ประวัติความเป็นมาของความขัดแย้งของวิศวกรรมไฟฟ้า

ถ้าคุณเขียนวงจรไฟฟ้าจากแหล่งกระแสผู้ใช้พลังงานและสายเชื่อมต่อปิดมันจากนั้นกระแสไฟฟ้าจะไหลไปตามวงจรนี้ มีเหตุผลที่จะถามว่า:“ และในทิศทางใด?” ตำราเกี่ยวกับรากฐานทางทฤษฎีของวิศวกรรมไฟฟ้าให้คำตอบ:“ ในวงจรภายนอกกระแสไฟฟ้าไหลจากบวกของแหล่งพลังงานไปยังลบและภายในแหล่งที่มาจากลบถึงบวก” (1)

เป็นอย่างนั้นเหรอ? จำได้ว่ากระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ส่วนที่อยู่ในตัวนำโลหะนั้นมีประจุเป็นลบ - อิเล็กตรอน แต่อิเล็กตรอนในวงจรภายนอกเคลื่อนที่ตรงข้ามจากลบของแหล่งกำเนิดถึงบวก สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้อย่างง่ายดาย มันเพียงพอที่จะใส่หลอดอิเล็กทรอนิกส์ - ไดโอดในวงจรด้านบน หากขั้วบวกของหลอดไฟถูกประจุบวกประจุไฟฟ้าในวงจรจะเป็นไปถ้าประจุเป็นลบจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล จำได้ว่าค่าใช้จ่ายที่ตรงกันข้ามดึงดูดและชอบค่าใช้จ่ายขับไล่ ดังนั้นขั้วบวกขั้วบวกจะดึงดูดอิเล็กตรอนเชิงลบ แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน เราสรุปได้ว่าสำหรับทิศทางของกระแสไฟฟ้าในวิทยาศาสตร์ของวิศวกรรมไฟฟ้าพวกเขาจะหันทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (2)

การเลือกทิศทางที่ตรงข้ามกับทิศทางที่มีอยู่ไม่สามารถเรียกได้ว่าขัดแย้งกัน แต่เหตุผลของความคลาดเคลื่อนดังกล่าวสามารถอธิบายได้หากเราติดตามประวัติของการพัฒนาวิศวกรรมไฟฟ้าในฐานะวิทยาศาสตร์

ในบรรดาหลายทฤษฎีบางครั้งถึงเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ พยายามอธิบายปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่ปรากฏในยามรุ่งอรุณของวิทยาศาสตร์ไฟฟ้าให้เราอาศัยอยู่ในสองหลัก

นักวิทยาศาสตร์อเมริกัน B. แฟรงคลินหยิบยกทฤษฎีที่เรียกว่าการรวมกระแสไฟฟ้าตามที่สสารไฟฟ้าเป็นของเหลวไร้น้ำหนักชนิดหนึ่งที่สามารถรั่วซึมออกจากร่างกายบางส่วนและสะสมอยู่ในตัวอื่น ๆ ตามที่แฟรงคลิน, ของเหลวไฟฟ้าที่มีอยู่ในร่างกายทั้งหมดและกลายเป็นกระแสไฟฟ้าเฉพาะเมื่อมีการขาดหรือเกินของของเหลวไฟฟ้าในพวกเขา การขาดของเหลวหมายถึงการใช้พลังงานไฟฟ้าเชิงลบส่วนเกินหมายถึงบวก ดังนั้นแนวคิดของประจุบวกและประจุลบจึงปรากฏขึ้น (3) เมื่อร่างกายที่มีประจุบวกเชื่อมต่อกับร่างกายเชิงลบของเหลวไฟฟ้า (ของเหลว) จะผ่านจากร่างกายที่มีปริมาณของเหลวเพิ่มขึ้นสู่ร่างกายโดยมีปริมาณลดลง เช่นเดียวกับในการสื่อสารทางเรือ ด้วยสมมติฐานเดียวกันแนวคิดของการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า - กระแสไฟฟ้า - เข้าสู่วิทยาศาสตร์ (4)

