Var flyter elen?

En elektrisk ström uppstår i en elektrisk krets inklusive en strömkälla och en konsument av el. Men i vilken riktning inträffar denna ström? Det antas traditionellt att strömmen i den externa kretsen har en riktning från plus för källan till minus, medan den inuti kraftkällan är från minus till plus.

Faktiskt är elektrisk ström den ordnade rörelsen för elektriskt laddade partiklar. Om ledaren är gjord av metall är dessa partiklar elektroner - negativt laddade partiklar. I den externa kretsen rör sig emellertid elektronerna exakt från minus (negativ pol) till plus (positiv pol) och inte från plus till minus.

Om ingår i en extern krets halvledardiode, kommer det att bli klart att strömmen är möjlig endast när dioden är ansluten av katoden i minusriktningen. Av detta följer att den motsatta riktningen mot elektronernas rörelse tas som riktningen för den elektriska strömmen i kretsen.

Om vi ​​spårar historien kring bildandet av elektroteknik som en oberoende vetenskap, kan vi förstå var en sådan paradoxisk inställning kom ifrån.

Den amerikanska forskaren Benjamin Franklin framförde i sin tid en enhetlig (enhetlig) teori om elektricitet. Enligt denna teori är elektriskt material en viktlös vätska som kan rinna ut från vissa kroppar, medan den samlas i andra.

Enligt Franklin finns det en elektrisk vätska i alla kroppar, men kroppar blir elektrifierade endast när det finns ett överskott eller brist på elektrisk vätska (elektrisk vätska) i dem. Bristen på elektrisk vätska (enligt Franklin) innebar negativ elektrifiering och överskottet - positivt.

Detta var början på begreppen positiv laddning och negativ laddning. I ögonblicket för anslutning av positivt laddade kroppar med negativt laddade kroppar flyter elektrisk vätska från en kropp med en stor mängd elektrisk vätska till kroppar med en reducerad mängd av den. Detta liknar ett system för kommunikationsfartyg. Ett stabilt begrepp av elektrisk ström, rörelsen av elektriska laddningar, har gått in i vetenskapen.

Denna Franklin-hypotese föregick den elektroniska ledningsteorin, men den visade sig vara långt ifrån perfekt. Den franska fysikern Charles Dufe upptäckte att det i verkligheten finns två typer av elektricitet, som individuellt följer teorin om Franklin, men neutraliseras ömsesidigt vid kontakt. En ny dualistisk (dubbel) teori om elektricitet dök upp, framställd av naturforskaren Robert Simmer på grundval av experimenten från Charles Dufe.

Vid gnidning, för elektrifiering, elektrifieras kroppar, inte bara den gnidade kroppen, utan också den gnidade kroppen laddas. Den dualistiska teorin hävdade att kropparna i det vanliga tillståndet innehöll två slags elektrisk vätska och i olika mängder som neutraliserar varandra. Elektrifiering förklarades av en förändring i förhållandet negativ och positiv el i elektrifierade organ.

Både Franklins hypotese och Simers hypotes förklarade framgångsrikt elektrostatiska fenomen och tävlade till och med med varandra.

Uppfanns 1799 av en voltpol och upptäckt elektrolysfenomen ledde till slutsatsen att under elektrolys av lösningar och vätskor i dem finns det två motsatta laddningar i laddningens rörelseriktning - negativ och positiv. Detta var triumf för den dualistiska teorin, eftersom när vatten sönderdelades var det nu möjligt att observera hur syre bubblor släpptes på den positiva elektroden, medan väte släpptes på den negativa elektroden.

Men inte allt var smidigt här. Mängden utsläppta gaser visade sig annorlunda. Väte släpptes dubbelt så mycket som syre.Det här förbryllade fysikerna. Då hade kemisterna ingen aning om att i vattenmolekylen finns två väteatomer och endast en syreatom.

Dessa teorier förstås inte av alla.

Men 1820 beslutade Andre-Marie Ampère, i ett papper som presenterades för medlemmarna i Paris Academy of Sciences, först att välja en av riktningarna för strömmar som den huvudsakliga, men sedan ger en regel enligt vilken det är möjligt att exakt bestämma effekten av magneter på elektriska strömmar.

För att inte tala hela tiden om två motsatta strömmar i båda elströmmarna, för att undvika onödiga upprepningar, beslutade Ampere att strikt ta riktningen för positiv elektricitet som elektrisk strömriktning. Så för första gången av Ampere infördes hittills den allmänt accepterade regeln för elektrisk strömriktning.

Senare höll sig Maxwell själv fast vid denna position, efter att ha uppfunnit "gimlet" -regeln som bestämmer riktningen för magnetfältet på spolen. Men frågan om den riktiga riktningen för den elektriska strömmen förblev öppen. Faraday skrev att detta tillstånd endast är villkorat, det är bekvämt för forskare och hjälper dem att tydligt bestämma riktningen på strömmar. Men detta är bara ett bekvämt verktyg.

Efter att Faraday upptäckte elektromagnetisk induktion blev det nödvändigt att bestämma riktningen på den inducerade strömmen. Den ryska fysikern Lenz gav en regel: om en metallledare rör sig nära en ström eller en magnet, uppstår en galvanisk ström i den. Och riktningen för den växande strömmen är sådan att den fasta tråden kommer från sin verkan i rörelse mittemot den ursprungliga förskjutningen. Enkel, lätt att förstå regel.

Även efter upptäckten av en elektron har denna konvention funnits i mer än ett och ett halvt sekel. Med uppfinningen av en anordning såsom en elektronisk lampa, med den utbredda introduktionen av halvledare, började svårigheter att uppstå. Men elektroteknik fungerar som tidigare på gamla definitioner. Ibland orsakar detta verklig förvirring. Men att göra justeringar kommer att orsaka mer besvär.

Läs också:Ledningar och rörledningar: analogier och skillnader