kategorier: Utvalgte artikler » Interessante fakta
Antall visninger: 64405
Kommentarer til artikkelen: 4
Historien om et paradoks innen elektroteknikk
Hvis du komponerer en elektrisk krets fra en strømkilde, en energiforbruker og ledningene som forbinder dem, lukker du den, vil en elektrisk strøm strømme langs denne kretsen. Det er rimelig å spørre: "Og i hvilken retning?" Læreboka om teoretiske grunnlag for elektroteknikk gir svaret: "I den eksterne kretsen strømmer strømmen fra pluss energikilden til minus, og på innsiden av kilden fra minus til pluss" (1).
Er det slik? Husk at en elektrisk strøm er den bestilte bevegelsen av elektrisk ladede partikler. De i metallledere er negativt ladede partikler - elektroner. Men elektronene i den eksterne kretsen beveger seg motsatt fra minus fra kilden til pluss. Dette kan bevises veldig enkelt. Det er nok å sette en elektronisk lampe - en diode i kretsen ovenfor. Hvis lampens anode er positivt ladet, vil strømmen i kretsen være, hvis den er negativ, vil det ikke være noen strøm. Husk at motsatte ladninger tiltrekker seg, og at lignende kostnader avviser. Derfor tiltrekker den positive anoden negative elektroner, men ikke omvendt. Vi konkluderer med at for retningen av elektrisk strøm i vitenskapen om elektroteknikk, tar de retningen motsatt av bevegelsen til elektroner. (2)
Valget av retning motsatt den eksisterende kan ikke kalles ellers paradoksalt, men årsakene til et slikt avvik kan forklares hvis vi sporer historien om utviklingen av elektroteknikk som vitenskap.
Blant de mange teoriene, noen ganger til og med anekdotiske, som prøver å forklare de elektriske fenomenene som dukket opp i begynnelsen av vitenskapen om elektrisitet, la oss dvele ved to hovedtemaer.
Den amerikanske forskeren B. Franklin fremmet den såkalte enhetsteorien om elektrisitet, ifølge hvilken elektrisk materiale er en slags vektløs væske som kan lekke ut av noen kropper og akkumuleres i andre. I følge Franklin er en elektrisk væske inneholdt i alle kropper, og blir elektrifisert bare når det er mangel eller overskudd av elektrisk væske i dem. Mangel på væske betyr negativ elektrifisering, et overskudd betyr positivt. Så konseptet positiv og negativ ladning dukket opp. (3) Når positivt ladede legemer er forbundet med negative legemer, passerer en elektrisk væske (væske) fra et legeme med en økt mengde væske til legemer med en redusert mengde. Som i kommunikasjonsfartøy. Med samme hypotese inngikk begrepet bevegelse av elektriske ladninger - elektrisk strøm - vitenskapen. (4)
Franklins hypotese viste seg å være svært fruktbar og forventet den elektroniske ledningsteorien. Det viste seg imidlertid å være langt fra perfekt. Fakta er at den franske forskeren Dufe oppdaget at det er to typer elektrisitet, som adlyder hver enkelt Franklin-teori, nøytraliserte hverandre ved kontakt. (5). Årsaken til fremveksten av en ny dualistisk teori om elektrisitet, lagt frem av Simmer på bakgrunn av Dufe sine eksperimenter, var enkel. Overraskende, men over mange tiår med eksperimenter med elektrisitet, var det ingen som la merke til at når ikke gnir elektrifiserte kropper lades ikke bare gniddene, men også gnidekroppen. Ellers ville Simmer-hypotesen rett og slett ikke dukket opp. Men det at hun dukket opp har sin egen historiske rettferdighet. (6)
Den dualistiske teorien vurderte at i organer med vanlig tilstand er to typer elektrisk væske inneholdt i FORSKJELLIGE mengder, og nøytraliserer hverandre. Elektrifisering ble forklart med at forholdet mellom positiv og negativ elektrisitet i kroppene endret seg. Det er ikke veldig tydelig, men det var nødvendig å på en eller annen måte forklare de virkelige fenomenene.
Begge hypotesene forklarte vellykket de viktigste elektrostatiske fenomenene og konkurrerte i lang tid med hverandre. Den historisk dualistiske teorien forutsa den ioniske teorien om konduktiviteten til gasser og løsninger. (7)
Oppfinnelsen av den voltaiske søylen i 1799 og den påfølgende oppdagelsen av fenomenet elektrolyse gjorde det mulig å konkludere med at under elektrolyse av væsker og løsninger to motsatte retninger av bevegelsen av ladninger blir observert i dem - positive og negative. Den dualistiske teorien gikk seirende ut, siden man under nedbrytningen av for eksempel vann tydelig kunne se at oksygenbobler som ble avgitt på den positive elektroden, og hydrogen på den negative elektroden. (8). Imidlertid var ikke alt glatt her. Under nedbrytning av vann var ikke mengden avgitte gasser den samme. Hydrogen hadde dobbelt så mye oksygen. Dette forvirret. Hvordan kunne noen nåværende skolebarn, som visste at det er to hydrogenatomer (den berømte ashdvo) i et vannmolekyl i et vannmolekyl, men kjemikere har ikke kommet frem til dette ennå.
