Historie paradoxu elektrotechniky

Pokud skládáte elektrický obvod ze zdroje proudu, spotřebitele energie a dráty, které je spojují, uzavřete jej, potom bude proudit elektrický proud podél tohoto obvodu. Je rozumné se zeptat: „A jakým směrem?“ Učebnice o teoretických základech elektrotechniky dává odpověď: „Ve vnějším obvodu proud teče z plusu zdroje energie do mínus a ve vnitřku zdroje z mínus do plusu“ (1).

Je to tak? Připomeňme, že elektrický proud je uspořádaný pohyb elektricky nabitých částic. Ti v kovových vodičích jsou záporně nabité částice - elektrony. Ale elektrony ve vnějším obvodu se pohybují přesně opačně od mínus zdroje k plusu. To lze velmi jednoduše dokázat. Stačí do výše uvedeného obvodu vložit elektronickou lampu - diodu. Pokud je anoda lampy kladně nabita, pak bude proud v obvodu, pokud je záporný, pak nebude žádný proud. Připomeňme, že protikladné poplatky přitahují a podobně se poplatky odrazují. Proto pozitivní anoda přitahuje negativní elektrony, ale ne naopak. Došli jsme k závěru, že pro směr elektrického proudu ve vědě elektrotechniky jdou opačným směrem než pohyb elektronů. (2)

Volba směru opačného k existujícímu nelze nazvat jinak paradoxním, ale důvody takové nesrovnalosti lze vysvětlit, pokud sledujeme historii vývoje elektrotechniky jako vědy.

Mezi mnoha teoriemi, někdy i neoficiálními, snažícími se vysvětlit elektrické jevy, které se objevily na úsvitu vědy o elektřině, se zaměřme na dva hlavní.

Americký vědec B. Franklin předložil tzv. Unitární teorii elektřiny, podle níž je elektrická hmota druhem beztížné kapaliny, která by mohla uniknout z některých těl a hromadit se v jiných. Podle Franklina je elektrická tekutina obsažena ve všech tělech a stává se elektrifikovanou, pouze pokud v nich je nedostatek nebo nadbytek elektrické tekutiny. Nedostatek tekutiny znamená negativní elektrifikaci, přebytek znamená pozitivní. Objevil se tedy koncept kladného a záporného náboje. (3) Když jsou kladně nabitá tělesa spojena se zápornými tělesy, elektrická tekutina (tekutina) přechází z tělesa se zvýšeným množstvím kapaliny do těles se sníženým množstvím. Jako v komunikačních plavidlech. Se stejnou hypotézou vstoupil do vědy koncept pohybu elektrických nábojů - elektrický proud. (4)

Franklinova hypotéza se ukázala jako velmi plodná a předpokládala elektronickou teorii vedení. Ukázalo se však, že není ani zdaleka dokonalá. Faktem je, že francouzský vědec Dufe zjistil, že existují dva druhy elektřiny, které se při kontaktu s každou Franklinovou teorií navzájem neutralizovaly při kontaktu. (5). Důvod vzniku nové dualistické teorie elektřiny, předložený Simmerem na základě Dufeových experimentů, byl jednoduchý. V průběhu mnoha desetiletí experimentů s elektřinou nikdo překvapivě nevšiml, že při tření elektrifikovaných těl se nenabíjí jen třecí, ale také třecí tělo. Jinak by se Simmerova hypotéza prostě neobjevila. Ale skutečnost, že se objevila, má vlastní historickou spravedlnost. (6)

Dualistická teorie věřila, že v tělech normálního stavu jsou dva druhy elektrické tekutiny v různých množstvích, které se navzájem neutralizují. Elektrifikace byla vysvětlena skutečností, že poměr pozitivní a negativní elektřiny v těle se změnil. Není to příliš jasné, ale bylo nutné nějak vysvětlit skutečné jevy.

Obě hypotézy úspěšně vysvětlily hlavní elektrostatické jevy a po dlouhou dobu si navzájem konkurovaly. Historicky dualistická teorie předpokládala iontovou teorii vodivosti plynů a roztoků. (7)

Vynález voltaického sloupu v roce 1799 a následný objev fenoménu elektrolýzy umožnil dojít k závěru, že během elektrolýzy kapalin a roztoků v nich jsou pozorovány dva opačné směry pohybu nábojů - pozitivní a negativní. Dualistická teorie triumfovala, protože během rozkladu například vody bylo jasně vidět, že kyslíkové bubliny jsou emitovány na kladnou elektrodu a vodík je uvolňován na zápornou elektrodu. (8). Ne zde však bylo vše hladké. Během rozkladu vody nebylo množství emitovaných plynů stejné. Vodík měl dvakrát tolik kyslíku. To zmateně. Jak by mohl jakýkoli současný školák, který věděl, že v molekule vody jsou dva atomy vodíku (slavný ashdvo), ale chemici s tím ještě nepřišli.

Nelze říci, že těmto teoriím rozuměli nejen studenti, ale i samotní vědci. Revoluční demokrat A.I. Herzen, mimochodem, absolvent Fakulty fyziky a matematiky na Moskevské univerzitě, napsal, že tyto hypotézy nepomáhají a dokonce „děsí studentům hroznou škodu tím, že jim dají slova místo konceptů a zabijí otázku s falešným uspokojením. "Co je elektřina?" - „Beztížná kapalina“. Nebylo by lepší, kdyby student odpověděl: „Nevím.“? “ (10). Přesto se Herzen mýlil. V moderní terminologii skutečně elektrický proud teče z plusu do mínus zdroje a nepohybuje se žádným jiným způsobem, což nás nijak nenarušuje.

Stovky vědců z různých zemí provedly tisíce experimentů s voltovým pólem, ale teprve o dvacet let později objevil dánský vědec Oersted magnetickou akci elektrického proudu. V 1820, jeho zpráva byla vydávána říkat, že dirigent s proudem ovlivní odečty magnetické jehly. Po četných experimentech dává pravidlo, kterým je možné určit směr odchylky magnetické jehly od proudu nebo proudu od směru magnetické šipky. "Použijeme vzorec: pól, který vidí nad sebou zápornou elektřinu, se odchyluje na východ." Pravidlo je tak vágní, že moderní gramotný člověk nepromyslí okamžitě, jak jej používat, ale co v době, kdy pojmy ještě nebyly zavedeny.

Proto se Ampere ve své práci předložené Akademií věd v Paříži nejprve rozhodne přijmout jeden z hlavních směrů proudů jako hlavní, a poté dává pravidlo, podle kterého lze určit vliv magnetů na proudy. Čteme: „Protože bych musel neustále hovořit o dvou opačných směrech, ve kterých oba toky elektřiny proudí, pak, aby se předešlo zbytečnému opakování, po slovech SMĚR ELEKTRICKÉHO AKTUÁLU budu vždy znamenat POZITIVNÍ elektřinu.“ Proto bylo poprvé zavedeno obecně přijímané pravidlo směru aktuální. Ve skutečnosti před objevem elektronu bylo více než sedmdesát let. (11).

V 17. až 19. století v Evropě se MONEMONICS rozšířil. nebo umění zapamatování, to znamená systém různých technik, které usnadňují zapamatování prostřednictvím vytváření umělých asociací. Například poezie je známá tím, že si pamatuje počet PI - „Kdo si dělá srandu a brzy si přeje ...“, které jsou staré více než sto let. Nebo přísloví o bažantech a lovcích, kteří si pamatují uspořádání barev slunečního spektra. To jsou mnemotechnická pravidla.

Stejné pravidlo vynalezl Ampère, aby určil směr sil na vodiči proudem. Říkalo se tomu „plavecké pravidlo“. Nedáváme to, protože to bylo také neúspěšné a nekořenilo. Směr proudu ve všech pravidlech však znamenal pohyb pozitivně nabitých částic. (12)

Později Maxwell také dodržoval tento kánon, který přišel s pravidlem „vývrtky“ nebo „gimlet“, aby určil směr magnetického pole cívky. Je známá každému studentovi. Otázka skutečného směru proudu však zůstala otevřená. Zde je to, co napsal Faraday: „Pokud řeknu. že současný přechod z pozitivního na negativní je pouze v souladu s tradičním, i když do jisté míry ticho dohoda mezi vědci a jejich poskytování konstantní jasné a definitivní prostředky pro označení směru sil tohoto proudu". (13. Kurzíva naše. BH)

Po objevení elektromagnetické indukce Faradayem (indukování proudu ve vodiči v měnícím se magnetickém poli) bylo nutné určit směr indukovaného proudu. Toto pravidlo bylo dáno vynikajícím ruským fyzikem E. Kh. Lentsem. (14). Zní: „Pokud se kovový vodič pohybuje blízko proudu nebo magnetu, pak v něm vzniká galvanický proud. Směr tohoto proudu je takový, že drát v klidu by z něj přišel v pohybu, naproti skutečnému pohybu. “ (15). To znamená, že pravidlo přišlo na typ „požádat o radu a udělat pravý opak“.

Pravidla známá současnému absolventovi školy jako „pravidlo levé ruky“ a „pravidlo pravé ruky“ v konečné podobě byla navržena anglickým fyzikem Flemingem a slouží k ZJEDNODUŠENÍ PAMĚTI fyzikálního jevu fyzikům, studentům a školákům, a ne klamání.

Tato pravidla jsou široce zařazována do praxe a do učebnic fyziky a po objevu elektronů by se hodně muselo změnit, a to nejen v učebnicích, kdyby byl uveden skutečný směr proudu. A tato úmluva trvá déle než sto a půl. Nejprve to nezpůsobilo potíže, ale s vynálezem elektronické lampy (ironicky, Fleming vynalezl první rádiovou trubici) a rozšířeným používáním polovodičů se začaly objevovat potíže. Fyzici a odborníci na elektroniku proto raději nemluví o směrech elektrického proudu, ale o směrech pohybu elektronů nebo nábojů. Elektrotechnika však stále pracuje na starých definicích. Někdy to způsobuje zmatek. Mohly by být provedeny úpravy, ale způsobilo by to více nepříjemností než stávající?