สมมติฐานของแฟรงคลินพิสูจน์แล้วว่ามีผลอย่างมากและคาดว่าจะนำทฤษฎีอิเล็กทรอนิคส์ของการนำอย่างไรก็ตามมันจะกลายเป็นไกลจากที่สมบูรณ์แบบ ความจริงก็คือนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Dufe ค้นพบว่ามีกระแสไฟฟ้าสองประเภทซึ่งเชื่อฟังทฤษฎีแต่ละตัวของแฟรงคลินทำให้เป็นกลางเมื่อสัมผัสกัน (5) เหตุผลของการเกิดขึ้นของทฤษฎีไฟฟ้าคู่แบบใหม่ที่วางไว้โดย Simmer บนพื้นฐานของการทดลองของ Dufe นั้นง่ายมาก น่าแปลกที่ในช่วงหลายทศวรรษของการทดลองด้วยไฟฟ้าไม่มีใครสังเกตเห็นว่าเมื่อถูร่างกายที่ถูกไฟฟ้าไม่เพียง แต่ถู แต่ยังมีการถูร่างกาย มิฉะนั้นสมมติฐานของ Simmer ก็จะไม่ปรากฏ แต่ความจริงที่ว่าเธอปรากฏตัวมีความยุติธรรมทางประวัติศาสตร์ของเธอเอง (6)

ทฤษฎีแบบสองสติพิจารณาว่าในร่างของของเหลวไฟฟ้าสองสถานะปกติมีอยู่ในปริมาณที่แตกต่างกันทำให้เป็นกลางซึ่งกันและกัน การใช้พลังงานไฟฟ้าถูกอธิบายโดยความจริงที่ว่าอัตราส่วนของไฟฟ้าบวกและลบในร่างกายเปลี่ยนไป มันไม่ชัดเจนมาก แต่ก็จำเป็นต้องอธิบายปรากฏการณ์ในชีวิตจริง

สมมติฐานทั้งสองประสบความสำเร็จในการอธิบายปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตหลักและเป็นเวลานานในการแข่งขันกับแต่ละอื่น ๆ ทฤษฎีที่คาดว่าจะเป็นทฤษฎีคู่สตินทฤษฎีไอออนิกการนำไฟฟ้าของก๊าซและการแก้ปัญหา (7)

การประดิษฐ์ของคอลัมน์ voltaic ในปี 1799 และการค้นพบภายหลังของปรากฏการณ์ของกระแสไฟฟ้าทำให้มันเป็นไปได้ที่จะสรุปได้ว่า ระหว่างการแยกของเหลวและสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า ทิศทางตรงกันข้ามของการเคลื่อนที่ของประจุมีสองทิศทางคือบวกและลบ ทฤษฎีสติสัมปชัญญะชนะเพราะในระหว่างการสลายตัวอย่างเช่นน้ำใครจะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าฟองออกซิเจนถูกปล่อยออกมาในขั้วบวกและไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาในขั้วลบ (8) อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทุกอย่างราบรื่นที่นี่ ระหว่างการสลายตัวของน้ำปริมาณของก๊าซที่ปล่อยออกมาจะไม่เหมือนกัน ไฮโดรเจนมีออกซิเจนมากเป็นสองเท่า งงงันนี้ เด็กนักเรียนปัจจุบันคนใดที่รู้ว่ามีไฮโดรเจนสองอะตอมในโมเลกุลน้ำในโมเลกุลน้ำ (Ashdvo ที่มีชื่อเสียง) แต่นักเคมียังไม่ได้เกิดขึ้น

