați, pentru a electrifica, corpuri electrificate, nu numai corpul frecat, ci și cel frecat devine încărcat. Teoria dualistă susținea că, în starea obișnuită, corpurile conțineau două tipuri de lichid electric și în cantități diferite, care se neutralizează reciproc. Electrificarea s-a explicat printr-o modificare a raportului între energia electrică negativă și pozitivă în corpurile electrificate.

Atât ipoteza lui Franklin, cât și cea a lui Simmer au explicat cu succes fenomenele electrostatice și chiar au concurat între ele.

Inventat în 1799 de un pol volt și descoperire fenomene de electroliză a condus la concluzia că în timpul electrolizei soluțiilor și lichidelor din ele există două sarcini opuse în direcția mișcării încărcărilor - negative și pozitive. Acesta a fost triumful teoriei dualiste, deoarece atunci când apa a fost descompusă, acum a fost posibil să observăm cum bulele de oxigen au fost eliberate pe electrodul pozitiv, în timp ce hidrogenul a fost eliberat pe electrodul negativ.

Dar nu totul a fost lin aici. Cantitatea de gaze emise s-a dovedit diferită. Hidrogenul a fost eliberat de două ori mai mult decât oxigenul.Acest lucru fizicieni dezgustat. Atunci, chimiștii habar nu aveau că în molecula de apă există doi atomi de hidrogen și un singur atom de oxigen.

Aceste teorii nu au fost înțelese de toată lumea.

În 1820, Andre-Marie Ampère, într-o lucrare prezentată membrilor Academiei de Științe din Paris, decide mai întâi să aleagă una dintre direcțiile curenților ca principală, dar apoi dă o regulă conform căreia este posibil să se determine cu exactitate efectul magneților asupra curenților electrici.

Pentru a nu vorbi tot timpul despre doi curenți opuși ai ambilor curenți de electricitate, pentru a evita repetările inutile, Ampere a decis să ia cu strictețe direcția de mișcare a electricității pozitive ca direcție a curentului electric. Deci, pentru prima dată de către Ampere, regula generală acceptată de direcția curentului electric a fost introdusă până acum.

Mai târziu, Maxwell însuși a aderat la această poziție, inventând regula „gimlet”, care determină direcția câmpului magnetic al bobinei. Dar problema adevăratei direcții a curentului electric a rămas deschisă. Faraday a scris că această stare de lucruri este doar condiționată, este convenabilă pentru oamenii de știință și îi ajută să determine clar direcția curenților. Dar acesta este doar un instrument convenabil.

După ce Faraday a descoperit inducția electromagnetică, a fost necesar să se determine direcția curentului indus. Fizicianul rus Lenz a dat o regulă: dacă un conductor de metal se deplasează lângă un curent sau un magnet, atunci apare un curent galvanic. Și direcția curentului emergent este astfel încât firul fix să vină din acțiunea sa în mișcare opusă deplasării inițiale. Regula simplă, ușor de înțeles.

Chiar și după descoperirea unui electron, această convenție există de mai bine de un secol și jumătate. Odată cu inventarea unui dispozitiv precum o lampă electronică, cu introducerea pe scară largă a semiconductorilor, au început să apară dificultăți. Dar ingineria electrică, ca și înainte, funcționează pe definiții vechi. Uneori, acest lucru provoacă o confuzie reală. Dar efectuarea ajustărilor va provoca mai multe inconveniente.

Citește și:Cablarea și conducta: analogii și diferențe