Hol áramlik az elektromosság?

Elektromos áram keletkezik egy áramkörben, amely tartalmaz áramforrást és egy villamosenergia-fogyasztót. De milyen irányban fordul elő ez az áram? Hagyományosan úgy gondolják, hogy a külső áramkörben az áram a forrás pluszától mínuszig terjed, míg az energiaforráson belül mínuszról pluszra mutat.

Valójában az elektromos áram az elektromosan töltött részecskék rendezett mozgása. Ha a vezető fémből van, akkor ezek a részecskék elektronok - negatív töltésű részecskék. A külső áramkörben azonban az elektronok pontosan a mínuszról (negatív pólus) a plusz (pozitív pólusra) mozognak, nem pedig a plusztól a mínuszig.

Ha szerepel egy külső áramkörben félvezető dióda, világossá válik, hogy az áram csak akkor lehetséges, ha a diódát a katód a mínusz irányába köti. Ebből következik, hogy az elektronok tényleges mozgásával ellentétes irányt vesszük az áramkör elektromos áramának irányává.

Ha független tudományként nyomon követjük az elektrotechnika kialakulásának történetét, megérthetjük, honnan származik egy ilyen paradox helyzet.

Az amerikai kutató, Benjamin Franklin az idejében egységes (egységes) villamosenergia-elméletet terjesztett elő. Ezen elmélet szerint az elektromos anyag súlytalan folyadék, amely egyes testekből kifolyhat, míg másokban felhalmozódhatnak.

Franklin szerint minden testben van elektromos folyadék, de a testek csak akkor elektrizálódnak, ha fölösleges vagy hiányzik az elektromos folyadék (elektromos folyadék). Az elektromos folyadék hiánya (Franklin szerint) negatív elektrifikációt, a felesleg pozitív értéket jelentett.

Ez volt a kezdete a pozitív töltés és a negatív töltés fogalmának. A pozitív töltésű test negatív töltésű testekkel való összekapcsolásának pillanatában az elektromos folyadék nagy mennyiségű elektromos folyadékkal rendelkező testből áramlik a csökkentett mennyiségű testhez. Ez hasonló a hajók kommunikációs rendszeréhez. Az elektromos áram stabil fogalma, az elektromos töltések mozgása bekerült a tudományba.

Ez a Franklin-hipotézis megelőzte a vezetés elektronikus elméletét, de kiderült, hogy messze nem tökéletes. A francia fizikus, Charles Dufe rájött, hogy a valóságban kétféle villamos energia van, amelyek külön-külön engedelmeskednek Franklin elméletének, de érintkezésük során kölcsönösen semlegesítik őket. Megjelent egy új, duális (kettős) elektromos áram elmélet, amelyet Robert Simmer természettudós támaszt elő Charles Dufe kísérletei alapján.

A dörzsölés során az elektromos testek elektromosvá válása érdekében nemcsak a dörzsölt test, hanem a dörzsölt test is feltöltõdik. A dualista elmélet azt állította, hogy a testek normál állapotban kétféle elektromos folyadékot tartalmaznak, és különböző mennyiségben, amelyek semlegesítik egymást. Az elektrifikációt a negatív és a pozitív elektromosság arányának megváltozásával magyarázták az elektrifikált testekben.

Mind Franklin, mind Simmer hipotézise sikeresen magyarázta az elektrosztatikus jelenségeket, sőt, egymással versengve is.

Feltalálta 1799-ben egy voltoszlop és felfedezés elektrolízis jelenségek arra a következtetésre jutott, hogy az oldatok és a benne levő folyadékok elektrolízise során a töltések mozgásának irányában két ellentétes töltés van - negatív és pozitív. Ez volt a dualista elmélet diadalma, mivel amikor a víz bomlott, most már megfigyelhető volt, hogy az oxigénbuborékok miként szabadulnak fel a pozitív elektródon, míg hidrogén szabadul fel a negatív elektródon.

De itt nem minden volt simán. A kibocsátott gázok mennyisége eltérőnek bizonyult. A hidrogén kétszer annyit bocsátott ki, mint az oxigén.Ez a zavart fizikusok. A kémikusoknak fogalma sem volt arról, hogy a vízmolekulában két hidrogénatom és csak egy oxigénatom található.

Ezeket az elméleteket nem mindenki értette.

Andre-Marie Ampère azonban 1820-ban a Párizsi Tudományos Akadémia tagjai számára elõterjesztett dokumentumban elõször úgy dönt, hogy az áramlások egyik irányát választja fõként, majd megad egy olyan szabályt, amely szerint lehet pontosan meghatározni a mágnesek elektromos áramokra gyakorolt ​​hatását.

Annak érdekében, hogy ne beszéljünk állandóan mindkét villamos áram két ellentétes áramáról, és a felesleges ismétlések elkerülése érdekében, az Ampere úgy döntött, hogy szigorúan a pozitív villamos energia mozgásának irányát veszi az elektromos áram irányának. Tehát Ampere először vezette be az elektromos áram irányának általánosan elfogadott szabályát.

Később maga Maxwell ragaszkodott ehhez a helyzethez, miután kifejlesztette a „gömbcsonk” szabályt, amely meghatározza a tekercs mágneses tere irányát. Az elektromos áram valódi irányának kérdése azonban nyitva maradt. Faraday írta, hogy ez a helyzet csak feltételes, kényelmes a tudósok számára, és segít nekik egyértelműen meghatározni az áramok irányát. De ez csak egy kényelmes eszköz.

Miután Faraday felfedezte az elektromágneses indukciót, szükségessé vált az indukált áram irányának meghatározása. Az orosz Lenz fizikus szabályt adott: ha egy fémvezeték áram vagy mágnes közelében mozog, akkor galvanikus áram keletkezik benne. És a felmerülő áram iránya olyan, hogy a rögzített huzal a működéséből a kezdeti elmozdulással ellentétes mozgásba kerüljön. Egyszerű, könnyen érthető szabály.

Még egy elektron felfedezése után ez az egyezmény több mint másfél évszázadon keresztül létezett. A félvezetők széles körű bevezetésével olyan eszköz, mint például egy elektronikus lámpa feltalálásával nehézségek merültek fel. De az elektrotechnika, mint korábban, a régi meghatározásokon alapszik. Néha ez valódi zavart okoz. A kiigazítások azonban további kényelmetlenségeket okoznak.

Olvassa el még:Vezetékek és csövek: analógiák és különbségek