Waar stroomt de elektriciteit?

Een elektrische stroom ontstaat in een elektrisch circuit met inbegrip van een stroombron en een verbruiker van elektriciteit. Maar in welke richting treedt deze stroom op? Traditioneel wordt aangenomen dat in het externe circuit de stroom een ​​richting heeft van de plus van de bron naar min, terwijl deze in de voedingsbron van min naar plus is.

Elektrische stroom is inderdaad de geordende beweging van elektrisch geladen deeltjes. Als de geleider van metaal is, zijn deze deeltjes elektronen - negatief geladen deeltjes. In het externe circuit bewegen de elektronen echter precies van de min (negatieve pool) naar de plus (positieve pool), en niet van plus naar min.

Indien opgenomen in een extern circuit halfgeleiderdiodewordt duidelijk dat stroom alleen mogelijk is wanneer de diode door de kathode in de richting van de min wordt verbonden. Hieruit volgt dat de richting tegengesteld aan de feitelijke beweging van de elektronen wordt genomen als de richting van de elektrische stroom in het circuit.

Als we de geschiedenis van de vorming van elektrotechniek volgen als een onafhankelijke wetenschap, kunnen we begrijpen waar zo'n paradoxale benadering vandaan kwam.

De Amerikaanse onderzoeker Benjamin Franklin stelde in zijn tijd een unitaire (verenigde) theorie van elektriciteit voor. Volgens deze theorie is elektrische materie een gewichtloze vloeistof die uit sommige lichamen kan stromen en zich in andere ophoopt.

Volgens Franklin is er een elektrische vloeistof in alle lichamen, maar lichamen worden alleen geëlektrificeerd als er een teveel of een tekort aan elektrische vloeistof (elektrische vloeistof) in zit. Het gebrek aan elektrische vloeistof (volgens Franklin) betekende negatieve elektrificatie en het teveel - positief.

Dit was het begin van de concepten positieve lading en negatieve lading. Op het moment van verbinding van positief geladen lichamen met negatief geladen lichamen, stroomt elektrische vloeistof van een lichaam met een grote hoeveelheid elektrische vloeistof naar lichamen met een verminderde hoeveelheid daarvan. Dit is vergelijkbaar met een systeem van communicerende vaten. Een stabiel concept van elektrische stroom, de beweging van elektrische ladingen, is de wetenschap ingegaan.

Deze Franklin-hypothese ging vooraf aan de elektronische geleidingstheorie, maar deze bleek verre van perfect. De Franse natuurkundige Charles Dufe ontdekte dat er in werkelijkheid twee soorten elektriciteit zijn, die individueel de theorie van Franklin gehoorzamen, maar bij contact wederzijds worden geneutraliseerd. Een nieuwe dualistische (dubbele) elektriciteitstheorie verscheen, voorgesteld door de natuurwetenschapper Robert Simmer op basis van de experimenten van Charles Dufe.

Bij het wrijven, om geëlektrificeerde lichamen te elektrificeren, wordt niet alleen het gewreven lichaam, maar ook het gewreven lichaam geladen. De dualistische theorie beweerde dat de lichamen in de gewone toestand twee soorten elektrische vloeistof bevatten en in verschillende hoeveelheden die elkaar neutraliseren. Elektrificatie werd verklaard door een verandering in de verhouding van negatieve en positieve elektriciteit in geëlektrificeerde lichamen.

Zowel Franklins hypothese als Simmer's hypothese verklaarden met succes elektrostatische verschijnselen en concurreerden zelfs met elkaar.

Uitgevonden in 1799 volt pool en ontdekking elektrolyse fenomenen leidde tot de conclusie dat tijdens de elektrolyse van oplossingen en vloeistoffen daarin twee ladingen tegenovergesteld in de bewegingsrichting worden waargenomen - negatief en positief. Dit was de triomf van de dualistische theorie, omdat toen water werd ontleed, het nu mogelijk was om te observeren hoe zuurstofbellen vrijkwamen op de positieve elektrode en waterstof op de negatieve elektrode.

Maar niet alles verliep soepel. De hoeveelheid uitgestoten gassen bleek anders. Waterstof kwam tweemaal zoveel vrij als zuurstof.Dit verbijsterde natuurkundigen. Toen hadden de chemici geen idee dat er in het watermolecuul twee waterstofatomen zijn en slechts één zuurstofatoom.

Deze theorieën werden niet door iedereen begrepen.

Maar in 1820 besluit Andre-Marie Ampère in een artikel dat wordt gepresenteerd aan de leden van de Academie van Wetenschappen in Parijs, eerst een van de richtingen van stromen te kiezen als de belangrijkste, maar geeft vervolgens een regel volgens welke het mogelijk is om het effect van magneten op elektrische stromen nauwkeurig te bepalen.

Om niet altijd te praten over twee tegengestelde stromen van beide elektriciteitsstromen, om onnodige herhalingen te voorkomen, besloot Ampere strikt de richting van de beweging van positieve elektriciteit te nemen als de richting van de elektrische stroom. Dus, voor het eerst door Ampere, werd de algemeen aanvaarde regel van de richting van elektrische stroom tot dusver ingevoerd.

Later hield Maxwell zich aan deze positie, nadat hij de "breekring" -regel had uitgevonden die de richting van het magnetische veld van de spoel bepaalt. Maar de vraag naar de ware richting van de elektrische stroom bleef open. Faraday schreef dat deze stand van zaken slechts voorwaardelijk is, het is handig voor wetenschappers en helpt hen om de stromingsrichting duidelijk te bepalen. Maar dit is slechts een handig hulpmiddel.

Nadat Faraday elektromagnetische inductie ontdekte, werd het noodzakelijk om de richting van de geïnduceerde stroom te bepalen. De Russische natuurkundige Lenz gaf een regel: als een metalen geleider in de buurt van een stroom of een magneet beweegt, ontstaat er een galvanische stroom in. En de richting van de optredende stroom is zodanig dat de vaste draad van zijn actie tegen de initiële verplaatsing in beweging zou komen. Eenvoudige, gemakkelijk te begrijpen regel.

Zelfs na de ontdekking van een elektron bestaat deze conventie al meer dan anderhalve eeuw. Met de uitvinding van een apparaat zoals een elektronische lamp, met de wijdverbreide introductie van halfgeleiders, ontstonden moeilijkheden. Maar elektrotechniek werkt, zoals voorheen, volgens oude definities. Soms veroorzaakt dit echte verwarring. Maar het maken van aanpassingen zal meer ongemak veroorzaken.

Lees ook:Bedrading en leidingen: analogieën en verschillen