Lịch sử của một nghịch lý của kỹ thuật điện

Nếu bạn soạn một mạch điện từ một nguồn hiện tại, một người tiêu dùng năng lượng và các dây kết nối chúng, đóng nó lại, thì một dòng điện sẽ chạy dọc theo mạch này. Có hợp lý không khi hỏi: Ăn và theo hướng nào? Sách giáo khoa về các nền tảng lý thuyết của kỹ thuật điện đưa ra câu trả lời: Từ trong mạch ngoài, dòng điện chạy từ điểm cộng của nguồn năng lượng đến điểm trừ và bên trong nguồn từ điểm trừ đến điểm cộng (1).

Có phải vậy không? Hãy nhớ lại rằng một dòng điện là sự chuyển động có trật tự của các hạt tích điện. Những chất trong dây dẫn kim loại là các hạt tích điện âm - electron. Nhưng các electron trong mạch ngoài di chuyển ngược lại từ điểm trừ của nguồn sang điểm cộng. Điều này có thể được chứng minh rất đơn giản. Nó là đủ để đặt một đèn điện tử - một diode trong mạch trên. Nếu cực dương của đèn được tích điện dương, thì dòng điện trong mạch sẽ, nếu âm, thì sẽ không có dòng điện. Nhớ lại rằng các khoản phí ngược lại thu hút, và giống như các khoản phí đẩy lùi. Do đó, cực dương dương thu hút các electron âm, nhưng không phải ngược lại. Chúng tôi kết luận rằng hướng ngược lại với chuyển động của các điện tử được coi là hướng của dòng điện trong khoa học kỹ thuật điện. (2)

Sự lựa chọn hướng ngược lại với hướng hiện tại không thể được gọi là nghịch lý, nhưng lý do cho sự khác biệt đó có thể được giải thích nếu chúng ta theo dõi lịch sử phát triển của kỹ thuật điện như một khoa học.

Trong số rất nhiều lý thuyết, đôi khi thậm chí là giai thoại, cố gắng giải thích các hiện tượng điện xuất hiện vào buổi bình minh của khoa học điện, chúng ta hãy nghiên cứu hai vấn đề chính.

Nhà khoa học người Mỹ B. Franklin đã đưa ra cái gọi là lý thuyết điện đơn nhất, theo đó vật chất điện là một loại chất lỏng không trọng lượng có thể rò rỉ ra khỏi một số cơ thể và tích tụ ở những người khác. Theo Franklin, một chất lỏng điện được chứa trong tất cả các cơ thể và chỉ bị nhiễm điện khi thiếu hoặc thừa chất lỏng điện trong chúng. Thiếu chất lỏng có nghĩa là điện khí hóa âm, dư thừa có nghĩa là tích cực. Vì vậy, khái niệm về điện tích dương và âm xuất hiện. (3) Khi các vật thể tích điện dương được kết nối với các vật thể âm, một chất lỏng điện (chất lỏng) truyền từ cơ thể với một lượng chất lỏng tăng lên các cơ thể với lượng giảm. Như trong các tàu giao tiếp. Với cùng một giả thuyết, khái niệm về sự chuyển động của điện tích - dòng điện - được đưa vào khoa học. (4)

Giả thuyết của Franklin đã được chứng minh là rất hiệu quả và dự đoán lý thuyết dẫn điện tử. Tuy nhiên, hóa ra nó không hoàn hảo. Thực tế là nhà khoa học người Pháp Dufe đã phát hiện ra rằng có hai loại điện, trong đó, tuân theo từng lý thuyết Franklin riêng lẻ, đã vô hiệu hóa lẫn nhau khi tiếp xúc. (5). Lý do cho sự xuất hiện của một lý thuyết nhị nguyên mới về điện, được đưa ra bởi Simmer trên cơ sở các thí nghiệm của Dufe, rất đơn giản. Đáng ngạc nhiên, trong suốt nhiều thập kỷ thử nghiệm với điện, không ai nhận thấy rằng khi cọ xát cơ thể bị nhiễm điện, không chỉ bị cọ xát, mà cả cơ thể cọ xát cũng bị tích điện. Nếu không, giả thuyết Simmer đơn giản là không xuất hiện. Nhưng thực tế là cô ấy xuất hiện có công lý lịch sử của riêng mình. (6)

Lý thuyết nhị nguyên tin rằng trong các cơ thể của trạng thái bình thường, có hai loại chất lỏng điện với số lượng KHÁC BIỆT trung hòa lẫn nhau. Điện khí hóa được giải thích bởi thực tế là tỷ lệ điện dương và âm trong cơ thể đã thay đổi. Nó không rõ ràng lắm, nhưng cần phải giải thích bằng cách nào đó các hiện tượng trong đời thực.

Cả hai giả thuyết đã giải thích thành công các hiện tượng tĩnh điện chính và trong một thời gian dài cạnh tranh với nhau. Lý thuyết nhị nguyên trong lịch sử đã tiên liệu lý thuyết ion về độ dẫn của khí và dung dịch. (7)

Việc phát minh ra cột volta vào năm 1799 và phát hiện tiếp theo về hiện tượng điện phân đã có thể kết luận rằng trong quá trình điện phân chất lỏng và dung dịch hai hướng ngược lại của sự chuyển động của điện tích được quan sát thấy ở chúng - tích cực và tiêu cực. Lý thuyết nhị nguyên đã chiến thắng, vì trong quá trình phân hủy, ví dụ như nước, người ta có thể thấy rõ rằng các bong bóng oxy được phát ra trên điện cực dương và hydro được giải phóng trên điện cực âm. (8). Tuy nhiên, không phải mọi thứ đều suôn sẻ ở đây. Trong quá trình phân hủy nước, lượng khí thải không giống nhau. Hydrogen có lượng oxy gấp đôi. Điều này gây trở ngại. Làm thế nào mà bất kỳ học sinh hiện tại nào, những người biết rằng có hai nguyên tử hydro trong phân tử nước trong phân tử nước (ashdvo nổi tiếng), nhưng các nhà hóa học trú ẩn đã nghĩ ra điều này.

Không thể nói rằng những lý thuyết này được hiểu không chỉ bởi các sinh viên, mà còn bởi chính các nhà khoa học. Dân chủ cách mạng A.I. Nhân tiện, Herzen, tốt nghiệp Khoa Vật lý và Toán học của Đại học Moscow, đã viết rằng những giả thuyết này không giúp ích gì, và thậm chí, Gây hại cho sinh viên bằng cách cho họ những từ thay vì khái niệm, giết chết câu hỏi với sự hài lòng sai lầm. Điện là gì? - Thanh trọng lượng không trọng lượng. Sẽ không tốt hơn nếu học sinh trả lời: Tôi không biết. (10). Tuy nhiên, Herzen đã sai. Thật vậy, theo thuật ngữ hiện đại, dòng điện chạy từ điểm cộng đến điểm trừ của nguồn, và không di chuyển theo bất kỳ cách nào khác, và chúng tôi hoàn toàn không buồn vì điều này.

Hàng trăm nhà khoa học từ các quốc gia khác nhau đã thực hiện hàng ngàn thí nghiệm với cực volt, nhưng chỉ hai mươi năm sau, nhà khoa học người Đan Mạch Oersted đã phát hiện ra tác động từ tính của một dòng điện. Năm 1820, thông điệp của ông được công bố nói rằng một dây dẫn có dòng điện ảnh hưởng đến số đọc của kim từ tính. Sau nhiều thử nghiệm, anh ta đưa ra một quy tắc mà theo đó bạn có thể xác định hướng lệch của kim từ tính so với dòng điện hoặc dòng điện từ hướng của mũi tên từ tính. "Chúng tôi sẽ sử dụng công thức: cực, nhìn thấy dòng điện âm đi vào chính nó, lệch về phía đông." Quy tắc này rất mơ hồ đến nỗi một người biết chữ hiện đại không ngay lập tức tìm ra cách sử dụng nó, nhưng thời điểm mà các khái niệm chưa được thiết lập.

Do đó, Ampere, trong công trình của mình do Viện hàn lâm Khoa học Paris trình bày, trước tiên quyết định lấy một trong những hướng của dòng điện làm chính, sau đó đưa ra một quy tắc mà người ta có thể xác định ảnh hưởng của nam châm đối với dòng điện. Chúng tôi đọc: Từ vì tôi sẽ phải liên tục nói về hai hướng ngược nhau trong đó cả hai dòng điện, sau đó, để tránh sự lặp lại không cần thiết, sau những từ HƯỚNG DẪN HIỆN TẠI ĐIỆN, tôi sẽ luôn có nghĩa là quy tắc định hướng được chấp nhận lần đầu tiên hiện tại Thật vậy, trước khi phát hiện ra electron là hơn bảy mươi năm. (11).

Trong thế kỷ 17-19 ở châu Âu, MONEMONICS trở nên phổ biến. hoặc nghệ thuật ghi nhớ, nghĩa là một hệ thống các kỹ thuật khác nhau tạo điều kiện cho việc ghi nhớ thông qua việc hình thành các hiệp hội nhân tạo. Ví dụ, những bài thơ được biết là ghi nhớ số PI - "Ai đang đùa và sẽ sớm ước ...", đã hơn một trăm năm tuổi. Hoặc một câu nói về chim trĩ và thợ săn để nhớ sự sắp xếp màu sắc của quang phổ mặt trời .. Đây là những quy tắc ghi nhớ.

