Къде тече електричеството?

В електрическа верига възниква електрически ток, включващ източник на ток и консуматор на електричество. Но в каква посока се появява този ток? Традиционно се смята, че във външната верига токът има посока от плюс на източника към минус, докато във вътрешния източник е от минус до плюс.

Всъщност електрическият ток е подреденото движение на електрически заредени частици. Ако проводникът е направен от метал, тези частици са електрони - отрицателно заредени частици. Във външната верига обаче електроните се движат точно от минус (отрицателен полюс) към плюс (положителен полюс), а не от плюс към минус.

Ако е включена във външна верига полупроводников диод, ще стане ясно, че токът е възможен само когато диодът е свързан от катода по посока на минуса. От това следва, че посоката, обратна на действителното движение на електроните, се приема като посоката на електрическия ток във веригата.

Ако проследим историята на формирането на електротехниката като независима наука, можем да разберем откъде идва такъв парадоксален подход.

Американският изследовател Бенджамин Франклин представи в своето време единна (унифицирана) теория за електричеството. Според тази теория електрическата материя е безтегловна течност, която може да изтича от някои тела, докато се натрупва в други.

Според Франклин във всички тела има електрическа течност, но телата се наелектризират само когато в тях има излишък или липса на електрическа течност (електрическа течност). Липсата на електрическа течност (според Франклин) означаваше отрицателна електрификация, а излишъкът - положителна.

Това беше началото на концепциите за положителен заряд и отрицателен заряд. В момента на свързване на положително заредени тела с отрицателно заредени тела, електрическа течност тече от тяло с голямо количество електрическа течност към тела с намалено количество от него. Това е подобно на система за комуникация на съдове. Стабилна концепция за електрически ток, движението на електрическите заряди, е навлязла в науката.

Тази хипотеза на Франклин предшества електронната теория на проводимостта, но тя се оказа далеч от перфектната. Френският физик Чарлз Дюфи откри, че в действителност има два вида електричество, които поотделно се подчиняват на теорията на Франклин, но взаимно се неутрализират при контакт. Появи се нова дуалистична (двойна) теория за електричеството, представена от естествения учен Робърт Симер на базата на експериментите на Чарлз Дюф.

При триене, за да се наелектризират, електрифицираните тела се зареждат не само натърканото тяло, но и натърканото. Дуалистичната теория твърди, че в обикновеното състояние телата съдържат два вида електрическа течност и в различни количества, които неутрализират едно друго. Електрификацията се обяснява с промяна в съотношението на отрицателното и положителното електричество в електрифицираните тела.

Както хипотезата на Франклин, така и хипотезата на Симер успешно обясниха електростатичните явления и дори се състезаваха помежду си.

Изобретен през 1799 г. от волтов полюс и откритие явления на електролиза доведе до извода, че по време на електролизата на разтвори и течности в тях има два противоположни заряда в посока на движение на зарядите - отрицателен и положителен. Това беше триумфът на дуалистичната теория, защото когато водата се разлагаше, сега беше възможно да се наблюдава как кислородните мехурчета се освобождават върху положителния електрод, докато водородът се освобождава върху отрицателния електрод.

Но не всичко тук беше гладко. Количеството отделяни газове се оказа различно. Водородът се отделя два пъти повече от кислорода.Това обърка физиците. Тогава химиците нямали представа, че във водната молекула има два водородни атома и само един кислороден атом.

Тези теории не бяха разбрани от всички.

Но през 1820 г. Андре-Мари Ампер в произведение, представено на членове на Парижката академия на науките, първо решава да избере една от посоките на токовете като основна, но след това дава правило, според което е възможно точно да се определи ефекта на магнитите върху електрическите токове.

За да не говори през цялото време за два противоположни тока и на двата електрически тока, за да избегне ненужни повторения, Ampere реши строго да приеме посоката на движение на положителното електричество като посока на електрическия ток. И така, за първи път от Ampere досега беше въведено общоприетото правило за посоката на електрическия ток.

По-късно самият Максуел се придържа към тази позиция, като е измислил правилото „gimlet“, което определя посоката на магнитното поле на намотката. Но въпросът за истинската посока на електрическия ток остана отворен. Фарадей написа, че това състояние е само условно, удобно е за учените и им помага ясно да определят посоката на теченията. Но това е само удобен инструмент.

След като Фарадей откри електромагнитна индукция, стана необходимо да се определи посоката на индуцирания ток. Руският физик Ленц даде правило: ако метален проводник се движи близо до ток или магнит, тогава в него възниква галваничен ток. А посоката на появяващия се ток е такава, че неподвижният проводник ще дойде от действието си в движение, противоположно на първоначалното изместване. Просто, лесно за разбиране правило.

Дори след откриването на електрон, тази конвенция съществува повече от век и половина. С изобретяването на устройство като електронна лампа, с широкото въвеждане на полупроводници, започват да възникват трудности. Но електротехниката, както и преди, работи по стари дефиниции. Понякога това причинява истинско объркване. Но извършването на корекции ще доведе до повече неудобства.

Прочетете също:Окабеляване и тръбопроводи: аналогии и разлики