Det kan ikke sies at disse teoriene ikke bare ble forstått av studenter, men også av forskerne selv. Revolusjonsdemokrat A.I. Herzen skrev forresten, en utdannet ved fakultetet for fysikk og matematikk ved Moskva universitet, at disse hypotesene ikke hjelper, og til og med “gjør forferdelig skade på studentene ved å gi dem ord i stedet for begreper, og drepe spørsmålet med falsk tilfredshet. "Hva er strøm?" - “Vektløs væske”. Ville det ikke vært bedre hvis studenten svarte: "Jeg vet ikke."? " (10). Likevel tok Herzen feil. Faktisk, i moderne terminologi, strømmer den elektriske strømmen fra pluss til minus av kilden, og beveger seg ikke på noen annen måte, og vi er overhode ikke opprørt over dette.
Hundrevis av forskere fra forskjellige land gjennomførte tusenvis av eksperimenter med en voltpol, men bare tjue år senere oppdaget den danske forskeren Oersted den elektriske strømens magnetiske virkning. I 1820 ble meldingen publisert om at en leder med strøm påvirker avlesningen av magnetnålen. Etter flere eksperimenter gir han en regel som det er mulig å bestemme magnetnålens avviksretning fra strømmen eller strømmen fra magnetpilen. "Vi vil bruke formelen: polen, som ser negativ strøm inn over seg selv, avviker mot øst." Regelen er så vag at en moderne litterat person ikke umiddelbart finner ut hvordan man bruker den, men hva med tiden da begrepene ennå ikke er etablert.
Derfor bestemmer Ampere, i sitt arbeid presentert av Paris Academy of Sciences, først å ta en av retningene for strømmer som den viktigste, og deretter gi en regel som man kan bestemme effekten av magneter på strømningene. Vi leser: "Siden jeg hele tiden måtte snakke om to motsatte retninger hvor begge strømmer strømmer, for å unngå unødvendige repetisjoner, etter ordene RETNING AV ELEKTRISK STRØM, vil jeg alltid bety POSITIV strøm" Så den generelt aksepterte retningsregelen ble introdusert for første gang strøm. Faktisk, før oppdagelsen av elektronet var mer enn sytti år. (11).
På 17-1900-tallet i Europa ble MONEMONICS utbredt. eller kunsten å memorere, det vil si et system med forskjellige teknikker som letter memorering gjennom dannelse av kunstige assosiasjoner. For eksempel er poesi kjent for å huske antall PI-er - "Hvem fleiper og vil snart ønske ...", som er mer enn hundre år gamle. Eller et ordtak om fasaner og jegere for å huske ordningen med fargene i solspekteret. Dette er mnemoniske regler.
Den samme regelen ble oppfunnet av Ampère for å bestemme styrkenes retning på en leder med strøm. Det ble kalt "svømmeregelen." Vi gir det ikke, fordi det også var mislykket og ikke slo rot. Men strømens retning i alle regler innebar bevegelse av positivt ladede partikler. (12)
Senere holdt Maxwell seg fast ved denne kanonen, som kom med regelen om “korketrekker” eller “gimlet” for å bestemme retningen på magnetfeltet til spolen. Det er kjent for hver student. Spørsmålet om strømens sanne retning forble imidlertid åpent. Dette er hva Faraday skrev: “Hvis jeg sier. at strømmen går fra et positivt sted til et negativt er bare i samsvar med det tradisjonelle, selv om det til en viss grad er taus avtale mellom forskere og skaffe dem konstant klare og bestemte midler for å indikere retningen på kreftene til denne strømmen". (13. Kursiv vår. BH)
Etter oppdagelsen av elektromagnetisk induksjon av Faraday (indusering av en strøm i en leder i et skiftende magnetfelt), ble det nødvendig å bestemme retningen på den induserte strømmen. Denne regelen ble gitt av den fremragende russiske fysikeren E.Kh Lents. (14). Den lyder: “Hvis en metallleder beveger seg nær en strøm eller en magnet, oppstår det en galvanisk strøm i den. Retningen på denne strømmen er slik at ledningen i ro vil komme fra den i bevegelse, motsatt av den faktiske bevegelsen. " (15). Det vil si at regelen kom ned på typen "spør om råd og gjør det motsatte."
Reglene som er kjent for den nåværende skolekandidaten som "regelen om venstre hånd" og "regelen om høyre hånd" i den endelige formen ble foreslått av den engelske fysikeren Fleming, og de tjener til å forenkle minnet om det fysiske fenomenet til fysikere, studenter og skolebarn, og ikke til å lure dem.
Disse reglene er bredt inngått i praksis og lærebøker om fysikk, og etter oppdagelsen av elektronet ville veldig mye måtte endres, og ikke bare i lærebøker, hvis strømens sanne retning ble indikert. Og denne stevnen lever videre i mer enn halvannet århundre. Først forårsaket det ikke vanskeligheter, men med oppfinnelsen av den elektroniske lampen (ironisk nok oppfant Fleming det første radiorøret) og den utbredte bruken av halvledere, begynte vanskeligheter å oppstå. Derfor foretrekker fysikere og elektronikkeksperter å ikke snakke om retningene til elektrisk strøm, men om bevegelsesretningene til elektroner, eller ladninger. Men elektroteknikk driver fortsatt med gamle definisjoner. Noen ganger forårsaker dette forvirring. Justeringer kan gjøres, men ville det føre til mer ulemper enn eksisterende?
Se også på elektrohomepro.com
: