kategorier: Udvalgte artikler » Interessante fakta
Antal visninger: 64405
Kommentarer til artiklen: 4
Historien om et paradoks inden for elektroteknik
Hvis du komponerer et elektrisk kredsløb fra en strømkilde, en energiforbruger og ledningerne, der forbinder dem, skal du lukke det, så strømmer en elektrisk strøm langs dette kredsløb. Det er rimeligt at spørge: ”Og i hvilken retning?” Lærebogen om de teoretiske fundamenter inden for elektroteknik giver svaret: ”I det eksterne kredsløb flyder strømmen fra plusskilden til energikilden til minus og i kilden indvendig fra minus til plus” (1).
Er det sådan? Husk, at en elektrisk strøm er den ordnede bevægelse af elektrisk ladede partikler. De i metalledere er negativt ladede partikler - elektroner. Men elektronerne i det eksterne kredsløb bevæger sig det modsatte fra minus fra kilden til plus. Dette kan bevises meget enkelt. Det er nok at sætte en elektronisk lampe - en diode i ovennævnte kredsløb. Hvis lampens anode er positivt ladet, vil strømmen i kredsløbet være, hvis negativ, vil der ikke være nogen strøm. Husk, at modsatte afgifter tiltrækker, og at lignende afgifter afvises. Derfor tiltrækker den positive anode negative elektroner, men ikke omvendt. Vi konkluderer, at retningen modsat bevægelsen af elektroner tages som retningen af elektrisk strøm i videnskaben om elektroteknik. (2)
Valget af retning modsat den eksisterende kan ikke kaldes ellers paradoksalt, men grundene til en sådan forskel kan forklares, hvis vi sporer historien om udviklingen af elektroteknik som en videnskab.
Blandt de mange teorier, undertiden endda anekdotiske, der forsøger at forklare de elektriske fænomener, der optrådte ved morgenbrættet af videnskaben om elektricitet, lad os dvele ved to hovedtegn.
Den amerikanske videnskabsmand B. Franklin fremførte den såkaldte enhedsteori om elektricitet, hvorefter elektrisk stof er en slags vægtløs væske, der kunne lække ud af nogle kroppe og ophobes i andre. Ifølge Franklin er en elektrisk væske indeholdt i alle kroppe og elektrificeres kun, når der er mangel på eller overskydende elektrisk væske i dem. Mangel på væske betyder negativ elektrificering, et overskud betyder positivt. Så begrebet positiv og negativ ladning dukkede op. (3) Når positivt ladede legemer er forbundet med negative legemer, passerer en elektrisk væske (væske) fra et legeme med en forøget mængde væske til organer med en reduceret mængde. Som i kommunikationsskibe. Med den samme hypotese indgik begrebet bevægelse af elektriske ladninger - elektrisk strøm - videnskab. (4)
Franklins hypotese viste sig at være meget frugtbar og forventede den elektroniske ledningsteori. Dog viste det sig at være langt fra perfekt. Faktum er, at den franske videnskabsmand Dufe opdagede, at der er to typer elektricitet, som adlyder hver enkelt Franklin-teori, neutraliserede hinanden ved kontakt. (5). Årsagen til, at Simmer fremførte en ny dualistisk teori om elektricitet på grundlag af Dufe's eksperimenter, var enkel. Overraskende, men over mange årtier med eksperimenter med elektricitet, bemærkede ingen, at når der gnides elektrificerede kroppe, lades ikke kun gnidningen, men også gnidningslegemet. Ellers ville simmerhypotesen simpelthen ikke have vist sig. Men det, at hun optrådte, har sin egen historiske retfærdighed. (6)
Den dualistiske teori mente, at der i organerne i den almindelige tilstand er to slags elektrisk væske i forskellige mængder, der neutraliserer hinanden. Elektrificering blev forklaret ved, at forholdet mellem positiv og negativ elektricitet i organerne ændrede sig. Det er ikke meget klart, men det var nødvendigt på en eller anden måde at forklare de virkelige fænomener.
Begge hypoteser forklarede med succes de vigtigste elektrostatiske fænomener og konkurrerede i lang tid med hinanden. Den historisk dualistiske teori forudså den ioniske teori om konduktiviteten af gasser og opløsninger. (7)
Opfindelsen af den voltaiske søjle i 1799 og den efterfølgende opdagelse af fænomenet elektrolyse gjorde det muligt at konkludere, at under elektrolyse af væsker og opløsninger to modsatte retninger for ladningens bevægelse ses i dem - positive og negative. Den dualistiske teori sejrede, da man under nedbrydningen af for eksempel vand tydeligt kunne se, at der udsendes oxygenbobler på den positive elektrode, og der frigøres hydrogen på den negative elektrode. (8). Imidlertid var ikke alt glat her. Under nedbrydning af vand var mængden af udsendte gasser ikke den samme. Brint havde dobbelt så meget ilt. Dette forvirrede. Hvordan kunne nogen nuværende skoledreng vide, at iltatomet i et vandmolekyle har to hydrogenatomer (den berømte ashdvoo), men kemikere har ikke fundet ud af dette endnu.
Det kan ikke siges, at disse teorier ikke kun blev forstået af studerende, men også af forskerne selv. Revolutionær demokrat A.I. Herzen skrev forresten, en kandidat fra det fysiske og matematiske fakultet ved Moskva Universitet, at disse hypoteser ikke hjælper, og endda "gør forfærdelige onde for studerende ved at give dem ord i stedet for begreber og dræbe spørgsmålet med falsk tilfredshed. “Hvad er elektricitet?” - "Vægtløs væske". Ville det ikke være bedre, hvis eleven svarede: ”Jeg ved det ikke.”? ” (10). Stadig var Herzen forkert. Faktisk flyder den elektriske strøm i moderne terminologi fra plus til minus fra kilden og bevæger sig ikke på nogen anden måde, og vi er slet ikke oprørt over dette.
Hundreder af forskere fra forskellige lande udførte tusinder af eksperimenter med en voltpol, men kun tyve år senere opdagede den danske videnskabsmand Oersted magnetisk virkning af en elektrisk strøm. I 1820 blev hans meddelelse offentliggjort om, at en leder med strøm påvirker målingerne af en magnetisk nål. Efter adskillige eksperimenter giver han en regel, hvormed du kan bestemme magnetnålens afvigelsesretning fra strømmen eller strømmen fra magnetpilenes retning. "Vi vil bruge formlen: polen, der ser negativ elektricitet komme over sig selv, afviger mod øst." Reglen er så vag, at en moderne læst person ikke umiddelbart finder ud af, hvordan man bruger den, men hvad med det tidspunkt, hvor begreberne endnu ikke er etableret.
Derfor beslutter Ampere i sit arbejde præsenteret af Paris Academy of Sciences først at tage en af retningerne for strømme som den vigtigste, og giver derefter en regel, hvormed man kan bestemme magnets virkning på strømme. Vi læser: ”Da jeg konstant skulle tale om to modsatte retninger, i hvilke begge elektricitet flyder, for at undgå unødvendige gentagelser, efter ordene RETNING AF ELEKTRISK STRØM, vil jeg altid betyde POSITIV elektricitet” Så den almindeligt accepterede retning blev indført for første gang strøm. Inden opdagelsen af elektronet var faktisk mere end halvfjerds år. (11).
I de 17-19 århundreder i Europa blev MONEMONICS udbredt. eller kunsten til memorering, det vil sige et system med forskellige teknikker, der letter memorering gennem dannelse af kunstige foreninger. For eksempel er digte kendt for at huske antallet af PI'er - "Hvem spøger og vil snart ønske ...", som er mere end hundrede år gamle. Eller et ordsprog om fasaner og jægere til at huske arrangementet af farverne i solspektret .. Dette er mnemoniske regler.
Den samme regel blev opfundet af Ampère for at bestemme styrkeretningen på en leder med strøm. Det blev kaldt "svømmereglen." Vi giver det ikke, fordi det også var mislykket og slog ikke rod. Men strømens retning i alle regler indebar bevægelse af positivt ladede partikler. (12)
Senere fulgte Maxwell også fast ved denne kanon, der kom med reglen om ”korketrækker” eller ”gimlet” for at bestemme retningen på spolens magnetfelt. Det er velkendt for enhver studerende. Spørgsmålet om strømens rigtige retning forblev imidlertid åben. Her er hvad Faraday skrev: “Hvis jeg siger. at strømmen går fra et positivt sted til et negativt er kun i overensstemmelse med det traditionelle, skønt til en vis grad tavs aftale mellem videnskabsmænd og levering af dem konstant klare og bestemte midler til at indikere retningen på kræfterne i denne strøm". (13. Kursiv vores. BH)
Efter opdagelsen af Faraday elektromagnetisk induktion (induktion af en strøm i en leder i et skiftende magnetfelt) blev det nødvendigt at bestemme retningen af den inducerede strøm. Denne regel blev givet af den fremragende russiske fysiker E.Kh. Lents. (14). Den lyder: ”Hvis en metalleder bevæger sig i nærheden af en strøm eller en magnet, opstår der en galvanisk strøm i den. Retningen på denne strøm er sådan, at ledningen i hvile vil bevæge sig fra den, modsat den faktiske bevægelse. " (15). Det vil sige, at reglen kom til typen "bede om råd og gør det modsatte."
De regler, som den nuværende skolekandidat kendte som ”reglen om venstre hånd” og “reglen om højre hånd” i den endelige form blev foreslået af den engelske fysiker Fleming, og de tjener til at forenkle mindesmærket om det fysiske fænomen til fysikere, studerende og skolebørn og ikke til at narre dem.
Disse regler er bredt indgået i fysikens praksis og lærebøger, og efter opdagelsen af elektronet ville meget skulle ændres, og ikke kun i lærebøger, hvis strømens sande retning blev indikeret. Og denne konvention lever videre i mere end et halvt århundrede. Først medførte det ikke vanskeligheder, men med opfindelsen af den elektroniske lampe (ironisk nok opfandt Fleming det første radiorør) og den udbredte anvendelse af halvledere begyndte der at opstå vanskeligheder. Derfor foretrækker fysikere og elektronikeksperter ikke at tale om elektrisk strømretning, men om bevægelsesretningen for elektroner eller ladninger. Men elektroteknik fungerer stadig på gamle definitioner. Nogle gange forårsager dette forvirring. Justeringer kunne foretages, men ville det medføre mere besvær end eksisterende?
Se også på elektrohomepro.com
: