Историја парадокса електротехнике

Ако саставите електрични круг из извора струје, потрошача енергије и жица које их повезују, затворите, тада ће дуж овог круга струјати електрична струја. Разумно је питати: "И у ком правцу?" Уџбеник о теоријским основама електротехнике даје одговор: „У спољњем кругу струја тече од плус извора енергије до минуса, а у унутрашњости извора од минус до плус“ (1).

Је ли тако? Подсјетимо да је електрична струја уређено кретање електрично набијених честица. Они у металним проводницима су негативно наелектрисане честице - електрони. Али електрони у спољном кругу крећу се супротно од минус извора до плуса. То се може доказати врло једноставно. Довољно је да у горњи круг ставите електронску лампу - диоду. Ако је анода лампе позитивно напуњена, тада ће струја у кругу бити, ако је негативна, тада неће бити струје. Подсетите се да супротни трошкови привлаче, и попут одбацивања оптужби. Стога позитивна анода привлачи негативне електроне, али не и обрнуто. Закључујемо да за правац електричне струје у науци о електротехници узимају правац супротан кретању електрона. (2)

Избор правца супротног постојећем не може се назвати иначе парадоксалним, али разлози такве разлике могу се објаснити ако пратимо историју развоја електротехнике као науке.

Међу многим теоријама, понекад чак и анегдотским, покушавајући да објаснимо електричне појаве које су се појавиле у зору науке о електричној енергији, осврћемо се на две главне.

Амерички научник Б. Франклин изнио је такозвану унитарну теорију електричне енергије, према којој је електрична материја врста безваличне течности која би могла да исцури из неких тела и да се накупља у другим. Према Франклину, електрична течност се налази у свим телима и наелектрише се само када у њима постоји недостатак или вишак електричне течности. Недостатак течности значи негативну електрификацију, а вишак значи позитивну. Тако се појавио концепт позитивног и негативног набоја. (3) Када су позитивно наелектрисана тела повезана са негативним телима, електрична течност (течност) прелази из тела са повећаном количином течности у тела са смањеном количином. Као и код комуницирања пловила. С истом хипотезом, појам покрета електричних наелектрисања - електричне струје - ушао је у науку. (4)

Франклинова хипотеза показала се врло плодоносном и предвиђала је електронску теорију провођења. Међутим, испоставило се да није далеко од савршене. Чињеница је да је француски научник Дуфе открио да постоје две врсте електрицитета, које су се, поштујући сваку појединачно Франклинову теорију, међусобно неутрализирале. (5). Разлог настанка нове дуалистичке теорије електричне енергије коју је Симмер изнио на основу Дуфеових експеримената био је једноставан. Изненађујуће, али током више деценија експеримената са електричном енергијом, нико није приметио да се приликом трљања наелектрисаних тела наплаћује не само трљано, већ и тело за трљање. У супротном, Симмерова хипотеза једноставно се не би појавила. Али чињеница да се појавила има своју историјску правду. (6)

Дуалистичка теорија је сматрала да се у телима уобичајеног стања налазе две врсте електричне течности у РАЗЛИЦИТИМ количинама, које се међусобно неутралишу. Електрификација је објасњена чињеницом да се однос позитивног и негативног електрицитета у телима мењао. Није баш јасно, али требало је некако објаснити феномене из стварног живота.

Обе хипотезе су успешно објасниле главне електростатичке појаве и дуго времена се међусобно надметале. Историјски дуалистичка теорија предвиђала је јонску теорију проводљивости гасова и раствора. (7)

Проналазак волтаичне колоне 1799. године и накнадно откриће феномена електролизе омогућили су то да се закључи током електролизе течности и раствора у њима се примећују два супротна смера кретања набоја - позитиван и негативан. Дуалистичка теорија је победила, јер се током распадања, на пример, воде, јасно видело да мехурићи кисеоника емитују на позитивној електроди, а водоник на негативној електроди. (8). Међутим, није све било у реду. За време распадања воде количина емитованих гасова није била иста. Водоник је имао двоструко више кисеоника. Ово је збуњено. Како би било који тренутни школарци, који су знали да постоје два атома водоника (познато асхдво) у молекули воде у молекули воде, али хемичари то још нису смислили.

Не може се рећи да су те теорије разумели не само студенти, већ и сами научници. Револуционарни демократ А.И. Херзен је, узгред, дипломирани физичко-математички факултет Московског универзитета написао да ове хипотезе не помажу, па чак и „чине грозну штету студентима тако што им дају речи уместо појмова, убијајући питање са лажним задовољством. „Шта је електрична енергија?“ - „Тежина без тежине“. Не би ли било боље да је студент одговорио: „Не знам.“ (10). Ипак, Херзен није у праву. Заиста, у савременој терминологији, електрична струја тече од плуса до минус извора и не креће се ни на који други начин, а то нас нимало не узнемирава.

Стотине научника из различитих земаља спровело је хиљаде експеримената са полном волтом, али само двадесет година касније, дански научник Оерстед открио је магнетно дејство електричне струје. 1820. године објављена је његова порука у којој се наводи да проводник са струјом утиче на очитавање магнетне игле. Након бројних експеримената, он даје правило по коме је могуће одредити правац одступања магнетне игле од струје или струје од смера магнетне стрелице. "Користићемо формулу: ступ, који види негативан електрицитет који улази изнад себе, одступа на исток." Правило је толико нејасно да модерна писмена особа не схвата одмах како да га користи, већ шта је са временом када концепти још нису успостављени.

Стога се Ампере у свом раду који је представила Паришка академија наука прво одлучује за један од смерова струје као главни, а затим даје правило помоћу којег се може утврдити утицај магнета на струју. Читамо: "Будући да бих морао стално да говорим о два супротна смера у којима струја тече, тада, да избегнем непотребна понављања, после речи ДИРЕКЦИЈА ЕЛЕКТРИЧНЕ ТЕЧКЕ, увек ћу мислити ПОЗИТИВНА струја" Дакле, општеприхваћено правило смера уведено је први пут тренутна. Заиста, до открића електрона било је више од седамдесет година. (11).

У 17-19 веку у Европи је МОНЕМОНИЦС постао широко распрострањен. или вештина памћења, односно систем различитих техника које олакшавају памћење формирањем вештачких асоцијација. На пример, поезија је позната по томе што памти број ПИ - „Ко се шали и ускоро ће пожелети ...“, стари више од сто година. Или изрека о фазанима и ловцима да се сете распореда боја сунчевог спектра. Ово су мнемолошка правила.

Исто правило је пронашао Ампере да би одредио смер сила на проводнику са струјом. Звали су га "правило пливача". Не дајемо га, јер је такође био неуспешан и није се родио. Али правац струје у свим правилима подразумевао је кретање позитивно наелектрисаних честица. (12)

Касније се и Маквелл придржавао овог канона, који је смислио правило „чепача“ или „гимлет“ да би одредио смер магнетног поља завојнице. Познато је сваком ученику. Међутим, питање правог правца струје остало је отворено. Ево шта је Фарадаи написао: „Ако кажем. да струја прелази са позитивног на негативну само је у сагласности са традиционалним, мада донекле нијеми споразум између научника и њихово пружање стална јасна и дефинитивна средства за индикацију смера сила ове струје". (13. Италицс оур. БХ)

Након што је Фарадаи открио електромагнетну индукцију (индукујући струју у проводнику у променљивом магнетном пољу), постало је потребно да се утврди смер индуковане струје. Ово је правило дао изванредни руски физичар Е. К. Коризме. (14). Каже: „Ако се метални проводник креће у близини струје или магнета, у њему настаје галванска струја. Правац ове струје је такав да би жица у мировању долазила од ње у покрету, супротно стварном кретању. " (15). Односно, правило се сводило на врсту „питајте за савет и урадите супротно“.

Правила позната садашњем матурантима као „правило леве руке“ и „владавина десне руке“ у финалном облику предложила је енглеска физичарка Флеминга и она служе ДА СЕ ПОСТОЈИ СПОМЕЊИВАЊЕ физичке појаве физичарима, ученицима и школарцима, а не да их заварају.

Ова се правила увелико уносе у праксу и уџбенике физике, а након открића електрона требало би много тога променити, и то не само у уџбеницима, ако је назначено право смер струје. А ова конвенција траје више од век и по. У почетку то није стварало потешкоће, али са изумом електронске лампе (иронично, Флеминг је изумио прву радио-цев) и широком употребом полуводича, почеле су се појављивати потешкоће. Због тога, физичари и стручњаци за електронику радије не говоре о правцима електричне струје, већ о смеровима кретања електрона или наелектрисању. Али електротехника и даље ради на старим дефиницијама. Понекад то узрокује конфузију. Могуће је извршити подешавања, али да ли би то створило више непријатности од постојећих?