Quy tắc tương tự được phát minh bởi Ampère để xác định hướng của lực trên một dây dẫn có dòng điện. Nó được gọi là "quy tắc bơi." Chúng tôi không cung cấp cho nó, bởi vì nó cũng không thành công và không root. Nhưng hướng của dòng điện trong tất cả các quy tắc ngụ ý sự chuyển động của các hạt tích điện dương. (12)

Sau đó, Maxwell cũng tuân thủ quy tắc này, người đã đưa ra quy tắc của corkscrew, hay gimlet, để xác định hướng của từ trường của cuộn dây. Nó quen thuộc với mọi sinh viên. Tuy nhiên, câu hỏi về hướng hiện tại thực sự vẫn còn mở. Đây là những gì Faraday đã viết: Nếu tôi nói. rằng hiện tại đi từ một nơi tích cực đến một tiêu cực chỉ phù hợp với truyền thống, mặc dù ở một mức độ nào đó im lặng thỏa thuận giữa các nhà khoa học và cung cấp cho họ phương tiện rõ ràng và xác định không đổi để chỉ ra hướng của các lực của dòng điện này". (13. Chữ nghiêng của chúng tôi. BH)

Sau khi Faraday phát hiện ra cảm ứng điện từ (tạo ra dòng điện trong một dây dẫn trong từ trường thay đổi), việc xác định hướng của dòng điện cảm ứng trở nên cần thiết. Quy tắc này được đưa ra bởi nhà vật lý xuất sắc người Nga E.Kh. (14). Nó viết: Kiếm Nếu một dây dẫn kim loại di chuyển gần một dòng điện hoặc một nam châm, thì một dòng điện phát sinh trong nó. Hướng của dòng điện này là dây ở trạng thái nghỉ sẽ di chuyển từ nó, ngược lại với chuyển động thực tế. " (15). Đó là, quy tắc được đưa ra cho loại người yêu cầu lời khuyên và làm ngược lại.

Các quy tắc được biết đến với người tốt nghiệp trường hiện tại là quy tắc của tay trái, và quy tắc của tay phải, ở dạng cuối cùng được đề xuất bởi nhà vật lý người Anh Fleming và họ phục vụ cho SIMPLIFY ký ức về hiện tượng vật lý cho các nhà vật lý, học sinh và học sinh, và không lừa họ.

Các quy tắc này được đưa vào thực tiễn và sách giáo khoa vật lý, và sau khi phát hiện ra điện tử sẽ phải thay đổi rất nhiều, và không chỉ trong sách giáo khoa, nếu hướng chính xác của dòng điện được chỉ ra. Và quy ước này tồn tại hơn một thế kỷ rưỡi. Lúc đầu, nó không gây khó khăn, nhưng với việc phát minh ra đèn điện tử (trớ trêu thay, Fleming đã phát minh ra ống radio đầu tiên) và việc sử dụng rộng rãi các chất bán dẫn, khó khăn bắt đầu nảy sinh. Do đó, các nhà vật lý và chuyên gia điện tử không muốn nói về hướng của dòng điện, mà là về hướng chuyển động của điện tử, hoặc điện tích. Nhưng kỹ thuật điện vẫn hoạt động trên các định nghĩa cũ. Đôi khi điều này gây ra sự nhầm lẫn. Điều chỉnh có thể được thực hiện, nhưng nó sẽ gây ra nhiều bất tiện hơn so với điều chỉnh hiện tại?

Comments

[#1]

Và tại sao không giới thiệu một giá trị mới, ví dụ, Chính xác hiện tại và cố gắng từ bỏ giá trị cũ bằng cách viết lại tất cả các luật theo giá trị mới. Và sau khi chuyển đổi hoàn toàn sang một giá trị mới, thay thế nó bằng tên cũ.

[#2]

Có thể là các hướng hiện tại luôn luôn là hai và chúng đối diện nhau, nhưng không phải trong mọi trường hợp điều này là cố định.

[#3 Ivan]

Bài viết tuyệt vời! Mâu thuẫn, cuối cùng, phải được loại bỏ, tôi hoàn toàn chắc chắn về điều này. Đặc biệt thời điểm này xuất hiện khi bạn bắt đầu xem xét chuyển đổi đường dài! Cuộc vui bắt đầu ...

[#4 tha thứ]

Có quy tắc, có thỏa thuận, v.v. Bạn không cần phải thay đổi bất cứ điều gì, mọi người đã quen với các thỏa thuận hiện có ....