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Dove scorre l'elettricità?
Una corrente elettrica nasce in un circuito elettrico che include una fonte di corrente e un consumatore di elettricità. Ma in quale direzione si verifica questa corrente? Si ritiene tradizionalmente che nel circuito esterno la corrente abbia una direzione dal positivo della sorgente al negativo, mentre all'interno della fonte di alimentazione va dal negativo al positivo.
In effetti, la corrente elettrica è il movimento ordinato di particelle cariche elettricamente. Se il conduttore è in metallo, queste particelle sono elettroni, particelle cariche negativamente. Tuttavia, nel circuito esterno, gli elettroni si spostano precisamente dal meno (polo negativo) al positivo (polo positivo) e non dal più al meno.
Se incluso in un circuito esterno diodo a semiconduttore, diventerà chiaro che la corrente è possibile solo quando il diodo è collegato dal catodo nella direzione del meno. Da ciò ne consegue che la direzione opposta al moto effettivo degli elettroni viene presa come direzione della corrente elettrica nel circuito.
Se tracciamo la storia della formazione dell'ingegneria elettrica come scienza indipendente, possiamo capire da dove proviene un tale approccio paradossale.
Il ricercatore americano Benjamin Franklin avanzò a suo tempo una teoria unitaria (unificata) dell'elettricità. Secondo questa teoria, la materia elettrica è un liquido senza peso che può fuoriuscire da alcuni corpi, mentre si accumula in altri.
Secondo Franklin, c'è un fluido elettrico in tutti i corpi, ma i corpi si elettrificano solo quando c'è un eccesso o una mancanza di fluido elettrico (fluido elettrico) in essi. La mancanza di fluido elettrico (secondo Franklin) significava elettrificazione negativa e eccesso - positivo.
Questo è stato l'inizio dei concetti di carica positiva e carica negativa. Al momento della connessione di corpi caricati positivamente con corpi caricati negativamente, il fluido elettrico fluisce da un corpo con una grande quantità di fluido elettrico a corpi con una quantità ridotta di esso. Questo è simile a un sistema di navi comunicanti. Un concetto stabile di corrente elettrica, il movimento di cariche elettriche, è entrato nella scienza.
Questa ipotesi di Franklin ha preceduto la teoria elettronica della conduzione, ma si è rivelata lungi dall'essere perfetta. Il fisico francese Charles Dufe scoprì che in realtà esistono due tipi di elettricità, che obbediscono individualmente alla teoria di Franklin, ma si neutralizzano a vicenda al contatto. Apparve una nuova teoria dualistica (doppia) dell'elettricità, proposta dallo scienziato naturale Robert Simmer sulla base degli esperimenti di Charles Dufe.
Quando si sfrega, al fine di elettrificare i corpi elettrificati, non solo il corpo sfregato, ma anche quello sfregato viene caricato. La teoria dualistica sosteneva che nello stato ordinario i corpi contenevano due tipi di fluido elettrico e in quantità diverse che si neutralizzano a vicenda. L'elettrificazione è stata spiegata da un cambiamento nel rapporto tra elettricità negativa e positiva nei corpi elettrificati.
Sia l'ipotesi di Franklin sia l'ipotesi di Simmer hanno spiegato con successo i fenomeni elettrostatici e sono persino in competizione tra loro.
Inventato nel 1799 da un volt volt e scoperta fenomeni di elettrolisi ha portato alla conclusione che durante l'elettrolisi di soluzioni e liquidi in esse vi sono due cariche opposte nella direzione di movimento delle cariche: negativa e positiva. Questo fu il trionfo della teoria dualistica, perché quando l'acqua fu decomposta, era ora possibile osservare come le bolle di ossigeno venivano rilasciate sull'elettrodo positivo e l'idrogeno sull'elettrodo negativo.
Ma non tutto è andato liscio qui. La quantità di gas emessi è risultata diversa. L'idrogeno è stato rilasciato il doppio dell'ossigeno.Questo ha sconcertato i fisici. Quindi i chimici non avevano idea che nella molecola d'acqua ci fossero due atomi di idrogeno e un solo atomo di ossigeno.
Queste teorie non sono state comprese da tutti.
Ma nel 1820, Andre-Marie Ampère, in un'opera presentata ai membri dell'Accademia delle Scienze di Parigi, prima decide di scegliere una delle direzioni delle correnti come principale, ma poi dà una regola in base alla quale è possibile determinare con precisione l'effetto dei magneti sulle correnti elettriche.
Per non parlare continuamente di due correnti opposte di entrambe le correnti elettriche, al fine di evitare inutili ripetizioni, Ampere ha deciso di prendere rigorosamente la direzione del movimento dell'elettricità positiva come direzione della corrente elettrica. Quindi, per la prima volta da Ampere, finora è stata introdotta la regola generalmente accettata della direzione della corrente elettrica.
Più tardi, Maxwell stesso ha aderito a questa posizione, dopo aver inventato la regola del “gimlet” che determina la direzione del campo magnetico della bobina. Ma la questione della vera direzione della corrente elettrica è rimasta aperta. Faraday ha scritto che questo stato di cose è solo condizionale, è conveniente per gli scienziati e li aiuta a determinare chiaramente la direzione delle correnti. Ma questo è solo uno strumento conveniente.
Dopo che Faraday ha scoperto l'induzione elettromagnetica, è diventato necessario determinare la direzione della corrente indotta. Il fisico russo Lenz ha dato una regola: se un conduttore metallico si avvicina a una corrente o a un magnete, allora si genera una corrente galvanica. E la direzione della corrente emergente è tale che il filo fisso verrebbe dalla sua azione in movimento opposto allo spostamento iniziale. Regola semplice, facile da capire.
Anche dopo la scoperta di un elettrone, questa convenzione esiste da più di un secolo e mezzo. Con l'invenzione di un dispositivo come una lampada elettronica, con la diffusa introduzione di semiconduttori, iniziarono a sorgere difficoltà. Ma l'elettrotecnica, come prima, opera su vecchie definizioni. A volte questo provoca vera confusione. Tuttavia, apportare modifiche comporterà ulteriori inconvenienti.
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