L'histoire d'un paradoxe du génie électrique

Si vous composez un circuit électrique à partir d'une source de courant, d'un consommateur d'énergie et des fils qui les relient, fermez-le, puis un courant électrique circulera le long de ce circuit. Il est raisonnable de demander: "Et dans quelle direction?" Le manuel sur les fondements théoriques de l'électrotechnique donne la réponse: «Dans le circuit externe, le courant circule du plus de la source d'énergie vers le moins, et à l'intérieur de la source du moins vers le plus» (1).

En est-il ainsi? Rappelons qu'un courant électrique est le mouvement ordonné de particules chargées électriquement. Ceux des conducteurs métalliques sont des particules chargées négativement - des électrons. Mais les électrons dans le circuit externe se déplacent juste à l'opposé du moins de la source vers le plus. Cela peut être prouvé très simplement. Il suffit de mettre une lampe électronique - une diode dans le circuit ci-dessus. Si l'anode de la lampe est chargée positivement, alors le courant dans le circuit sera, s'il est négatif, alors il n'y aura pas de courant. Rappelons que les charges opposées s'attirent et que les charges similaires se repoussent. Par conséquent, l'anode positive attire les électrons négatifs, mais pas l'inverse. Nous concluons que pour la direction du courant électrique dans la science du génie électrique, ils prennent la direction opposée au mouvement des électrons. (2)

Le choix de la direction opposée à la direction existante ne peut être qualifié de paradoxal, mais les raisons de cette divergence peuvent être expliquées si l'on retrace l'histoire du développement du génie électrique en tant que science.

Parmi les nombreuses théories, parfois même anecdotiques, tentant d'expliquer les phénomènes électriques apparus à l'aube de la science de l'électricité, arrêtons-nous sur deux principales.

Le scientifique américain B. Franklin a proposé la théorie dite unitaire de l'électricité, selon laquelle la matière électrique est une sorte de liquide en apesanteur qui pourrait s'échapper de certains corps et s'accumuler dans d'autres. Selon Franklin, un fluide électrique est contenu dans tous les corps et ne s'électrifie que lorsqu'il y a un manque ou un excès de fluide électrique en eux. Un manque de fluide signifie une électrification négative, un excès signifie positif. Le concept de charge positive et négative est donc apparu. (3) Lorsque des corps chargés positivement sont connectés à des corps négatifs, un fluide électrique (fluide) passe d'un corps avec une quantité accrue de liquide à des corps avec une quantité réduite. Comme dans les vases communicants. Avec la même hypothèse, le concept du mouvement des charges électriques - courant électrique - est entré dans la science. (4)

L'hypothèse de Franklin s'est avérée très fructueuse et a anticipé la théorie électronique de la conduction, mais elle s'est avérée loin d'être parfaite. Le fait est que le scientifique français Dufe a découvert qu'il existe deux types d'électricité qui, obéissant à chaque théorie de Franklin individuellement, se neutralisaient au contact. (5). La raison de l'émergence d'une nouvelle théorie dualiste de l'électricité, avancée par Simmer sur la base des expériences de Dufe, était simple. Étonnamment, au cours de plusieurs décennies d'expériences avec l'électricité, personne n'a remarqué que lors du frottement des corps électrifiés, non seulement le frotté, mais aussi le corps frottant est chargé. Sinon, l'hypothèse Simmer ne serait tout simplement pas apparue. Mais le fait qu'elle soit apparue a sa propre justice historique. (6)

La théorie dualiste a considéré que dans les corps d'un état habituel, deux types de fluide électrique sont contenus en différentes quantités, se neutralisant mutuellement. L'électrification s'explique par le fait que le rapport de l'électricité positive et négative dans les corps a changé. Ce n'est pas très clair, mais il fallait en quelque sorte expliquer les phénomènes réels.

Les deux hypothèses ont expliqué avec succès les principaux phénomènes électrostatiques et ont longtemps rivalisé. La théorie historiquement dualiste a anticipé la théorie ionique de la conductivité des gaz et des solutions. (7)

L'invention de la colonne voltaïque en 1799 et la découverte subséquente du phénomène d'électrolyse ont permis de conclure que lors de l'électrolyse de liquides et de solutions on y observe deux directions opposées du mouvement des charges - positive et négative. La théorie dualiste a triomphé, car lors de la décomposition, par exemple, de l'eau, on pouvait clairement voir que des bulles d'oxygène étaient émises sur l'électrode positive et que de l'hydrogène était libéré sur l'électrode négative. (8). Cependant, tout n'était pas fluide ici. Lors de la décomposition de l'eau, la quantité de gaz émis n'était pas la même. L'hydrogène avait deux fois plus d'oxygène. Cela a dérouté. Comment des écoliers actuels, qui savaient qu'il y avait deux atomes d'hydrogène dans la molécule d'eau dans la molécule d'eau (le fameux ashdvo), mais les chimistes n'ont pas encore trouvé cela.

On ne peut pas dire que ces théories ont été comprises non seulement par les étudiants, mais aussi par les scientifiques eux-mêmes. Démocrate révolutionnaire A.I. Herzen, soit dit en passant, diplômé de la Faculté de physique et de mathématiques de l'Université de Moscou, a écrit que ces hypothèses ne sont d'aucune aide, et même «font un tort terrible aux étudiants en leur donnant des mots au lieu de concepts, tuant la question avec une fausse satisfaction. "Qu'est-ce que l'électricité?" - «Liquide apesanteur». Ne serait-il pas préférable que l’étudiant réponde: "Je ne sais pas."? " (10). Pourtant, Herzen avait tort. En effet, dans la terminologie moderne, le courant électrique circule du plus vers le moins de la source, et ne se déplace pas autrement, et cela ne nous dérange pas du tout.

Des centaines de scientifiques de différents pays ont mené des milliers d'expériences avec un pôle volt, mais seulement vingt ans plus tard, le scientifique danois Oersted a découvert l'action magnétique d'un courant électrique. En 1820, son message a été publié indiquant qu'un conducteur avec du courant affecte les lectures d'une aiguille magnétique. Après de nombreuses expériences, il donne une règle par laquelle vous pouvez déterminer la direction de déviation de l'aiguille magnétique du courant ou du courant de la direction de la flèche magnétique. "Nous utiliserons la formule: le pôle, qui voit l'électricité négative pénétrer au-dessus de lui-même, dévie vers l'est". La règle est si vague qu'une personne alphabétisée moderne ne comprend pas immédiatement comment l'utiliser, mais qu'en est-il du moment où les concepts n'ont pas encore été établis.

Par conséquent, Ampère, dans son travail présenté par l'Académie des sciences de Paris, décide d'abord de prendre l'une des directions des courants comme principale, puis donne une règle par laquelle on peut déterminer l'effet des aimants sur les courants. Nous lisons: «Étant donné que je devrais constamment parler de deux directions opposées dans lesquelles les deux flux d'électricité, alors, afin d'éviter des répétitions inutiles, après les mots DIRECTION DU COURANT ÉLECTRIQUE, je parlerai toujours d'électricité POSITIVE» Ainsi, la règle de direction généralement acceptée a d'abord été introduite actuel. En effet, avant la découverte de l'électron il y avait plus de soixante-dix ans. (11).

Aux 17-19 siècles en Europe, la MONÉMONIE s'est répandue. ou l'art de la mémorisation, c'est-à-dire un système de diverses techniques qui facilitent la mémorisation par la formation d'associations artificielles. Par exemple, les poèmes sont connus pour se souvenir du nombre d'IP - "Qui plaisante et voudra bientôt ...", qui ont plus de cent ans. Ou un dicton sur les faisans et les chasseurs pour se souvenir de l'arrangement des couleurs du spectre solaire. Ce sont des règles mnémoniques.

La même règle a été inventée par Ampère pour déterminer la direction des forces sur un conducteur avec courant. On l'appelait la «règle du nageur». Nous ne le donnons pas, car il a également échoué et n'a pas pris racine. Mais la direction du courant dans toutes les règles impliquait le mouvement de particules chargées positivement. (12)

Plus tard, Maxwell a également adhéré à ce canon, qui a proposé la règle du «tire-bouchon» ou «vrille» pour déterminer la direction du champ magnétique de la bobine. Il est familier à chaque élève. Cependant, la question de la véritable direction du courant restait ouverte. Voici ce que Faraday a écrit: «Si je dis. que le courant passe d'un point positif à un point négatif n'est qu'en accord avec le traditionnel, bien que dans une certaine mesure silencieux accord entre les scientifiques et leur fournissant des moyens constants, clairs et précis, pour indiquer la direction des forces de ce courant". (13. Italique nôtre. BH)

Après la découverte de l'induction électromagnétique par Faraday (induisant un courant dans un conducteur dans un champ magnétique changeant), il est devenu nécessaire de déterminer la direction du courant induit. Cette règle a été donnée par le remarquable physicien russe E.Kh. Lents. (14). Il se lit comme suit: «Si un conducteur métallique se déplace près d'un courant ou d'un aimant, alors un courant galvanique se produit en lui. La direction de ce courant est telle que le fil au repos s'en éloignerait, à l'opposé du mouvement réel. " (15). Autrement dit, la règle se résumait au type de «demander des conseils et faire le contraire».

Les règles connues par le diplômé de l'école actuelle sous le nom de «règle de la main gauche» et «la règle de la main droite» dans la forme finale ont été proposées par le physicien anglais Fleming et servent à SIMPLIFIER la MÉMORATION du phénomène physique aux physiciens, étudiants et écoliers, et non à les duper.

Ces règles sont largement entrées dans la pratique et les manuels de physique, et après la découverte de l'électron, il faudrait beaucoup changer, et pas seulement dans les manuels, si la direction réelle du courant était indiquée. Et cette convention perdure depuis plus d'un siècle et demi. Au début, cela n'a pas causé de difficultés, mais avec l'invention de la lampe électronique (ironiquement, Fleming a inventé le premier tube radio) et l'utilisation généralisée des semi-conducteurs, des difficultés ont commencé à apparaître. Par conséquent, les physiciens et les experts en électronique préfèrent ne pas parler des directions du courant électrique, mais des directions du mouvement des électrons ou des charges. Mais le génie électrique fonctionne toujours selon les anciennes définitions. Parfois, cela crée de la confusion. Des ajustements pourraient être apportés, mais causeraient-ils plus de désagréments que ceux existants?