Историята на парадокс в електротехниката

Ако съставите електрическа верига от източник на ток, консуматор на енергия и проводниците, които ги свързват, затворете го, тогава електрически ток ще тече по тази верига. Разумно е да попитаме: „И в каква посока?“ Учебникът по теоретичните основи на електротехниката дава отговор: „Във външната верига токът тече от плюса на източника на енергия към минуса, а във вътрешността на източника от минус към плюс“ (1).

Така ли е? Спомнете си, че електрически ток е подреденото движение на електрически заредени частици. Тези в металните проводници са отрицателно заредени частици - електрони. Но електроните във външната верига се движат точно обратното от минуса на източника към плюс. Това може да се докаже много просто. Достатъчно е да поставите в горната верига електронна лампа - диод. Ако анодът на лампата е положително зареден, токът във веригата ще бъде, ако е отрицателен, тогава няма да има ток. Спомнете си, че противоположните такси привличат и като такси отблъскват. Следователно положителният анод привлича отрицателни електрони, но не и обратното. Заключваме, че посоката, обратна на движението на електроните, се приема като посока на електрическия ток в науката за електротехниката. (2)

Изборът на посоката, противоположна на съществуващата, не може да бъде наречен иначе парадоксален, но причините за такова разминаване могат да бъдат обяснени, ако проследим историята на развитието на електротехниката като наука.

Сред многото теории, понякога дори анекдотични, опитвайки се да обясним електрическите явления, появили се в зората на науката за електричеството, нека се спрем на две основни.

Американският учен Б. Франклин изложи така наречената унитарна теория за електричеството, според която електрическата материя е вид безтегловна течност, която може да изтече от някои тела и да се натрупва в други. Според Франклин електрическа течност се съдържа във всички тела и се наелектризира само когато има липса или излишък на електрическа течност в тях. Липсата на течност означава отрицателна електрификация, а излишъкът означава положителен. Така се появи концепцията за положителен и отрицателен заряд. (3) Когато положително заредените тела са свързани с отрицателни тела, електрическа течност (течност) преминава от тяло с повишено количество течност към тела с намалено количество. Както при общуването на съдове. Със същата хипотеза понятието за движението на електрическите заряди - електрически ток - влезе в науката. (4)

Хипотезата на Франклин се оказа изключително ползотворна и предвиждаше електронната теория на проводимостта. Въпреки това, тя се оказа далеч от перфектна. Факт е, че френският учен Дюфе откри, че има два вида електричество, които, спазвайки всяка отделна теория на Франклин, се неутрализират взаимно при контакт. (5). Причината за появата на нова дуалистична теория за електричеството, представена от Симер на базата на експериментите на Дюф, беше проста. Изненадващо, в течение на много десетилетия експерименти с електричество, никой не забеляза, че при триене на електрифицирани тела се зарежда не само търканото, но и тялото за триене. В противен случай хипотезата на Симер просто не би се появила. Но фактът, че се появи, има своя собствена историческа справедливост. (6)

Дуалистичната теория счита, че в тела в обичайно състояние два вида електрическа течност се съдържат в РАЗЛИЧНИ количества, неутрализиращи се взаимно. Електрификацията се обяснява с факта, че съотношението на положителното и отрицателното електричество в телата се променя. Не е много ясно, но беше необходимо някак да се обяснят феномените в реалния живот.

И двете хипотези обясниха успешно основните електростатични явления и дълго време се състезаваха помежду си. Исторически дуалистичната теория предвиждаше йонната теория за проводимостта на газовете и разтворите. (7)

Изобретението на волтовата колона през 1799 г. и последващото откриване на феномена на електролиза дава възможност да се заключи това по време на електролиза на течности и разтвори в тях се наблюдават две противоположни посоки на движението на зарядите - положителна и отрицателна. Дуалистичната теория възтържествува, тъй като по време на разлагането на, например, вода, ясно се вижда, че върху положителния електрод се отделят кислородни мехурчета, а на отрицателния електрод се отделя водород. (8). Тук обаче не всичко беше гладко. По време на разлагането на водата количеството на отделените газове не беше същото. Водородът е имал два пъти повече кислород. Това обърка. Как би могъл някой настоящи ученици, които знаеха, че във водната молекула има два водородни атома (известното ашдво), но химиците все още не са стигнали до това.

Не може да се каже, че тези теории са били разбрани не само от студенти, но и от самите учени. Революционният демократ А.И. Между другото, Херцен, възпитаник на Физико-математическия факултет на Московския университет, пише, че тези хипотези не помагат и дори „нанасят ужасно вреда на студентите, като им дават думи вместо понятия, убивайки въпроса с фалшиво удовлетворение. "Какво е електричество?" - „Безтегловна течност“. Не би ли било по-добре, ако студентът отговори: „Не знам.“ (10). И все пак Херцен греши. Наистина в съвременната терминология електрическият ток тече от плюса към минуса на източника и не се движи по никакъв друг начин и изобщо не сме разстроени от това.

Стотици учени от различни страни проведоха хиляди експерименти с волтов полюс, но само двадесет години по-късно датският учен Ерстед откри магнитното действие на електрически ток. През 1820 г. е публикувано съобщението му, в което се посочва, че проводник с ток засяга показанията на магнитна игла. След многобройни експерименти той дава правило, чрез което можете да определите посоката на отклонение на магнитната игла от тока или тока от посоката на магнитната стрелка. "Ще използваме формулата: полюсът, който вижда отрицателно електричество да влиза над себе си, се отклонява на изток." Правилото е толкова неясно, че съвременният грамотен човек не измисля веднага как да го използва, а какво да кажем за времето, когато концепциите все още не са установени.

Следователно Ампер в своята работа, представена от Парижката академия на науките, първо решава да приеме една от посоките на течения като основна, а след това дава правило, чрез което човек може да определи ефекта на магнитите върху течения. Ние четем: „Тъй като ще трябва постоянно да говоря за две противоположни посоки, в които протича и двете електроенергия, тогава, за да избегна ненужни повторения, след думите ДИРЕКЦИЯ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТЕКУЛ, винаги ще имам предвид ПОЛОЖИТЕЛНО електричество“ Така първоначално въведеното общо правило за управление ток. Всъщност, преди откриването на електрона са били повече от седемдесет години. (11).

През 17-19 век в Европа MONEMONICS придобива широко разпространение. или изкуството на запаметяването, тоест система от различни техники, които улесняват запаметяването чрез формиране на изкуствени асоциации. Например стихотворенията са известни с това, че помнят броя на ПИ - „Който се шегува и скоро ще пожелае…“, които са на повече от сто години. Или поговорка за фазани и ловци да запомнят подреждането на цветовете на слънчевия спектър .. Това са мнемоничните правила.

Същото правило е измислено от Ампер за определяне на посоката на силите върху проводник с ток. Наричаше се „правилото на плувците“. Не го даваме, защото той също беше неуспешен и не се вкорени. Но посоката на тока във всички правила предполагаше движението на положително заредени частици. (12)

По-късно Максуел също се придържа към този канон, който излезе с правилото "тирбушон" или "жилетка", за да определи посоката на магнитното поле на намотката. Тя е позната на всеки ученик. Въпросът за истинската посока на тока обаче остана отворен. Ето какво пише Фарадей: „Ако кажа. че токът преминава от положително място към отрицателно е само в съгласие с традиционното, макар и до известна степен мълчалив споразумение между учени и предоставянето им постоянно ясно и категорично средство за посочване на посоката на силите на този ток". (13. Курсив нашият. BH)

След откриването на електромагнитната индукция от Фарадей (предизвикване на ток в проводник в променящо се магнитно поле), стана необходимо да се определи посоката на индуцирания ток. Това правило е дадено от изключителния руски физик Е. К. Пости. (14). Той гласи: „Ако метален проводник се движи близо до ток или магнит, тогава в него възниква галваничен ток. Посоката на този ток е такава, че жицата в покой би се движила от нея, противоположно на действителното движение. " (15). Тоест, правилото се свежда до типа „питайте за съвет и направете обратното“.

Правилата, известни на сегашния завършил училище като „правило на лявата ръка” и „правило на дясната ръка” в окончателната форма, бяха предложени от английския физик Флеминг и те служат за ОПРОСЯВАНЕ НА ПАМЯТА на физическото явление на физици, ученици и ученици, а не да ги заблуждават.

Тези правила са широко въведени в практиката и учебниците по физика и след откриването на електрона много би трябвало да се променят, и не само в учебниците, ако се посочи истинската посока на тока. И тази конвенция живее повече от век и половина. Отначало това не създава трудности, но с изобретяването на електронната лампа (по ирония на съдбата Флеминг измисля първата радио тръба) и широкото използване на полупроводници, започват да възникват трудности. Следователно, физиците и експертите по електроника предпочитат да не говорят за посоките на електрическия ток, а за посоките на движение на електрони или заряди. Но електротехниката все още работи по стари определения. Понякога това предизвиква объркване. Възможно е да се направят корекции, но дали би причинило повече неудобства от съществуващите?