Az elektrotechnika paradoxonjának története

Ha elektromos áramkört állít elő egy áramforrásból, egy energiafogyasztót és az azokat összekötő vezetékeket zárja be, akkor egy áram áramlik ezen az áramkörön. Indokolt a következő kérdés: „És milyen irányba?” Az elektrotechnika elméleti alapjairól szóló tankönyv a következő választ adja: „A külső áramkörben az áram az energiaforrás pluszától a mínuszig, a forrás belsejében pedig a mínuszig a pluszig áramlik” (1).

Igen? Emlékezzünk arra, hogy az elektromos áram az elektromosan töltött részecskék rendezett mozgása. A fémvezetőkben negatív töltésű részecskék - elektronok. De a külső áramkör elektronjai éppen ellenkező irányban mozognak a forrás mínuszáról a pluszra. Ez nagyon egyszerűen bizonyítható. Elegendő egy elektronikus lámpa - egy dióda behelyezése a fenti áramkörbe. Ha a lámpa anódja pozitív töltéssel rendelkezik, akkor az áram az áramkörben lesz, ha negatív, akkor nem lesz áram. Emlékezzünk arra, hogy az ellenkező töltések vonzzák, és mint a töltések visszatükrözik. Ezért a pozitív anód vonzza a negatív elektronokat, de nem fordítva. Megállapítottuk, hogy az elektromos áram irányához az elektrotechnika tudományában az elektronok mozgásával ellentétes irányba kerülnek. (2)

A meglévővel ellentétes irány megválasztását nem lehet másképp paradoxnak nevezni, ám ennek az eltérésnek az okai magyarázhatók, ha nyomon követjük az elektrotechnika, mint tudomány fejlődésének történetét.

A sok, néha anekdotikus elmélet közül, amelyek megpróbálják megmagyarázni az elektromos jelenségeket, amelyek a villamosenergia-tudomány hajnalán jelentkeztek, lassítsunk két főt.

B. Franklin amerikai tudós az elektromosság úgynevezett egységes elméletét terjesztette elő, amely szerint az elektromos anyag egyfajta súlytalan folyadék, amely egyes testekből kiszivároghat, másokban pedig felhalmozódhatnak. Franklin szerint az elektromos folyadék minden testben található, és csak akkor elektromosodik, amikor hiányzik vagy nincs elegendő elektromos folyadék bennük. A folyadékhiány negatív elektrifikációt, a felesleg pozitív értéket jelent. Így megjelent a pozitív és negatív töltés fogalma. (3) Ha a pozitív töltésű testek negatív testekkel vannak összekötve, egy megnövekedett folyadékkal rendelkező testből egy elektromos folyadék (folyadék) jut át ​​csökkentett mennyiségű testhez. Mint a hajók kommunikációjában. Ugyanezen hipotézissel az elektromos töltések - az elektromos áram - mozgásának fogalma lépett be a tudományba. (4)

Franklin hipotézise rendkívül gyümölcsözőnek bizonyult, és várakozással vette a vezetés elektronikus elméletét. Mindazonáltal ez messze nem tökéletes. A tény az, hogy Dufe francia tudós felfedezte, hogy kétféle villamos energia létezik, amelyek, mindegyik külön-külön Franklin elméletének engedelmeskedve, egymás után semlegesítik egymást. (5). Egy új, elektromosság dualista elméletének kialakulásának oka, amelyet Simmer Dufe kísérletei alapján terjesztett elő, egyszerű volt. Meglepő módon, de évtizedek óta az elektromos kísérletek során senki sem vette észre, hogy elektromos testek dörzsölésekor nem csak a dörzsölt, hanem a dörzsölő test is fel van töltve. Ellenkező esetben a Simmer-hipotézis egyszerűen nem jelent meg. De az a tény, hogy megjelent, saját történelmi igazságossággal bír. (6)

A dualista elmélet úgy vélte, hogy a szokásos állapotú testekben kétféle elektromos folyadék különbözõ mennyiségekben van, amelyek semlegesítik egymást. Az elektrifikáció azzal magyarázható, hogy a testben a pozitív és negatív elektromosság aránya megváltozott. Nem túl világos, de a valós jelenségeket valahogy meg kellett magyarázni.

Mindkét hipotézis sikeresen megmagyarázta a fő elektrosztatikus jelenségeket, és hosszú ideig versengött egymással. A történelmileg dualista elmélet előre vette a gázok és az oldatok vezetőképességének ionos elméletét. (7)

A vulkáni oszlop 1799-es feltalálása és az elektrolízis jelenségének későbbi felfedezése lehetővé tette annak megállapítását, hogy folyadékok és oldatok elektrolízise során benne a töltések mozgásának két ellentétes iránya figyelhető meg - pozitív és negatív. A dualista elmélet győzedelmeskedett, mivel például a víz bomlásakor egyértelműen láthattuk, hogy az oxigénbuborékok a pozitív elektródon, a hidrogén pedig a negatív elektródon bocsátanak ki. (8). Itt azonban nem minden volt simán. A víz bomlása során a kibocsátott gázok mennyisége nem volt azonos. A hidrogén kétszer annyi oxigént tartalmazott. Ez zavart. Hogyan tudna egy olyan jelenlegi iskolás gyermek, aki tudta, hogy a vízmolekula vízmolekulájában két hidrogénatom (a híres ashdvo) létezik, de a vegyészek ezt még nem hozták létre.

Nem mondhatjuk, hogy ezeket az elméleteket nemcsak a hallgatók, hanem maguk a tudósok is megértették. Forradalmi demokratikus A.I. Herzen, mellesleg, a Moszkvai Egyetem Fizikai és Matematikai Karának diplomája azt írta, hogy ezek a hipotézisek nem segítenek, sőt még „szörnyű károkat okoznak a hallgatóknak azáltal, hogy fogalmak helyett szavakat adnak nekik, és téves elégedettséggel ölik meg a kérdést. - Mi az áram? - „Súlytalan folyadék”. Nem lenne jobb, ha a hallgató válaszol: "Nem tudom."? " (10). Ennek ellenére Herzen tévedett. Valójában a modern terminológiában az elektromos áram a forrás pluszról mínuszra áramlik, és nem mozog más módon, és mi egyáltalán nem vagyunk idegesítve.

Különböző országokból származó tudósok százai ezer kísérletet végeztek voltos pólusokkal, de csak húsz évvel később, Oersted dán tudós felfedezte az elektromos áram mágneses hatását. 1820-ban közzétették üzenetét, amelyben kijelentette, hogy egy áramvezető befolyásolja a mágneses tű leolvasását. Számos kísérlet után megad egy szabályt, amellyel meg lehet határozni a mágneses tű eltérését az áramtól vagy a mágneses nyíl irányától. "A következő képletet fogjuk használni: a pólus, amely látja, hogy a negatív villamosenergia maga fölé lép, kelet felé fordul." A szabály annyira homályos, hogy a modern írástudó ember nem azonnal találja ki, hogyan kell használni, hanem mi lenne az idővel, amikor a fogalmakat még nem alakították ki.

Ezért Ampere, a Párizsi Tudományos Akadémia által bemutatott munkájában, először úgy dönt, hogy az áramlás egyik irányát veszi a fő irányba, majd megad egy szabályt, amely alapján meghatározható a mágnesek áramokra gyakorolt ​​hatása. A következőket olvassuk: „Mivel folyamatosan két olyan ellentétes irányról kellene beszélnem, amelyben mindkét áram áramlik, akkor a felesleges ismétlések elkerülése érdekében az ELEKTROMOS ÁRAMKÖZPONT irányba mondani mindig pozitív elektromosságot értem”. Tehát az általánosan elfogadott irányszabályt először vezettem be. áram. Valójában, az elektron felfedezése előtt több mint hetven év telt el. (11).

A 17–19. Században Európában a MONEMONICS elterjedté vált. vagy a memorizálás művészete, vagyis különféle technikák rendszere, amelyek mesterséges asszociációk kialakításával megkönnyítik a memorizálást. Például a költészetről ismert, hogy emlékszik a több mint száz éves PI - "Ki viccel, és hamarosan szeretne ..." - számára. Vagy mondás a fácánokról és a vadászokról, hogy emlékezzenek a napspektrum színeinek elrendezésére. Ezek mnemonikus szabályok.

Ugyanezt a szabályt fogalmazta meg Ampère, hogy meghatározza az erővel szemben támasztott vezető irányát az árammal. Úgy hívták, hogy "úszó szabály". Nem adjuk meg, mert az szintén sikertelen volt, és nem gyökerezett. De az áram iránya az összes szabályban pozitív töltésű részecskék mozgását vonta maga után. (12)

Később Maxwell szintén ragaszkodott ehhez a kánonhoz, aki a „dugóhúzó” vagy „csavarhúzó” szabályával jött létre a tekercs mágneses tere irányának meghatározására. Minden hallgató számára ismert. A jelenlegi valós irányának kérdése azonban nyitott maradt. Ezt írta Faraday: „Ha mondom. hogy a jelenlegi pozitív helyről negatívra megy, csak a tradicionális egyetértésben van, bár bizonyos mértékig csendes megállapodás a tudósok között és azok biztosítása állandó tiszta és határozott eszközök ezen áram erõinek irányának jelzésére”. (13. Dőlt betűink. BH)

Miután a Faraday felfedezte az elektromágneses indukciót (áramot indukál egy vezetőben egy változó mágneses mezőben), szükségessé vált az indukált áram irányának meghatározása. Ezt a szabályt a kiemelkedő orosz fizikus, E.Kh. Lents adta. (14). A következő szöveg szól: „Ha egy fémvezető áram vagy mágnes közelében mozog, akkor galvanikus áram lép fel benne. Ennek az áramnak az iránya olyan, hogy a huzal nyugalmi helyzetben a mozgásból származik, szemben a tényleges mozgással. " (15). Vagyis a szabály azért fordult elő, hogy „kérjen tanácsot, és tegyen az ellenkezőjét”.

Azok a szabályok, amelyeket a jelenlegi iskolai végzettségűek a „bal kéz és a jobb kéz szabályaként” ismertek a végleges formában, az angol fizikus Fleming javasolták, és ezek célja a fizikai jelenség emlékezetének EGYSZERŰSÍTÉSE a fizikusok, a diákok és az iskolások számára, és nem tévesztik meg őket.

Ezeket a szabályokat széles körben beépítették a fizika gyakorlatába és a tankönyvekbe, és az elektron felfedezése után nagyon sokat kellene módosítani, és nem csak a tankönyvekben, ha az áram tényleges irányát jelezzük. És ez az egyezmény több mint másfél évszázadon át él. Eleinte nem okozott nehézségeket, de az elektronikus lámpa feltalálásával (ironikusan Fleming találta ki az első rádiócsövet) és a félvezetők széles körű használatával nehézségek merültek fel. Ezért a fizikusok és az elektronikai szakemberek inkább nem az elektromos áram irányáról, hanem az elektronok mozgásának vagy az elektromos töltések irányáról beszélnek. Az elektrotechnika azonban továbbra is a régi meghatározások szerint működik. Néha ez zavart okoz. Meg lehetne változtatni, de ez több kényelmetlenséget okozna, mint a meglévők?