Kde proudí elektřina?

Elektrický proud vzniká v elektrickém obvodu obsahujícím zdroj proudu a spotřebitele elektřiny. Jakým směrem se však tento proud vyskytuje? Tradičně se věří, že ve vnějším obvodu má proud směr od plusu k mínus, zatímco uvnitř zdroje energie je od mínus k plusu.

Ve skutečnosti je elektrický proud uspořádaným pohybem elektricky nabitých částic. Pokud je vodič vyroben z kovu, jedná se o elektrony - záporně nabité částice. Ve vnějším obvodu se však elektrony pohybují přesně od mínus (záporný pól) k plusu (kladný pól), a nikoli z plusu do mínus.

Pokud je součástí externího obvodu polovodičová dioda, bude zřejmé, že proud je možný pouze tehdy, když je dioda připojena katodou ve směru minus. Z toho vyplývá, že směr opačný ke skutečnému pohybu elektronů je brán jako směr elektrického proudu v obvodu.

Pokud sledujeme historii vzniku elektrotechniky jako samostatnou vědu, můžeme pochopit, odkud takový paradoxní přístup vycházel.

Americký vědec Benjamin Franklin ve své době předložil jednotnou (sjednocenou) teorii elektřiny. Podle této teorie je elektrická hmota beztížná kapalina, která může vytékat z některých těl, zatímco se hromadí v jiných.

Podle Franklina je ve všech tělech elektrická tekutina, ale těla se elektrifikují pouze tehdy, když je v nich nadbytek nebo nedostatek elektrické tekutiny (elektrická tekutina). Nedostatek elektrické tekutiny (podle Franklina) znamenal negativní elektrifikaci a přebytek - pozitivní.

To byl začátek pojmů kladný a záporný náboj. V okamžiku spojení pozitivně nabitých těles s negativně nabitými tělesy proudí elektrická tekutina z tělesa s velkým množstvím elektrické tekutiny do těles s jejich sníženým množstvím. Je to podobné systému komunikačních plavidel. Do vědy vstoupil stabilní koncept elektrického proudu, pohyb elektrických nábojů.

Tato Franklinova hypotéza předcházela elektronické teorii vedení, ale ukázalo se, že zdaleka není dokonalá. Francouzský fyzik Charles Dufe zjistil, že ve skutečnosti existují dva typy elektřiny, které se jednotlivě řídí teorií Franklina, ale při kontaktu se vzájemně neutralizují. Objevila se nová dualistická (duální) teorie elektřiny, předložená přírodovědcem Robertem Simmerem na základě experimentů Charlese Dufeho.

Při tření, za účelem elektrizace, se elektrifikovaná těla nabijí nejen třecím tělem, ale také třecím tělem. Dualistická teorie tvrdila, že v normálním stavu těla obsahovala dva druhy elektrické tekutiny a v různých množstvích, která se navzájem neutralizovaly. Elektrifikace byla vysvětlena změnou poměru záporné a kladné elektřiny v elektrifikovaných tělesech.

Franklinova hypotéza i Simmerova hypotéza úspěšně vysvětlily elektrostatické jevy a dokonce si navzájem konkurovaly.

Vynalezen v roce 1799 pomocí voltového pole a objevu elektrolytické jevy vedl k závěru, že během elektrolýzy roztoků a kapalin v nich jsou ve směru pohybu nábojů dva protilehlé náboje - negativní a pozitivní. To byl triumf dualistické teorie, protože když se voda rozkládala, bylo nyní možné sledovat, jak se uvolňovaly kyslíkové bubliny na kladné elektrodě, zatímco vodík se uvolňoval na záporné elektrodě.

Ale ne všechno bylo tady hladké. Množství emitovaných plynů se ukázalo být odlišné. Vodík byl uvolňován dvakrát tolik jako kyslík.To zmatení fyzici. Poté chemici netušili, že v molekule vody jsou dva atomy vodíku a pouze jeden atom kyslíku.

Tyto teorie nikdo nepochopil.

Ale v roce 1820 se Andre-Marie Ampère v příspěvku předloženém členům Pařížské akademie věd nejprve rozhodne zvolit jeden z hlavních směrů proudů jako hlavní, ale pak stanoví pravidlo, podle kterého je možné přesně určit účinek magnetů na elektrické proudy.

Aby se nemluvilo o dvou opačných proudech obou elektrických proudů, aby se zabránilo zbytečnému opakování, Ampere se rozhodl striktně převzít směr pohybu pozitivní elektřiny jako směr elektrického proudu. Ampère tedy poprvé zavedlo obecně přijímané pravidlo směru elektrického proudu.

Později se Maxwell držel této pozice a vymyslel pravidlo „gimlet“, které určuje směr magnetického pole cívky. Otázka skutečného směru elektrického proudu však zůstala otevřená. Faraday napsal, že tento stav je pouze podmíněný, je vhodný pro vědce a pomáhá jim jasně určit směr proudění. Je to však pouze pohodlný nástroj.

Poté, co Faraday objevil elektromagnetickou indukci, bylo nutné určit směr indukovaného proudu. Ruský fyzik Lenz dal pravidlo: pokud se kovový dirigent pohybuje blízko proudu nebo magnetu, pak v něm vzniká galvanický proud. A směr vznikajícího proudu je takový, že pevný drát by přišel z jeho činnosti do pohybu opačném než počáteční posunutí. Jednoduché, snadno pochopitelné pravidlo.

I po objevu elektronu tato úmluva existuje více než století a půl. S vynálezem zařízení, jako je elektronická lampa, se rozšířením polovodičů začaly objevovat obtíže. Ale elektrotechnika, jako dříve, pracuje na starých definicích. Někdy to způsobuje skutečný zmatek. Provedení úprav však způsobí další nepříjemnosti.

Přečtěte si také:Zapojení a potrubí: analogie a rozdíly