أين تتدفق الكهرباء؟

ينشأ التيار الكهربائي في دائرة كهربائية بما في ذلك مصدر التيار ومستهلك للكهرباء. لكن في أي اتجاه يحدث هذا التيار؟ من المعتاد أن يكون للتيار في الدائرة الخارجية اتجاه من زائد المصدر إلى ناقص ، بينما داخل مصدر الطاقة يكون من ناقص إلى زائد.

في الواقع ، التيار الكهربائي هو الحركة المطلوبة للجزيئات المشحونة كهربائيًا. إذا كان الموصل مصنوعًا من المعدن ، فهذه الجزيئات هي إلكترونات - جسيمات سالبة الشحنة. ومع ذلك ، في الدائرة الخارجية ، تتحرك الإلكترونات بدقة من السالب (القطب السالب) إلى الإضافة (القطب الموجب) ، وليس من الإضافة إلى السالب.

إذا تم تضمينه في دائرة خارجية ديود أشباه الموصلات، يصبح من الواضح أن التيار لا يمكن تحقيقه إلا عند توصيل الصمام الثنائي بالكاثود في اتجاه الطرح. ويترتب على ذلك أن الاتجاه المعاكس للحركة الفعلية للإلكترونات يتم اعتباره اتجاه التيار الكهربائي في الدائرة.

إذا تتبعنا تاريخ تكوين الهندسة الكهربائية كعلم مستقل ، يمكننا أن نفهم من أين جاء هذا النهج المتناقض.

طرح الباحث الأمريكي بنيامين فرانكلين في عصره نظرية موحدة (موحدة) للكهرباء. وفقًا لهذه النظرية ، فإن المادة الكهربائية هي سائل عديم الوزن يمكن أن يتدفق من بعض الأجسام ، بينما يتراكم في أجزاء أخرى.

وفقًا لفرانكلين ، يوجد سائل كهربائي في جميع الهيئات ، ولكن لا تُكهرب الأجسام إلا عند وجود فائض أو نقص في السوائل الكهربائية (السائل الكهربائي) فيها. قلة السوائل الكهربائية (حسب فرانكلين) تعني كهربة سلبية ، والإفراط - الإيجابي.

كانت هذه بداية مفاهيم الشحنات الموجبة والسالبة. في لحظة اتصال الأجسام المشحونة إيجابياً بالأجسام المشحونة سالبًا ، يتدفق السائل الكهربائي من الجسم الذي يحتوي على كمية كبيرة من السوائل الكهربائية إلى الهيئات ذات الكمية المخفضة منه. هذا يشبه نظام السفن التواصل. مفهوم ثابت للتيار الكهربائي ، حركة الشحنات الكهربائية ، دخل في العلوم.

هذه الفرضية فرانكلين سبقت نظرية التوصيل الإلكترونية ، ولكن اتضح أنها بعيدة عن الكمال. اكتشف الفيزيائي الفرنسي شارل دوف أنه في الواقع هناك نوعان من الكهرباء ، يطيعان بشكل فردي نظرية فرانكلين ، لكن يتم تحييدهما بشكل متبادل عند الاتصال. ظهرت نظرية ثنائية جديدة (ثنائية) للكهرباء ، وضعها عالم الطبيعة روبرت سيمر على أساس تجارب تشارلز دوف.

عند فرك ، من أجل كهربائيا الهيئات المكهربة ، وليس فقط الجسم يفرك ، ولكن أيضا يفرك واحد يصبح تهمة. ادعت النظرية الثنائية أن الأجسام في الحالة العادية تحتوي على نوعين من السوائل الكهربائية وبكميات مختلفة تعمل على تحييد بعضها البعض. تم تفسير كهربة التغير في نسبة الكهرباء السلبية والإيجابية في الأجسام المكهربة.

فسر كل من فرضية فرانكلين وافتراض سيمر الظواهر الإلكتروستاتيكية بنجاح وتنافسا حتى مع بعضهما البعض.

اخترع في عام 1799 بواسطة القطب فولت والاكتشاف ظواهر التحليل الكهربائي أدى إلى استنتاج أنه خلال التحليل الكهربائي للمحاليل والسوائل فيها توجد شحنتين متعارضتين في اتجاه حركة الشحنات - سلبية وإيجابية. كان هذا هو انتصار النظرية الثنائية ، لأنه عندما تحلل الماء ، أصبح من الممكن الآن ملاحظة كيف تم إطلاق فقاعات الأكسجين على القطب الموجب ، بينما تم إطلاق الهيدروجين على القطب السالب.

ولكن ليس كل شيء كان سلسا هنا. تحولت كمية الغازات المنبعثة مختلفة. أطلق الهيدروجين ضعف كمية الأكسجين.هذا علماء الفيزياء حيرة. ثم لم يكن لدى الكيميائيين أي فكرة أنه يوجد في جزيء الماء ذرتان من الهيدروجين وذرة أكسجين واحدة فقط.

هذه النظريات لم تكن مفهومة من قبل الجميع.

لكن في عام 1820 ، قرر Andre-Marie Ampère ، في ورقة مقدمة إلى أعضاء أكاديمية باريس للعلوم ، أولاً اختيار أحد اتجاهات التيارات باعتبارها الاتجاه الرئيسي ، ولكن بعد ذلك يعطي قاعدة يمكن من خلالها تحديد تأثير المغناطيسات بدقة على التيارات الكهربائية.

من أجل عدم التحدث طوال الوقت عن اثنين من التيارات المعاكسة لكلا التيارين الكهربائية ، من أجل تجنب التكرار غير الضروري ، قرر Ampere أن يأخذ بحزم اتجاه حركة الكهرباء الإيجابية كاتجاه للتيار الكهربائي. لذلك ، ولأول مرة بواسطة Ampere ، تم تقديم القاعدة المقبولة عمومًا لاتجاه التيار الكهربائي حتى الآن.

في وقت لاحق ، تمسك ماكسويل نفسه بهذا الموقف ، بعد أن اخترع قاعدة "gimlet" التي تحدد اتجاه المجال المغناطيسي للملف. لكن مسألة الاتجاه الحقيقي للتيار الكهربائي ظلت مفتوحة. كتب فاراداي أن هذا الوضع مشروط فقط ، إنه مناسب للعلماء ، ويساعدهم على تحديد اتجاه التيارات بوضوح. ولكن هذه ليست سوى أداة مريحة.

بعد اكتشاف فاراداي الحث الكهرومغناطيسي ، أصبح من الضروري تحديد اتجاه التيار المستحث. أعطى الفيزيائي الروسي لينز قاعدة: إذا تحرك موصل معدني بالقرب من التيار أو المغناطيس ، فحينها ينشأ تيار كلفاني. واتجاه التيار الناشئ هو أن السلك الثابت سيأتي من حركته إلى حركة معاكسة للنزوح الأولي. بسيطة وسهلة لفهم القاعدة.

حتى بعد اكتشاف الإلكترون ، هذه الاتفاقية موجودة منذ أكثر من قرن ونصف. مع اختراع جهاز مثل المصباح الإلكتروني ، مع إدخال أشباه الموصلات على نطاق واسع ، بدأت الصعوبات في الظهور. لكن الهندسة الكهربائية ، كما كان من قبل ، تعمل وفق التعاريف القديمة. في بعض الأحيان هذا يسبب الارتباك الحقيقي. ولكن إجراء التعديلات سوف يسبب المزيد من الإزعاج.

اقرأ أيضا:الأسلاك والأنابيب: القياس والاختلاف

Comments

[#1 سيرجي]

مقالة مفيدة جدا والفيلم جيد. ابني الصغير فضولي للغاية من حيث الفيزياء والإلكترونيات ، والآن جاء وطرح مثل هذا السؤال. لكن ماذا أفهم هذا قليلاً ، لكن كيف أشرح كل ذلك لطفل في الثالثة عشرة من العمر ... لفترة طويلة حاولت الضغط على شيء مفهوم ، لكن ابني كان ينظر إليه من خلال عينيه. ثم دخلت شبكة عالمية على أمل أن يساعدها المحترفون. وهنا مثل هذا المقال جيد. شكرا لك ، جنبا إلى جنب مع ابني احسب ما هو ما.