Categories: Articles destacats » Fets interessants
Nombre de visualitzacions: 64405
Comentaris sobre l'article: 4
La història d’una paradoxa de l’enginyeria elèctrica
Si composeu un circuit elèctric a partir d’una font de corrent, un consumidor d’energia i els cables que els connecten, tanqueu-lo, llavors circularà un corrent elèctric al llarg d’aquest circuit. És raonable preguntar-nos: "I en quina direcció?" El llibre de text sobre els fonaments teòrics de l’enginyeria elèctrica dóna la resposta: “Al circuit extern, el corrent flueix del plus de la font d’energia a menys, i a l’interior de la font de menys a més” (1).
És així? Recordem que un corrent elèctric és el moviment ordenat de les partícules carregades elèctricament. Els conductors metàl·lics són partícules carregades negativament, electrons. Però els electrons del circuit extern es mouen exactament el contrari del que menys la font a la plus. Això es pot demostrar molt senzillament. N’hi ha prou de posar una làmpada electrònica: un díode al circuit anterior. Si l’ànode de la làmpada es carrega positivament, el corrent al circuit serà, si és negatiu, no hi haurà corrent. Recordeu que les càrregues oposades atrauen i, com ara, les càrregues repel·len. Per tant, l’ànode positiu atrau electrons negatius, però no a l’inrevés. Arribem a la conclusió que la direcció contrària al moviment dels electrons es pren com la direcció del corrent elèctric en la ciència de l'enginyeria elèctrica. (2)
L'elecció de la direcció contrària a l'existent no pot ser anomenada d'una altra manera paradoxal, però les raons d'aquesta discrepància es poden explicar si tracem la història del desenvolupament de l'enginyeria elèctrica com a ciència.
Entre les moltes teories, de vegades fins i tot anecdòtiques, intentant explicar els fenòmens elèctrics apareguts a l’alba de la ciència de l’electricitat, hi haguem dos principals.
El científic nord-americà B. Franklin va plantejar l'anomenada teoria unitària de l'electricitat, segons la qual la matèria elèctrica és una mena de líquid sense pes que podria sortir d'uns cossos i acumular-se en d'altres. Segons Franklin, un fluid elèctric està contingut a tots els cossos i només s’electrifica només quan hi ha una falta o un excés de líquid elèctric. Una falta de líquid significa electrificació negativa, un excés significa positiu. De manera que va aparèixer el concepte de càrrega positiva i negativa. (3) Quan els cossos carregats positivament estan connectats amb cossos negatius, un fluid elèctric (fluid) passa d’un cos amb una quantitat més gran de líquid a cossos amb una quantitat reduïda. Com en els vaixells comunicants. Amb la mateixa hipòtesi, el concepte del moviment de les càrregues elèctriques - corrent elèctric - va entrar a la ciència. (4)
La hipòtesi de Franklin va resultar ser molt fructífera i va anticipar-se a la teoria electrònica de la conducció. Tot i així, va resultar estar lluny de ser perfecta. El fet és que el científic francès Dufe va descobrir que hi ha dos tipus d’electricitat que, obeint cada una a la teoria de Franklin individualment, es van neutralitzar mútuament al contacte. (5). El motiu de l'aparició d'una nova teoria dualista de l'electricitat, presentada per Simmer sobre la base dels experiments de Dufe, era senzilla. Sorprenentment, al llarg de moltes dècades d’experiments amb electricitat, ningú es va adonar que quan es freguen cossos electrificats, no només es carrega el fregat, sinó també el cos de fregament. Altrament, la hipòtesi de Simmer simplement no hauria aparegut. Però el fet que aparegués té la seva pròpia justícia històrica. (6)
La teoria dualista considerava que en cossos d’un estat habitual es contenen dos tipus de fluid elèctric en diferents quantitats, neutralitzant-se mútuament. L’electrificació s’explicava pel fet que la relació d’electricitat positiva i negativa als cossos va canviar. No està molt clar, però calia explicar d’alguna manera els fenòmens reals.
Ambdues hipòtesis van explicar amb èxit els principals fenòmens electrostàtics i van estar durant molt de temps competint entre ells. La teoria dualista històricament preveia la teoria iònica de la conductivitat de gasos i solucions. (7)
La invenció de la columna voltaica el 1799 i el descobriment posterior del fenomen de l'electròlisi van permetre concloure que durant l'electròlisi de líquids i solucions s’observen dues direccions contràries del moviment de les càrregues: positives i negatives. La teoria dualista va triomfar, ja que durant la descomposició de, per exemple, aigua, es podia veure clarament que les bombolles d’oxigen emeses a l’elèctrode positiu i l’hidrogen a l’elèctrode negatiu. (8). Tanmateix, no tot va anar bé. Durant la descomposició de l’aigua, la quantitat de gasos emesos no va ser la mateixa. L’hidrogen tenia el doble d’oxigen. Això desconcertat. Com podrien tots els escolars actuals, que sabien que hi ha dos àtoms d’hidrogen en la molècula d’aigua a la molècula d’aigua (el famós ashdvo), però els químics encara no hi han arribat.
No es pot dir que aquestes teories fossin enteses no només pels estudiants, sinó també pels científics mateixos. Demòcrata revolucionari A.I. Herzen, per cert, una graduada de la Facultat de Física i Matemàtiques de la Universitat de Moscou, va escriure que aquestes hipòtesis no ajuden i, fins i tot, "fan mal a l’alumnat donant-los paraules en lloc de conceptes, matant la pregunta amb falsa satisfacció. "Què és l'electricitat?" - “Líquid sense pes”. No seria millor que l'estudiant respongués: "No ho sé."? " (10). Tot i això, Herzen s’ha equivocat. De fet, en la terminologia moderna, el corrent elèctric flueix del plus al menys de la font, i no es mou d’altra manera, i no estem gens molestos amb això.
Centenars de científics de diferents països van realitzar milers d’experiments amb un pol de volt, però només vint anys després, el científic danès Oersted va descobrir l’acció magnètica d’un corrent elèctric. El 1820, es va publicar el seu missatge afirmant que un conductor amb corrent afecta les lectures de l’agulla magnètica. Després de nombrosos experiments, dóna una regla per la qual és possible determinar el sentit de desviació de l’agulla magnètica del corrent o corrent de la direcció de la fletxa magnètica. "Utilitzarem la fórmula: el pal, que veu que l'electricitat negativa entra per sobre de si mateix, es desvia cap a l'est". La regla és tan vaga que una persona alfabetitzada moderna no descobreix de seguida la forma d’utilitzar-la, però, el que passa amb l’època en què encara no s’han establert els conceptes.
Per tant, Ampere, en el seu treball presentat per l'Acadèmia de Ciències de París, primer decideix prendre com a principal una de les direccions dels corrents i, a continuació, dóna una regla per la qual es pot determinar l'efecte dels imants sobre els corrents. Llegim: “Com que hauria de parlar constantment de dues direccions contràries en què flueixen ambdues electricitats, aleshores, per evitar repeticions innecessàries, després de les paraules DIRECCIÓ DE LA CORRENT ELÈCTRICA, sempre voldré dir electricitat positiva”. Així, es va introduir per primera vegada la regla generalment acceptada. actual. De fet, abans del descobriment de l’electró hi havia més de setanta anys. (11).
Als segles 17-19 a Europa, la MONEMEMNICA es va generalitzar. o l’art de la memorització, és a dir, un sistema de diverses tècniques que faciliten la memorització mitjançant la formació d’associacions artificials. Per exemple, la poesia és coneguda per recordar el nombre de PI: "Qui fa broma i aviat desitjarà ...", que tenen més de cent anys. O una dita sobre els faisans i els caçadors per recordar la disposició dels colors de l’espectre solar .. Es tracta de regles mnemòniques.
La mateixa regla va ser inventada per Ampère per determinar la direcció de les forces sobre un conductor amb corrent. Es deia la "regla del nedador". No ho donem, perquè tampoc va tenir èxit i no va arrelar. Però la direcció del corrent en totes les regles implicava el moviment de partícules carregades positivament. (12)
Més tard, Maxwell també es va adherir a aquest cànon, que va venir amb la regla del "taps de llevat" o "gimlet" per determinar la direcció del camp magnètic de la bobina. És familiar per a tots els estudiants. Tot i això, la qüestió de la veritable direcció del corrent continuava oberta. Aquí és el que Faraday va escriure: “Si dic. que el corrent va d’un lloc positiu a un negatiu només està d’acord amb el tradicional, tot i que fins a cert punt silenciós acord entre científics i proporcionar-los mitjans constants clars i definits per indicar la direcció de les forces d’aquest corrent". (13. Itàlica nostra. BH)
Després de descobrir la inducció electromagnètica per Faraday (induint un corrent en un conductor en un camp magnètic canviant), va ser necessari determinar la direcció del corrent induït. Aquesta regla va ser donada pel destacat físic rus E.Kh Lents. (14). Diu: "Si un conductor metàl·lic es mou a prop d'un corrent o un imant, hi entra un corrent galvànic. La direcció d’aquest corrent és tal que el filferro en repòs es desplaçaria d’ella, oposat al moviment real. " (15). És a dir, la norma es va referir al tipus de “demanar consell i fer el contrari”.
Les regles conegudes pel graduat escolar actual com la "regla de la mà esquerra" i "la regla de la mà dreta" en la forma final van ser proposades pel físic anglès Fleming i serveixen per SIMPLIFICAR la MEMORIA del fenomen físic a físics, estudiants i escolars, i no enganyar-los.
Aquestes regles s’introdueixen àmpliament a la pràctica i als llibres de text de física, i després del descobriment de l’electró s’haurien de canviar molt, i no només als llibres de text, si s’indicava la veritable direcció del corrent. I aquesta convenció continua des de fa més d’un segle i mig. Al principi, no va causar dificultats, però amb la invenció de la làmpada electrònica (irònicament, Fleming va inventar el primer tub de ràdio) i l’ús generalitzat dels semiconductors, van començar a sorgir dificultats. Per tant, físics i experts en electrònica prefereixen no parlar de les direccions del corrent elèctric, sinó de les direccions de moviment dels electrons o de les càrregues. Però l’enginyeria elèctrica encara funciona amb definicions antigues. De vegades això provoca confusió. Es podrien fer ajustaments, però provocarien més molèsties que les existents?
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: