ทิศทางของกระแสไฟฟ้า

เราเชื่อมต่อ LED เข้ากับแบตเตอรี่นิ้วและหากสังเกตขั้วได้อย่างถูกต้องไฟจะสว่างขึ้น กระแสจะคลี่คลายไปในทิศทางใด? ทุกวันนี้ทุกคนรู้เรื่องนี้ทั้งภายในและภายนอก ดังนั้นภายในแบตเตอรี่จากลบถึงบวก - ท้ายที่สุดแล้วกระแสในวงจรไฟฟ้าปิดนี้จะคงที่

ทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุบวกถือเป็นทิศทางของกระแสในวงจร แต่หลังจากนั้น อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ในโลหะ และเรารู้ว่าพวกมันมีประจุลบ ซึ่งหมายความว่าในความเป็นจริงแนวคิดของ "ทิศทางปัจจุบัน" เป็นแบบแผน ลองคิดดูว่าทำไม เมื่ออิเล็กตรอนผ่านวงจรจากลบไปบวก ทุกคนที่อยู่รอบๆ บอกว่ากระแสเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ... ทำไมถึงไร้สาระ?

คำตอบอยู่ในประวัติศาสตร์ของการก่อตัวของวิศวกรรมไฟฟ้า เมื่อแฟรงคลินพัฒนาทฤษฎีไฟฟ้าของเขา เขาถือว่าการเคลื่อนที่ของมันเป็นของไหล ซึ่งดูเหมือนจะไหลจากร่างหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่ง ในที่ที่มีของไหลไฟฟ้ามาก มันจะไหลไปในทิศทางที่มีน้อย

ด้วยเหตุผลนี้ แฟรงคลินจึงเรียกวัตถุที่มีของไหลไฟฟ้ามากเกินไป (ตามเงื่อนไข!) ว่ามีไฟฟ้าเป็นบวก และวัตถุที่ไม่มีของไหลไฟฟ้า จะถูกไฟฟ้าเป็นลบ นั่นคือที่มาของแนวคิดการเคลื่อนไหว ค่าไฟฟ้า… ประจุบวกไหลราวกับว่าผ่านระบบของภาชนะสื่อสาร จากวัตถุที่มีประจุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง

ต่อมา Charles Dufay นักวิจัยชาวฝรั่งเศสได้ทำการทดลองกับ แรงเสียดทานไฟฟ้า พบว่าไม่เพียงแค่ร่างกายที่ถูกถูแต่ร่างกายที่ถูกถูเท่านั้นที่มีประจุ และเมื่อสัมผัสกัน ประจุของวัตถุทั้งสองจะถูกทำให้เป็นกลาง ปรากฎว่ามีประจุไฟฟ้าสองประเภทที่แยกจากกัน ซึ่งเมื่อพวกมันกระทบกัน ก็จะหักล้างกันเอง ทฤษฎีสองไฟฟ้านี้ได้รับการพัฒนาโดย Robert Simmer ผู้ร่วมสมัยของ Franklin ผู้ซึ่งเชื่อมั่นในตัวเองว่ามีบางอย่างในทฤษฎีของ Franklin ไม่ถูกต้องทั้งหมด

Robert Simmer นักฟิสิกส์ชาวสก็อตสวมถุงเท้าสองคู่: ถุงเท้าทำด้วยผ้าขนสัตว์ที่อบอุ่นและผ้าไหมอีกอันหนึ่งอยู่ด้านบน เมื่อเขาถอดถุงเท้าทั้งสองข้างออกจากเท้าพร้อมกัน แล้วถอดถุงเท้าข้างหนึ่งออกจากกัน เขาสังเกตเห็นภาพต่อไปนี้: ถุงเท้าทำด้วยผ้าขนสัตว์และผ้าไหมพองขึ้น ราวกับว่าได้รูปเท้าของเขาและติดกันแน่น ในขณะเดียวกัน ถุงเท้าที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน เช่น ขนสัตว์และผ้าไหม

ถ้าซิมเมอร์ถือถุงเท้าผ้าไหม 2 ข้างในมือข้างหนึ่งและถุงเท้าขนสัตว์ 2 ข้างในอีกข้าง เมื่อเขาจับมือกัน ความเขม่นของถุงเท้าที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกันและแรงดึงดูดของถุงเท้าจากวัสดุที่แตกต่างกันทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่น่าสนใจระหว่างถุงเท้าทั้งสองชนิด: แตกต่างกัน ถุงเท้าราวกับว่าพวกเขากระโจนเข้าหากันแล้วพันเป็นลูกบอล

การสังเกตพฤติกรรมของถุงเท้าของเขาเองทำให้โรเบิร์ต ซิมเมอร์สรุปได้ว่าในร่างกายทุกคนไม่มีของไหลไฟฟ้าเพียงชนิดเดียว แต่มี 2 ชนิด คือ บวกและลบ ซึ่งบรรจุอยู่ในร่างกายในปริมาณที่เท่ากัน

เมื่อร่างสองร่างถูกัน หนึ่งในนั้นสามารถผ่านจากร่างหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่งได้ จากนั้นจะมีของเหลวส่วนเกินในร่างกายหนึ่ง และอีกร่างหนึ่งจะบกพร่อง ร่างกายทั้งสองจะกลายเป็นไฟฟ้า ตรงกันข้ามในสัญญาณไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ไฟฟ้าสถิตสามารถอธิบายได้สำเร็จโดยใช้ทั้งสมมติฐานของแฟรงคลินและสมมติฐานของซิมเมอร์เกี่ยวกับแรงไฟฟ้าสองแรง ทฤษฎีเหล่านี้แข่งขันกันมานานแล้ว

เมื่อในปี พ.ศ. 2322 Alessandro Volta ได้สร้างคอลัมน์ voltaic ของเขาขึ้น หลังจากที่มีการศึกษาอิเล็กโทรลิซิสแล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปที่ชัดเจนว่า แท้จริงแล้ว กระแสพาหะประจุไฟฟ้าสองสายที่อยู่ตรงข้ามกันเคลื่อนที่ในสารละลายและของเหลว - บวกและลบ ทฤษฎีทวิลักษณ์ของกระแสไฟฟ้าแม้ว่าจะไม่มีใครเข้าใจ แต่ก็ได้รับชัยชนะ

ในที่สุดในปี ค.ศ. 1820 แอมแปร์เสนอให้เลือกทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุเป็นทิศทางหลักของกระแสไฟฟ้าในปี ค.ศ. 1820 มันสะดวกสำหรับเขาที่จะทำเช่นนี้เพราะแอมแปร์กำลังศึกษาปฏิสัมพันธ์ของกระแสระหว่างกันและกระแสกับแม่เหล็ก ดังนั้นทุกครั้งระหว่างการส่งข้อความ นับประสาอะไรกับกระแสประจุตรงข้ามสองสายที่เคลื่อนไปในสองทิศทางตามสายเส้นเดียว

แอมแปร์เสนอให้ใช้ทิศทางการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าบวกแทนทิศทางของกระแสและตลอดเวลาเพื่อพูดถึงทิศทางของกระแสไฟฟ้า ซึ่งหมายถึงการเคลื่อนที่ของประจุบวก... ตั้งแต่นั้นมาตำแหน่งของทิศทางของ ปัจจุบันที่เสนอโดย Ampere ได้รับการยอมรับทุกที่และใช้มาจนถึงทุกวันนี้

เมื่อ Maxwell พัฒนาทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของเขาและตัดสินใจใช้กฎของสกรูขวามือเพื่อความสะดวกในการกำหนดทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เขายังยึดติดกับตำแหน่งนี้: ทิศทางของกระแสคือทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวก

ฟาราเดย์ตั้งข้อสังเกตว่าทิศทางของกระแสมีเงื่อนไข เป็นเพียงเครื่องมือที่สะดวกสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการกำหนดทิศทางของกระแสอย่างชัดเจน Lenz แนะนำกฎ Lenz ของเขา (ดู — กฎหมายพื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้า) ยังใช้คำว่า «ทิศทางปัจจุบัน» เพื่อหมายถึงการเคลื่อนที่ของไฟฟ้าบวก มันสะดวก

และแม้ว่าทอมสันจะค้นพบอิเล็กตรอนในปี พ.ศ. 2440 ระเบียบแบบแผนของทิศทางปัจจุบันก็ยังคงมีอยู่ แม้ว่าจะมีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เคลื่อนที่ในเส้นลวดหรือในสุญญากาศ ทิศทางย้อนกลับยังคงถือเป็นทิศทางของกระแส — จากบวกไปลบ

กว่าหนึ่งศตวรรษหลังจากการค้นพบอิเล็กตรอน แม้จะมีแนวคิดของฟาราเดย์เกี่ยวกับไอออน แม้จะมีรูปลักษณ์ของหลอดอิเล็กตรอนและทรานซิสเตอร์ก็ตาม แม้ว่าจะมีความยุ่งยากในคำอธิบาย แต่สถานการณ์ปกติยังคงอยู่ ดังนั้นจึงสะดวกกว่าที่จะทำงานกับกระแสเพื่อนำทางสนามแม่เหล็กของพวกเขาและดูเหมือนว่าสิ่งนี้จะไม่ทำให้ใครเดือดร้อน

ดูสิ่งนี้ด้วย:เงื่อนไขของการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า