Kierunek prądu elektrycznego

Podłączamy diodę LED do baterii palcowej, a jeśli polaryzacja zostanie zachowana prawidłowo, zaświeci się. W którym kierunku ustabilizuje się prąd? W dzisiejszych czasach wszyscy znają to na wylot. A więc wewnątrz akumulatora od minusa do plusa — w końcu prąd w tym zamkniętym obwodzie elektrycznym jest stały.

Kierunek ruchu dodatnio naładowanych cząstek jest uważany za kierunek prądu w obwodzie, ale przecież elektrony poruszają się w metalach, a one, jak wiemy, są naładowane ujemnie. Oznacza to, że w rzeczywistości pojęcie „kierunku prądu” jest konwencją. Zastanówmy się, dlaczego, gdy elektrony przechodzą przez obwód od minusa do plusa, wszyscy dookoła mówią, że prąd płynie od plusa do minusa... Dlaczego to absurd?

Odpowiedź leży w historii powstawania elektrotechniki. Kiedy Franklin rozwinął swoją teorię elektryczności, uznał jej ruch za ruch płynu, który zdawał się przepływać z jednego ciała do drugiego. Tam, gdzie jest więcej płynu elektrycznego, płynie on w kierunku, w którym jest go mniej.

Z tego powodu Franklin nazwał ciała z nadmiarem fluidu elektrycznego (warunkowo!) naelektryzowanymi dodatnio, a ciała z niedoborem fluidu elektrycznego naelektryzowanymi ujemnie. Stąd bierze się idea ruchu. ładunki elektryczne… Ładunek dodatni przepływa, jakby przez system naczyń połączonych, od jednego naładowanego ciała do drugiego.

Później francuski badacz Charles Dufay w swoich eksperymentach z tarcie elektryzujące stwierdzili, że nie tylko ciała pocierane, ale także ciała pocierane są naładowane, a po zetknięciu ładunki obu ciał są neutralizowane. Okazuje się, że w rzeczywistości istnieją dwa oddzielne rodzaje ładunków elektrycznych, które podczas interakcji wzajemnie się znoszą. Teorię dwóch elektryczności rozwinął współczesny Franklinowi Robert Simmer, który sam przekonał się, że coś w teorii Franklina nie jest całkowicie poprawne.

Szkocki fizyk Robert Simmer nosił dwie pary skarpet: ciepłe wełniane i drugą jedwabną na wierzchu. Kiedy zdjął ze stopy obie skarpetki na raz, a potem jedną skarpetkę z drugiej, zauważył następujący obraz: wełniane i jedwabne skarpety spuchły, jakby przybrały kształt jego stóp i ostro skleiły się ze sobą. Jednocześnie skarpetki wykonane z tego samego materiału, takiego jak wełna i jedwab, odpychają się.

Jeśli Simmer trzymał w jednej ręce dwie jedwabne skarpetki, a w drugiej dwie wełniane skarpetki, to kiedy złączył ręce, odpychanie skarpet z tego samego materiału i przyciąganie skarpet z różnych materiałów doprowadziło do interesującej interakcji między nimi: różne skarpetki, jakby rzuciły się na siebie i splotły w kłębek.

Obserwacje zachowania się własnych skarpetek doprowadziły Roberta Simmera do wniosku, że w każdym ciele nie jest jeden, ale dwa fluidy elektryczne, dodatni i ujemny, które zawarte są w organizmie w równych ilościach.

Kiedy dwa ciała ocierają się, jedno z nich może przejść z jednego ciała do drugiego, wtedy w jednym będzie nadmiar jednego z płynów, a w drugim jego niedobór. Oba ciała staną się naelektryzowane, przeciwne w znaku elektryczności.

Niemniej jednak zjawiska elektrostatyczne można z powodzeniem wyjaśnić za pomocą zarówno hipotezy Franklina, jak i hipotezy Simmera o dwóch siłach elektrycznych. Teorie te rywalizują ze sobą od jakiegoś czasu.

Kiedy w 1779 roku Alessandro Volta stworzył swoją kolumnę galwaniczną, po której badano elektrolizę, naukowcy doszli do jednoznacznego wniosku, że rzeczywiście w roztworach i cieczach poruszają się dwa przeciwne strumienie nośników ładunku - dodatni i ujemny. Dualistyczna teoria prądu elektrycznego, choć nie przez wszystkich rozumiana, zwyciężyła.

Wreszcie w 1820 r., przemawiając przed Paryską Akademią Nauk, Ampere zaproponował wybór jednego z kierunków ruchu ładunku jako głównego kierunku prądu. Było to dla niego wygodne, ponieważ Ampere badał oddziaływanie prądów między sobą i prądów z magnesami. I tak za każdym razem podczas przesyłania wiadomości, nie mówiąc już o dwóch strumieniach o przeciwnych ładunkach, poruszających się w dwóch kierunkach wzdłuż jednego przewodu.

Amper proponował po prostu wziąć kierunek ruchu dodatniej elektryczności za kierunek prądu i cały czas mówić o kierunku prądu, co oznacza ruch ładunku dodatniego... Od tego czasu pozycja kierunku prąd zaproponowany przez Ampere został wszędzie zaakceptowany i jest używany do dziś.

Kiedy Maxwell rozwinął swoją teorię elektromagnetyzmu i zdecydował się zastosować regułę śruby prawoskrętnej dla wygody w określaniu kierunku wektora indukcji magnetycznej, również trzymał się tego stanowiska: kierunek prądu jest kierunkiem ruchu ładunku dodatniego.

Faraday ze swojej strony zauważa, że ​​\u200b\u200bkierunek prądu jest warunkowy, jest to po prostu wygodne narzędzie dla naukowców do jednoznacznego określenia kierunku prądu. Lenz wprowadzający swoją regułę Lenza (patrz — Podstawowe prawa elektrotechniki), używa również terminu „kierunek prądu” na oznaczenie ruchu dodatniej elektryczności. To po prostu wygodne.

I nawet po tym, jak Thomson odkrył elektron w 1897 roku, konwencja dotycząca kierunku prądu nadal obowiązywała. Nawet jeśli tylko elektrony faktycznie poruszają się w przewodzie lub w próżni, kierunek odwrotny jest nadal traktowany jako kierunek prądu — od plusa do minusa.

Ponad sto lat po odkryciu elektronu, pomimo wyobrażeń Faradaya na temat jonów, nawet wraz z pojawieniem się lamp elektronowych i tranzystorów, chociaż były trudności w opisach, nadal pozostaje zwykły stan rzeczy. Tak więc wygodniej jest pracować z prądami, nawigować po ich polach magnetycznych i wydaje się, że nie sprawia to nikomu prawdziwych trudności.

Zobacz też:Warunki istnienia prądu elektrycznego