kategória: Najlepšie články » Zaujímavé fakty
Počet zobrazení: 64405
Komentáre k článku: 4
História paradoxu elektrotechniky
Ak zostavíte elektrický obvod zo zdroja prúdu, zo spotrebiča energie a vodičov, ktoré ich spájajú, zatvorte ho a potom prúdi po tomto obvode elektrický prúd. Je rozumné opýtať sa: „A akým smerom?“ Učebnica o teoretických základoch elektrotechniky dáva odpoveď: „Vo vonkajšom okruhu prúdi prúd z plusu zdroja energie do mínus a vo vnútri zdroja z mínus do plusu“ (1).
Je to tak? Pripomeňme, že elektrický prúd je usporiadaný pohyb elektricky nabitých častíc. V kovových vodičoch sú záporne nabité častice - elektróny. Elektróny vo vonkajšom obvode sa však pohybujú opačným smerom od mínus zdroja k plusu. To sa dá dokázať veľmi jednoducho. Stačí zapojiť do vyššie uvedeného obvodu elektronickú lampu - diódu. Ak je anóda žiarovky kladne nabitá, potom bude prúd v obvode záporný, potom nebude žiadny prúd. Pripomeňme, že opačné poplatky priťahujú a podobne sa poplatky odpudzujú. Preto pozitívna anóda priťahuje negatívne elektróny, ale nie naopak. Dospeli sme k záveru, že za smer elektrického prúdu vo vede elektrotechniky smerujú opačným smerom ako pohyb elektrónov. (2)
Voľba opačného smeru k tomu súčasnému sa nedá nazvať inak paradoxným, ale dôvody tohto rozporu sa dajú vysvetliť, ak sledujeme históriu vývoja elektrotechniky ako vedy.
Spomedzi mnohých teórií, niekedy aj neoficiálnych, ktoré sa snažia vysvetliť elektrické javy, ktoré sa objavili na začiatku vedy o elektrine, sa zaoberáme dvoma hlavnými.
Americký vedec B. Franklin navrhol tzv. Unitárnu teóriu elektriny, podľa ktorej je elektrická hmota druhom beztiažovej kvapaliny, ktorá by mohla uniknúť z niektorých telies a akumulovať sa v iných. Podľa Franklina je elektrická tekutina obsiahnutá vo všetkých telách a elektrifikovaná je iba vtedy, ak je v nich nedostatok alebo prebytok elektrickej kvapaliny. Nedostatok tekutiny znamená negatívnu elektrifikáciu, prebytok znamená pozitívnu. Tak sa objavil koncept pozitívneho a negatívneho náboja. (3) Ak sú kladne nabité telesá spojené so zápornými telesami, elektrická tekutina (tekutina) prechádza z telesa so zvýšeným množstvom kvapaliny do telies so zníženým množstvom. Rovnako ako pri komunikácii plavidiel. S rovnakou hypotézou sa do vedy dostal pojem pohyb elektrických nábojov - elektrický prúd. (4)
Franklinova hypotéza sa ukázala ako veľmi plodná a predpokladala elektronickú teóriu vodivosti. Ukázalo sa však, že nie je ani zďaleka dokonalá. Faktom je, že francúzsky vedec Dufe zistil, že existujú dva druhy elektriny, ktoré sa pri kontakte s každou Franklinovou teóriou vzájomne neutralizovali. (5). Dôvod vzniku novej dualistickej teórie elektriny, ktorý predložil Simmer na základe Dufeho experimentov, bol jednoduchý. V priebehu mnohých desaťročí experimentov s elektrinou prekvapivo nikto nevšimol, že pri trení elektrifikovaných telies sa nabíja nielen trenie, ale aj trenie. Inak by sa Simmerova hypotéza jednoducho neobjavila. Ale skutočnosť, že sa objavila, má svoju vlastnú historickú spravodlivosť. (6)
Dualistická teória verila, že v tele obyčajného stavu existujú dva druhy elektrickej tekutiny v rôznych množstvách, ktoré sa navzájom neutralizujú. Elektrifikácia bola vysvetlená skutočnosťou, že pomer pozitívnej a negatívnej elektriny v tele sa zmenil. Nie je to celkom jasné, ale bolo potrebné nejako vysvetliť skutočné javy.
Obe hypotézy úspešne vysvetlili hlavné elektrostatické javy a dlho si navzájom konkurovali. Historicky dualistická teória predpokladala iónovú teóriu vodivosti plynov a roztokov. (7)
Vynález voltaického stĺpca v roku 1799 a následné zistenie fenoménu elektrolýzy umožnili dospieť k záveru, že počas elektrolýzy tekutín a roztokov v nich sú pozorované dva opačné smery pohybu nábojov - pozitívny a negatívny. Dualistická teória triumfovala, pretože počas rozkladu napríklad vody bolo jasne vidieť, že kyslíkové bubliny sú emitované na kladnú elektródu a vodík sa uvoľňuje na zápornú elektródu. (8). Tu však nebolo všetko hladké. Počas rozkladu vody nebolo množstvo emitovaných plynov rovnaké. Vodík mal dvakrát toľko kyslíka. To bolo bezradné. Ako by mohli mať niektorí súčasní školáci, ktorí vedeli, že v molekule vody sú dva vodíkové atómy (slávny ashdvo), ale chemici s tým ešte neprišli.
Nedá sa povedať, že týmto teóriám rozumeli nielen študenti, ale aj samotní vedci. Revolučný demokrat A.I. Herzen, mimochodom, absolvent Fakulty fyziky a matematiky na Moskovskej univerzite, napísal, že tieto hypotézy nepomáhajú a dokonca „škodia študentom hrozným ublížením tým, že im dávajú slová namiesto konceptov a zabíjajú túto otázku s falošným uspokojením. "Čo je elektrina?" - „Beztiažová tekutina“. Nebolo by lepšie, keby študent odpovedal: „Neviem.“? “ (10). Napriek tomu sa Herzen mýlil. V modernej terminológii elektrický prúd v skutočnosti prúdi z plusu do mínus zdroja a nepohybuje sa žiadnym iným spôsobom, a tým sme vôbec nenarúšaní.
Stovky vedcov z rôznych krajín vykonali tisíce experimentov s voltovým pólom, ale len o dvadsať rokov neskôr dánsky vedec Oersted objavil magnetickú akciu elektrického prúdu. V roku 1820 bola uverejnená jeho správa, v ktorej sa uvádza, že vodič s prúdom ovplyvňuje odčítanie magnetickej ihly. Po mnohých pokusoch dá pravidlo, ktorým môžete určiť smer odchýlky magnetickej ihly od prúdu alebo prúd od smeru magnetickej šípky. „Použijeme vzorec: pól, ktorý vidí zápornú elektrinu vstupujúcu nad seba, sa odchyľuje na východ.“ Pravidlo je také vágne, že moderný gramotný človek nie je schopný zistiť, ako ho používať, ale čo v čase, keď sa tieto pojmy ešte nestanovili.
Preto sa Ampere vo svojej práci predstavenej Parížskou akadémiou vied najprv rozhodol zvoliť jeden z hlavných smerov prúdov ako hlavný a potom vydal pravidlo, podľa ktorého je možné určiť vplyv magnetov na prúdy. Čítame: „Keďže by som musel neustále hovoriť o dvoch opačných smeroch, v ktorých prúdia obe elektriny, potom, za slovami PRIAMER ELEKTRICKÉHO PRÚDU, budem vždy znamenať POZITÍVNÚ elektrinu.“ Preto bolo najprv zavedené všeobecne akceptované pravidlo smeru prúd. V skutočnosti pred objavením elektrónu bolo viac ako sedemdesiat rokov. (11).
V 17. - 19. storočí v Európe sa MONEMONICS rozšíril. alebo umenie zapamätania, to znamená systém rôznych techník, ktoré uľahčujú zapamätanie prostredníctvom vytvárania umelých združení. Napríklad sú známe básne, ktoré si pamätajú počet PI - „Kto si žartuje a čoskoro si bude priať ...“, ktoré sú staršie ako sto rokov. Alebo príslovie o bažantoch a poľovníkoch, ktorí majú pamätať na usporiadanie farieb slnečného spektra. Toto sú mnemotechnické pravidlá.
Rovnaké pravidlo vynašiel Ampère na určenie smeru síl na vodiči s prúdom. Nazývalo sa to „pravidlo plavcov“. Nedávame to, pretože to bolo tiež neúspešné a nekoreňovalo sa. Avšak smer prúdu vo všetkých predpisoch znamenal pohyb kladne nabitých častíc. (12)
Neskôr Maxwell tiež dodržiaval tento kánon, ktorý prišiel s pravidlom „vývrtka“ alebo „zárez“, aby určil smer magnetického poľa cievky. Je to známe každému študentovi. Otázka skutočného smerovania prúdu však zostala otvorená. Tu je to, čo napísal Faraday: „Ak poviem. že súčasný prechod z pozitívneho na negatívny je iba v zhode s tradičným, aj keď do istej miery tichý dohoda medzi vedcami a ich poskytovanie stále a zreteľné prostriedky na označenie smeru síl tohto prúdu". (13. Kurzíva naša. BH)
Po objavení elektromagnetickej indukcie Faradayom (indukovanie prúdu vo vodiči v meniacom sa magnetickom poli) bolo potrebné určiť smer indukovaného prúdu. Toto pravidlo dal vynikajúci ruský fyzik E. Khent Lents. (14). Znie: „Ak sa kovový vodič pohybuje blízko prúdu alebo magnetu, potom v ňom vzniká galvanický prúd. Smer tohto prúdu je taký, že drôt v pokoji by sa z neho pohyboval oproti skutočnému pohybu. ““ (15). To znamená, že pravidlo prišlo k typu „požiadať o radu a urobiť pravý opak“.
Pravidlá známe súčasnému absolventovi školy ako „pravidlo ľavice“ a „pravidlo pravice“ v konečnej podobe boli navrhnuté anglickým fyzikom Flemingom a slúžia na zjednodušenie MEMORÁCIE fyzického fenoménu fyzikom, študentom a školákom, a nie na oklamanie.
Tieto pravidlá sa široko vstupujú do praxe a do učebníc fyziky a po objavení elektrónu by sa muselo veľa zmeniť, a to nielen v učebniciach, ak by sa naznačil skutočný smer prúdu. A tento dohovor trvá viac ako storočie a pol. Spočiatku to nespôsobovalo ťažkosti, ale s vynálezom elektronickej žiarovky (ironicky Fleming vynašiel prvú rádiovú trubicu) a rozšíreným používaním polovodičov sa začali objavovať ťažkosti. Preto fyzici a odborníci na elektroniku radšej nehovoria o smeroch elektrického prúdu, ale o smeroch pohybu elektrónov alebo nábojov. Elektrotechnika však stále funguje podľa starých definícií. Niekedy to spôsobuje zmätok. Mohli by sa vykonať úpravy, ale spôsobilo by to viac nepríjemností ako existujúce?
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: