Kur plūst elektrība?

Elektriskā strāva rodas elektriskajā ķēdē, ieskaitot strāvas avotu un elektrības patērētāju. Bet kādā virzienā šī strāva rodas? Tradicionāli tiek uzskatīts, ka ārējā ķēdē strāvai ir virziens no avota plus līdz mīnusam, savukārt strāvas avota iekšpusē tā ir no mīnus līdz plus.

Patiešām, elektriskā strāva ir elektriski lādētu daļiņu pasūtīta kustība. Ja diriģents ir izgatavots no metāla, tad šīs daļiņas ir elektroni - negatīvi lādētas daļiņas. Tomēr ārējā ķēdē elektroni precīzi pārvietojas no mīnus (negatīvs pols) uz plus (pozitīvs pols), nevis no plus līdz mīnus.

Ja tas ir iekļauts ārējā ķēdē pusvadītāju diode, kļūs skaidrs, ka strāva ir iespējama tikai tad, ja diode ir savienota ar katodu mīnusa virzienā. No tā izriet, ka virziens, kas ir pretējs elektronu faktiskajai kustībai, tiek ņemts par elektriskās strāvas virzienu ķēdē.

Ja mēs izsekojam elektrotehnikas kā neatkarīgas zinātnes veidošanās vēsturi, mēs varam saprast, no kurienes radusies šāda paradoksāla pieeja.

Amerikāņu pētnieks Bendžamins Franklins savā laikā izvirzīja vienotu (vienotu) elektrības teoriju. Saskaņā ar šo teoriju elektriskā viela ir bezsvara šķidrums, kas var izplūst no dažiem ķermeņiem, bet uzkrāties citos.

Pēc Franklina teiktā, visos ķermeņos ir elektrisks šķidrums, bet ķermeņi elektrificējas tikai tad, ja tajos ir pārmērīgs vai trūkst elektriskā šķidruma (elektriskā šķidruma). Elektriskā šķidruma trūkums (pēc Franklina domām) nozīmēja negatīvu elektrifikāciju, bet pārpalikums - pozitīvu.

Tas bija sākums pozitīvās un negatīvās uzlādes jēdzieniem. Pozitīvi lādētu ķermeņu savienošanas brīdī ar negatīvi lādētiem ķermeņiem elektriskais šķidrums plūst no ķermeņa ar lielu daudzumu elektriskā šķidruma uz ķermeņiem ar samazinātu tā daudzumu. Tas ir līdzīgs kuģu saziņas sistēmai. Stabila elektriskās strāvas koncepcija, elektrisko lādiņu kustība, ir ienākusi zinātnē.

Šī Franklina hipotēze bija pirms elektroniskās vadīšanas teorijas, taču tā izrādījās tālu no ideālas. Franču fiziķis Čārlzs Dufe atklāja, ka patiesībā ir divu veidu elektrība, kas individuāli pakļaujas Franklina teorijai, bet, nonākot saskarē, to savstarpēji neitralizē. Parādījās jauna duālistiska (duāla) elektrības teorija, kuru izvirzīja dabaszinātnieks Roberts Simmers, pamatojoties uz Čārlza Dufe eksperimentiem.

Berzējot, lai elektrificētu ķermeņus elektrificētu, tiek uzlādēts ne tikai noberztais ķermenis, bet arī noberztais. Duālistiskā teorija apgalvoja, ka parastā stāvoklī ķermeņi satur divu veidu elektriskos šķidrumus un dažādos daudzumos, kas neitralizē viens otru. Elektrifikācija tika izskaidrota ar negatīvās un pozitīvās elektrības attiecības izmaiņām elektrificētos ķermeņos.

Gan Franklina hipotēze, gan Simmera hipotēze veiksmīgi izskaidroja elektrostatiskās parādības un pat konkurēja savā starpā.

Izgudrots 1799 voltu pole un atklājums elektrolīzes parādības lika secināt, ka šķīdumu un tajos esošo šķidrumu elektrolīzes laikā lādiņu kustības virzienā ir divi pretēji lādiņi - negatīvs un pozitīvs. Tas bija duālistiskās teorijas triumfs, jo, sadaloties ūdenim, tagad bija iespējams novērot, kā uz pozitīvā elektroda izdalās skābekļa burbuļi, bet negatīvajā elektrodā - ūdeņradis.

Bet šeit viss nebija gludi. Izstaroto gāzu daudzums izrādījās atšķirīgs. Ūdeņradis izdalījās divreiz vairāk nekā skābeklis.Tas nesaprotami fiziķi. Tad ķīmiķiem nebija ne mazākās nojausmas, ka ūdens molekulā ir divi ūdeņraža atomi un tikai viens skābekļa atoms.

Šīs teorijas nesaprata visi.

Bet 1820. gadā Andre-Marie Ampère dokumentā, kas iesniegts Parīzes Zinātņu akadēmijas locekļiem, vispirms nolemj izvēlēties vienu no strāvas virzieniem kā galveno, bet pēc tam dod noteikumu, saskaņā ar kuru ir iespējams precīzi noteikt magnētu ietekmi uz elektriskajām strāvām.

Lai visu laiku nerunātu par divām pretējām abu elektrības straumēm, lai izvairītos no nevajadzīgiem atkārtojumiem, Ampere nolēma stingri noteikt pozitīvās elektrības kustības virzienu kā elektriskās strāvas virzienu. Tātad, pirmo reizi Ampère ieviesa vispārpieņemto likumu par elektriskās strāvas virzienu.

Vēlāk pats Maksvels ievēroja šo pozīciju, izgudrojot “gredzena” noteikumu, kas nosaka spoles magnētiskā lauka virzienu. Bet jautājums par elektriskās strāvas patieso virzienu palika atklāts. Faraday rakstīja, ka šāds stāvoklis ir tikai nosacīts, tas ir ērts zinātniekiem un palīdz viņiem skaidri noteikt straumju virzienu. Bet tas ir tikai ērts rīks.

Pēc tam, kad Faraday atklāja elektromagnētisko indukciju, kļuva nepieciešams noteikt inducētās strāvas virzienu. Krievu fiziķis Lencs deva noteikumu: ja metāla vadītājs pārvietojas pie strāvas vai magnēta, tad tajā rodas galvaniskā strāva. Un topošās strāvas virziens ir tāds, ka fiksētais vads no tā darbības nāks pretī sākotnējam pārvietojumam. Vienkāršs, viegli saprotams noteikums.

Pat pēc elektrona atklāšanas šī konvencija pastāv jau vairāk nekā pusotru gadsimtu. Izgudrojot tādu ierīci kā elektronisko lampu, ar plašu pusvadītāju ieviešanu, sāka rasties grūtības. Bet elektrotehnika, tāpat kā iepriekš, darbojas pēc vecām definīcijām. Dažreiz tas rada patiesu apjukumu. Bet pielāgojumu veikšana radīs lielākas neērtības.

Lasīt arī:Elektroinstalācija un cauruļvadi: analoģijas un atšķirības