ไม่สามารถพูดได้ว่าทฤษฎีเหล่านี้ไม่เพียง แต่เข้าใจโดยนักเรียนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ด้วย คณะปฏิวัติประชาธิปไตยเอไอ Herzen บังเอิญจบการศึกษาจากคณะฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยมอสโกเขียนว่าสมมติฐานเหล่านี้ไม่ได้ช่วยและแม้แต่ "ทำอันตรายร้ายแรงต่อนักเรียนโดยให้พวกเขาคำแทนแนวคิดฆ่าคำถามด้วยความพึงพอใจเท็จ “ ไฟฟ้าคืออะไร” -“ ของเหลวไม่มีน้ำหนัก” จะดีกว่าไหมถ้านักเรียนตอบว่า: "ฉันไม่รู้" (10) ถึงกระนั้น Herzen ผิด แน่นอนในคำศัพท์ที่ทันสมัยกระแสไฟฟ้าไหลจากการบวกถึงการลบของแหล่งที่มาและไม่ได้ย้ายในทางอื่นใดและเราไม่ได้อารมณ์เสียโดยทั้งหมดนี้

นักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคนจากประเทศต่าง ๆ ทำการทดลองหลายพันครั้งด้วยเสาไฟฟ้าโวลต์ แต่เพียงยี่สิบปีต่อมานักวิทยาศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Oersted ค้นพบการกระทำแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า ในปีพ. ศ. 2363 ข้อความของเขาได้รับการตีพิมพ์ระบุว่าตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าส่งผลต่อการอ่านเข็มแม่เหล็ก หลังจากการทดลองมากมายเขาให้กฎที่เป็นไปได้ในการกำหนดทิศทางการเบี่ยงเบนของเข็มแม่เหล็กจากกระแสหรือกระแสจากทิศทางของลูกศรแม่เหล็ก "เราจะใช้สูตรนี้: ขั้วที่เห็นกระแสไฟฟ้าเชิงลบเข้าสู่ตัวเองเบี่ยงเบนไปทางทิศตะวันออก" กฎนั้นคลุมเครือจนคนที่มีความรู้สมัยใหม่ไม่ได้คิดวิธีใช้ในทันที แต่จะเกี่ยวกับเวลาที่แนวคิดยังไม่ได้รับการจัดตั้งขึ้น

ดังนั้นแอมแปร์ในงานของเขาที่นำเสนอโดย Paris Academy of Sciences ก่อนอื่นตัดสินใจที่จะใช้ทิศทางของกระแสเป็นหนึ่งหลักและจากนั้นให้กฎที่หนึ่งสามารถกำหนดผลกระทบของแม่เหล็กในกระแส เราอ่าน:“ เนื่องจากฉันจะต้องพูดถึงสองทิศทางที่กระแสไฟฟ้าไหลตลอดเวลาดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงการซ้ำซ้อนที่ไม่จำเป็นหลังจากคำที่บอกทิศทางของกระแสไฟฟ้าฉันจะหมายถึงกระแสไฟฟ้าบวกเสมอ” ดังนั้นจึงแนะนำกฎแห่งทิศทางที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป ปัจจุบัน อันที่จริงก่อนการค้นพบอิเล็กตรอนมากกว่าเจ็ดสิบปี (11)

ในช่วงศตวรรษที่ 17-19 ในยุโรป MONEMONICS เริ่มแพร่หลาย หรือศิลปะแห่งการท่องจำนั่นคือระบบของเทคนิคต่าง ๆ ที่อำนวยความสะดวกในการท่องจำโดยการก่อตัวของสมาคมประดิษฐ์ ตัวอย่างเช่นบทกวีเป็นที่รู้จักกันในการจดจำจำนวนของ PIs - "ใครเป็นคนพูดเล่นและจะต้องการในไม่ช้า ... " ซึ่งมีอายุมากกว่าร้อยปี หรือคำพูดเกี่ยวกับไก่ฟ้าและนักล่าเพื่อจดจำการจัดเรียงสีของสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ .. เหล่านี้เป็นกฎช่วยในการจำ

Ampèreสร้างกฎเดียวกันขึ้นเพื่อกำหนดทิศทางของแรงที่มีต่อตัวนำในปัจจุบัน มันถูกเรียกว่า "กฎว่ายน้ำ" เราไม่ได้ให้เพราะมันก็ไม่ประสบความสำเร็จและไม่หยั่งราก แต่ทิศทางของกระแสในกฎทั้งหมดแสดงถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวก (12)

ต่อมาแมกซ์เวลยังยึดมั่นกับศีลนี้ซึ่งเกิดขึ้นกับกฎของ "เหล็กไขจุก" หรือ "สว่าน" เพื่อกำหนดทิศทางของสนามแม่เหล็กของขดลวด เป็นที่คุ้นเคยของนักเรียนทุกคน อย่างไรก็ตามคำถามเกี่ยวกับทิศทางที่แท้จริงของกระแสยังคงเปิดอยู่ นี่คือสิ่งที่ฟาราเดย์เขียน:“ ถ้าฉันพูด กระแสที่ไหลจากจุดบวกไปยังจุดลบนั้นเป็นไปตามที่เห็นด้วยกับแบบดั้งเดิมเท่านั้น เงียบ ข้อตกลงระหว่างนักวิทยาศาสตร์และให้พวกเขา ชัดเจนและแน่นอนหมายถึงการคงทิศทางที่ชัดเจนของกองกำลังของกระแสนี้" (13. ตัวเอนเรา BH)

หลังจากการค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยฟาราเดย์ (เหนี่ยวนำกระแสในตัวนำในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง) มันก็จำเป็นที่จะต้องกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ กฎนี้ถูกกำหนดโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียที่ยอดเยี่ยมอย่าง E.Kh. Lents (14) มันอ่านว่า:“ ถ้าตัวนำโลหะเคลื่อนที่ใกล้กับกระแสหรือแม่เหล็กจากนั้นกระแสไฟฟ้าก็เกิดขึ้น ทิศทางของกระแสไฟฟ้านี้เป็นเช่นนี้ที่สายที่เหลือจะมาจากการเคลื่อนที่ตรงข้ามกับการเคลื่อนไหวจริง " (15) นั่นคือกฎนั้นลงมาที่ประเภทของ“ ขอคำแนะนำและทำสิ่งที่ตรงกันข้าม”

กฎที่รู้จักกันในปัจจุบันของบัณฑิตวิทยาลัยในฐานะ "กฎของมือซ้าย" และ "กฎของมือขวา" ในรูปแบบสุดท้ายถูกเสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเฟลมมิ่ง

กฎเหล่านี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการฝึกฝนและแบบเรียนวิชาฟิสิกส์และหลังจากการค้นพบอิเล็กตรอนเป็นอย่างมากจะต้องมีการเปลี่ยนแปลงและไม่เพียง แต่ในตำราหากทิศทางที่แท้จริงของกระแสไฟฟ้าถูกระบุ และอนุสัญญานี้มีชีวิตอยู่นานกว่าหนึ่งศตวรรษครึ่ง ในตอนแรกมันไม่ได้ทำให้เกิดปัญหา แต่ด้วยการประดิษฐ์หลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์ (แดกดันเฟลมมิ่งคิดค้นหลอดวิทยุตัวแรก) และการใช้งานที่กว้างขวางของเซมิคอนดักเตอร์ปัญหาก็เริ่มเกิดขึ้น ดังนั้นนักฟิสิกส์และผู้เชี่ยวชาญด้านอิเล็กทรอนิกส์ไม่ต้องการพูดคุยเกี่ยวกับทิศทางของกระแสไฟฟ้า แต่เกี่ยวกับทิศทางของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนหรือประจุ แต่วิศวกรรมไฟฟ้ายังคงทำงานบนคำจำกัดความเดิม บางครั้งสิ่งนี้ทำให้เกิดความสับสน สามารถทำการปรับเปลี่ยนได้ แต่จะทำให้เกิดความไม่สะดวกมากกว่าที่มีอยู่หรือไม่