Kur teka elektra?

Elektros srovė atsiranda elektros grandinėje, apimančioje srovės šaltinį ir elektros vartotoją. Bet kuria kryptimi atsiranda ši srovė? Tradiciškai manoma, kad išorinėje grandinėje srovė turi kryptį nuo šaltinio pliuso iki minuso, o maitinimo šaltinio viduje - nuo minuso iki pliuso.

Iš tiesų, elektros srovė yra nurodytas elektra įkrautų dalelių judėjimas. Jei laidininkas pagamintas iš metalo, tai šios dalelės yra elektronai - neigiamai įkrautos dalelės. Tačiau išorinėje grandinėje elektronai juda tiksliai nuo minuso (neigiamas polius) iki pliuso (teigiamas polius), o ne nuo pliuso iki minuso.

Jei įtrauktas į išorinę grandinę puslaidininkinis diodas, paaiškės, kad srovė įmanoma tik tada, kai katodas diodą sujungia minuso kryptimi. Iš to išplaukia, kad kryptis, priešinga faktiniam elektronų judėjimui, laikoma elektros srovės kryptimi grandinėje.

Jei atsekime elektrotechnikos, kaip savarankiško mokslo, formavimosi istoriją, galime suprasti, iš kur atsirado toks paradoksalus požiūris.

Amerikiečių tyrinėtojas Benjaminas Franklinas savo laiku pateikė vieningą (vieningą) elektros energijos teoriją. Pagal šią teoriją elektrinė medžiaga yra nesvarus skystis, kuris gali ištekėti iš kai kurių kūnų, o kauptis kituose.

Anot Franklino, visuose kūnuose yra elektrinis skystis, tačiau kūnai elektrifikuojami tik tada, kai juose yra perteklius arba trūksta elektrinio skysčio (elektrinio skysčio). Elektrinio skysčio trūkumas (pasak Franklino) reiškė neigiamą elektrifikaciją, o perteklius - teigiamą.

Tai buvo pozityviojo ir neigiamojo krūvio sąvokų pradžia. Teigiamai įkrautų kūnų prijungimo prie neigiamai įkrautų kūnų metu elektrinis skystis teka iš kūno, kuriame yra daug elektros skysčio, į kūnus, kuriuose jo yra mažiau. Tai panašu į laivų susisiekimo sistemą. Į mokslą įsitvirtino stabili elektros srovės samprata, elektros krūvių judėjimas.

Ši Franklino hipotezė buvo ankstesnė už elektroninę laidumo teoriją, tačiau ji pasirodė toli gražu ne tobula. Prancūzų fizikas Charlesas Dufe'as atrado, kad iš tikrųjų yra dviejų rūšių elektros energija, kuri atskirai paklūsta Franklino teorijai, tačiau yra sąlyčio metu neutralizuota. Atsirado nauja dualistinė (dviguba) elektros energijos teorija, kurią pasiūlė gamtos mokslininkas Robertas Simmeris, remdamasis Charleso Dufe'o eksperimentais.

Kai trinamas, norint elektrifikuoti kūnus, jis ne tik įtrinamas, bet ir įtrinamas. Dualistinė teorija teigė, kad įprastoje būsenoje kūneliuose yra dviejų rūšių elektriniai skysčiai ir skirtingu kiekiu, kurie neutralizuoja vienas kitą. Elektrifikacija buvo paaiškinta neigiamos ir teigiamos elektros santykio pasikeitimu elektrifikuotuose kūnuose.

Tiek Franklino, tiek Simmerio hipotezė sėkmingai paaiškino elektrostatinius reiškinius ir netgi konkuravo tarpusavyje.

Išrastas 1799 voltų polius ir atradimas elektrolizės reiškiniai padarė išvadą, kad tirpalų ir juose esančių skysčių elektrolizės metu krūvių judėjimo kryptimi yra du priešingi krūviai - neigiami ir teigiami. Tai buvo dualistinės teorijos triumfas, nes kai vanduo skilo, dabar buvo galima stebėti, kaip deguonies burbuliukai išsiskiria ant teigiamo elektrodo, o vandenilis - ant neigiamo elektrodo.

Tačiau ne viskas čia vyko sklandžiai. Išsiskyrusių dujų kiekis pasirodė skirtingas. Vandenilio išsiskyrė dvigubai daugiau nei deguonies.Tai sujaukė fizikus. Tada chemikai net neįtarė, kad vandens molekulėje yra du vandenilio atomai ir tik vienas deguonies atomas.

Šios teorijos buvo suprantamos ne visiems.

Tačiau 1820 m. Andre-Marie Ampère Paryžiaus mokslų akademijos nariams pateiktame dokumente pirmiausia nusprendžia pasirinkti vieną iš srovių krypčių kaip pagrindinę, tačiau tada pateikia taisyklę, pagal kurią galima tiksliai nustatyti magnetų poveikį elektros srovėms.

Siekdamas visą laiką nekalbėti apie dvi priešingas abiejų elektros srovių sroves, kad būtų išvengta nereikalingų pasikartojimų, „Ampere“ nusprendė griežtai teigiamos elektros energijos judėjimo kryptį laikyti elektros srovės kryptimi. Taigi pirmą kartą „Ampere“ iki šiol buvo įvesta visuotinai priimta elektros srovės krypties taisyklė.

Vėliau pats Maxwellas laikėsi šios pozicijos, išradęs „pakabos“ taisyklę, nustatančią ritės magnetinio lauko kryptį. Tačiau klausimas apie tikrąją elektros srovės kryptį liko atviras. Faradėjus rašė, kad ši padėtis yra tik sąlyginė, mokslininkams patogi ir padeda jiems aiškiai nustatyti srovių kryptį. Bet tai tik patogus įrankis.

Faradejui atradus elektromagnetinę indukciją, reikėjo nustatyti indukuotos srovės kryptį. Rusijos fizikas Lenzas davė taisyklę: jei metalo laidininkas juda šalia srovės ar magneto, tada joje atsiranda galvaninė srovė. Ir kylančios srovės kryptis yra tokia, kad fiksuotas laidas nuo jo veikimo pradėtų judėti priešingai pradiniam poslinkiui. Paprasta, lengvai suprantama taisyklė.

Net atradus elektroną, ši konvencija egzistavo daugiau nei pusantro šimtmečio. Išradus tokį įtaisą kaip elektroninę lempą, plačiai įdiegus puslaidininkius, pradėjo kilti sunkumų. Tačiau elektrotechnika, kaip ir anksčiau, veikia pagal senus apibrėžimus. Kartais tai sukelia tikrą sumaištį. Tačiau atlikę pakeitimus sukelsite daugiau nepatogumų.

Taip pat skaitykite:Laidai ir vamzdynai: analogijos ir skirtumai