Διεύθυνση ηλεκτρικού ρεύματος

Συνδέουμε το LED στην μπαταρία του δακτύλου και αν παρατηρηθεί σωστά η πολικότητα, θα ανάψει. Προς ποια κατεύθυνση θα καθηλωθεί το ρεύμα; Σήμερα, όλοι το γνωρίζουν αυτό μέσα και έξω. Και επομένως μέσα στην μπαταρία από το μείον στο συν — τελικά, το ρεύμα σε αυτό το κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα είναι σταθερό.

Η κατεύθυνση κίνησης των θετικά φορτισμένων σωματιδίων θεωρείται η κατεύθυνση του ρεύματος στο κύκλωμα, αλλά τελικά, τα ηλεκτρόνια κινούνται στα μέταλλα και, γνωρίζουμε, είναι αρνητικά φορτισμένα. Αυτό σημαίνει ότι στην πραγματικότητα η έννοια της «τρέχουσας κατεύθυνσης» είναι μια σύμβαση. Ας καταλάβουμε γιατί, καθώς τα ηλεκτρόνια περνούν μέσα από το κύκλωμα από το μείον στο συν, όλοι γύρω τους λένε ότι το ρεύμα πηγαίνει από το συν στο μείον... Γιατί είναι αυτό παράλογο;

Η απάντηση βρίσκεται στην ιστορία της διαμόρφωσης της ηλεκτρολογικής μηχανικής. Όταν ο Φράνκλιν ανέπτυξε τη θεωρία του για τον ηλεκτρισμό, θεώρησε ότι η κίνησή του ήταν αυτή ενός ρευστού, το οποίο φαινόταν να ρέει από το ένα σώμα στο άλλο. Όπου υπάρχει περισσότερο ηλεκτρικό ρευστό, ρέει προς την κατεύθυνση όπου υπάρχει λιγότερο από αυτό.

Για το λόγο αυτό, ο Φράνκλιν ονόμασε σώματα με περίσσεια ηλεκτρικού ρευστού (υπό όρους!) Θετικά ηλεκτρισμένα και σώματα με έλλειψη ηλεκτρικού υγρού, αρνητικά ηλεκτρισμένα. Από εκεί προέρχεται η ιδέα της κίνησης. ηλεκτρικά φορτία… Το θετικό φορτίο ρέει, σαν μέσα από ένα σύστημα δοχείων επικοινωνίας, από το ένα φορτισμένο σώμα στο άλλο.

Αργότερα, ο Γάλλος ερευνητής Charles Dufay στα πειράματά του με ηλεκτρισμένη τριβή διαπίστωσε ότι δεν φορτίζονται μόνο τριμμένα σώματα, αλλά και τριμμένα σώματα, και κατά την επαφή τα φορτία και των δύο σωμάτων εξουδετερώνονται. Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν στην πραγματικότητα δύο διαφορετικοί τύποι ηλεκτρικού φορτίου που, όταν αλληλεπιδρούν, αλληλοεξουδετερώνονται. Αυτή η θεωρία του δύο ηλεκτρισμού αναπτύχθηκε από τον σύγχρονο του Φράνκλιν, Ρόμπερτ Σίμερ, ο οποίος είχε πειστεί και ο ίδιος ότι κάτι στη θεωρία του Φράνκλιν δεν ήταν απολύτως σωστό.

Ο Σκωτσέζος φυσικός Ρόμπερτ Σίμερ φορούσε δύο ζευγάρια κάλτσες: ζεστές μάλλινες κάλτσες και μια δεύτερη μεταξωτή από πάνω. Όταν έβγαλε και τις δύο κάλτσες από το πόδι του αμέσως και μετά έβγαλε τη μία κάλτσα από την άλλη, παρατήρησε την ακόλουθη εικόνα: οι μάλλινες και μεταξωτές κάλτσες πρήστηκαν, σαν να έπαιρναν το σχήμα των ποδιών του και να κολλούσαν απότομα η μία με την άλλη. Παράλληλα, οι κάλτσες από το ίδιο υλικό, όπως μαλλί και μετάξι, απωθούνται μεταξύ τους.

Αν ο Σίμερ κρατούσε δύο μεταξωτές κάλτσες στο ένα χέρι και δύο μάλλινες κάλτσες στο άλλο, τότε όταν ένωνε τα χέρια του, η απώθηση κάλτσες από το ίδιο υλικό και η έλξη κάλτσες από διαφορετικά υλικά οδήγησαν σε μια ενδιαφέρουσα αλληλεπίδραση μεταξύ τους: διαφορετικές κάλτσες σαν να έπεσαν η μια πάνω στην άλλη και να μπλέξουν σε μια μπάλα.

Οι παρατηρήσεις στη συμπεριφορά των δικών του κάλτσων οδήγησαν τον Robert Simmer στο συμπέρασμα ότι σε κάθε σώμα υπάρχουν όχι ένα, αλλά δύο ηλεκτρικά υγρά, θετικά και αρνητικά, τα οποία περιέχονται στο σώμα σε ίσες ποσότητες.

Όταν δύο σώματα τρίβονται, το ένα από αυτά μπορεί να περάσει από το ένα σώμα στο άλλο, τότε θα υπάρχει περίσσεια ενός από τα υγρά στο ένα σώμα και έλλειψή του στο άλλο. Και τα δύο σώματα θα ηλεκτριστούν, αντίθετα σε ηλεκτρισμό.

Ωστόσο, τα ηλεκτροστατικά φαινόμενα μπορούν να εξηγηθούν επιτυχώς χρησιμοποιώντας τόσο την υπόθεση του Franklin όσο και την υπόθεση του Simmer για δύο ηλεκτρικές δυνάμεις. Αυτές οι θεωρίες ανταγωνίζονται η μία την άλλη εδώ και αρκετό καιρό.

Όταν το 1779 ο Alessandro Volta δημιούργησε τη βολταϊκή του στήλη, μετά την οποία μελετήθηκε η ηλεκτρόλυση, οι επιστήμονες κατέληξαν στο αδιαμφισβήτητο συμπέρασμα ότι πράγματι δύο αντίθετα ρεύματα φορέων φορτίου κινούνται σε διαλύματα και υγρά - θετικά και αρνητικά. Η δυιστική θεωρία του ηλεκτρικού ρεύματος, αν και δεν έγινε κατανοητή από όλους, ωστόσο θριάμβευσε.

Τελικά, το 1820, μιλώντας ενώπιον της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού, ο Ampere πρότεινε να επιλέξει μια από τις κατευθύνσεις κίνησης του φορτίου ως κύρια κατεύθυνση του ρεύματος. Ήταν βολικό γι 'αυτόν να το κάνει επειδή το Ampere μελετούσε την αλληλεπίδραση των ρευμάτων μεταξύ τους και των ρευμάτων με τους μαγνήτες. Και έτσι κάθε φορά κατά τη διάρκεια ενός μηνύματος πόσο μάλλον δύο ρεύματα αντίθετου φορτίου κινούνται προς δύο κατευθύνσεις κατά μήκος ενός καλωδίου.

Το Ampere πρότεινε απλώς να παίρνουμε την κατεύθυνση κίνησης του θετικού ηλεκτρισμού για την κατεύθυνση του ρεύματος και όλη την ώρα να μιλάμε για την κατεύθυνση του ρεύματος, που σημαίνει την κίνηση ενός θετικού φορτίου... Από τότε η θέση της κατεύθυνσης του το ρεύμα που προτείνει η Ampere έχει γίνει αποδεκτό παντού και χρησιμοποιείται και μέχρι σήμερα.

Όταν ο Maxwell ανέπτυξε τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού και αποφάσισε να εφαρμόσει τον κανόνα της δεξιάς βίδας για ευκολία στον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής, τήρησε επίσης αυτή τη θέση: η κατεύθυνση του ρεύματος είναι η κατεύθυνση κίνησης ενός θετικού φορτίου.

Ο Faraday, από την πλευρά του, σημειώνει ότι η κατεύθυνση του ρεύματος είναι υπό όρους, είναι απλώς ένα βολικό εργαλείο για τους επιστήμονες να προσδιορίζουν με σαφήνεια την κατεύθυνση του ρεύματος. Ο Lenz εισάγει τον κανόνα του Lenz (βλ. Βασικοί νόμοι της ηλεκτρικής μηχανικής), χρησιμοποιεί επίσης τον όρο «τρέχουσα κατεύθυνση» για να σημαίνει την κίνηση θετικού ηλεκτρισμού. Είναι απλά βολικό.

Και ακόμη και όταν ο Thomson ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο το 1897, η σύμβαση της τρέχουσας κατεύθυνσης εξακολουθούσε να ισχύει. Ακόμα κι αν μόνο τα ηλεκτρόνια κινούνται πραγματικά σε ένα σύρμα ή στο κενό, η αντίστροφη κατεύθυνση εξακολουθεί να λαμβάνεται ως η κατεύθυνση του ρεύματος - από το συν στο μείον.

Περισσότερο από έναν αιώνα μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου, παρά τις ιδέες του Faraday για τα ιόντα, ακόμη και με την εμφάνιση σωλήνων ηλεκτρονίων και τρανζίστορ, αν και υπήρχαν δυσκολίες στις περιγραφές, η συνήθης κατάσταση εξακολουθεί να παραμένει. Έτσι είναι πιο βολικό να εργάζεστε με ρεύματα, να περιηγείστε στα μαγνητικά τους πεδία και φαίνεται ότι αυτό δεν προκαλεί πραγματικές δυσκολίες σε κανέναν.

Δείτε επίσης:Προϋποθέσεις ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος