Elektrivoolu suund

Ühendame LED-i sõrmepatareiga ja kui polaarsust jälgitakse õigesti, süttib see. Millises suunas vool settib? Tänapäeval teavad seda kõik nii seest kui väljast. Ja seetõttu aku sees miinusest plussi - vool on selles suletud elektriahelas ju konstantne.

Positiivselt laetud osakeste liikumissuunda peetakse voolu suunaks vooluringis, kuid lõppude lõpuks liiguvad elektronid metallides ja need, nagu me teame, on negatiivselt laetud. See tähendab, et tegelikkuses on mõiste "praegune suund" konventsioon. Mõelgem välja, miks, kui elektronid liiguvad vooluringi miinusest plussi, räägivad kõik ümberringi, et vool läheb plussist miinusesse... Miks see on absurdne?

Vastus peitub elektrotehnika kujunemise ajaloos. Kui Franklin töötas välja oma elektriteooria, pidas ta selle liikumist vedeliku liikumiseks, mis näis voolavat ühest kehast teise. Seal, kus elektrivedelikku on rohkem, voolab see selles suunas, kus seda on vähem.

Sel põhjusel nimetas Franklin liigse elektrivedelikuga kehasid (tinglikult!) positiivselt elektrifitseerituks ja elektrivedeliku puudumisega kehasid negatiivselt elektrifitseerituks. Sealt tulebki liikumise idee. elektrilaengud… Positiivne laeng voolab justkui läbi suhtlevate anumate süsteemi ühest laetud kehast teise.

Hiljem tegi prantsuse teadlane Charles Dufay oma katsetes elektriseeriv hõõrdumine leidis, et laetud pole mitte ainult hõõrdunud kehad, vaid ka hõõrdunud kehad ning kokkupuutel mõlema keha laengud neutraliseeritakse. Selgub, et tegelikult on olemas kahte erinevat tüüpi elektrilaenguid, mis vastastikku toimides üksteist välja lülitavad. Selle kahe elektri teooria töötas välja Franklini kaasaegne Robert Simmer, kes oli ise veendunud, et miski Franklini teoorias ei olnud päris õige.

Šoti füüsik Robert Simmer kandis kahte paari sokke: sooje villaseid sokke ja teist siidist sokke peal. Kui ta mõlemad sokid korraga jalast ära võttis ja siis ühe soki teisest ära võttis, märkas ta järgmist pilti: villased ja siidist sokid paisusid üles, justkui võtaksid ta jala kuju ja kleepuksid järsult üksteise külge. Samas samast materjalist, näiteks villast ja siidist, sokid tõrjuvad üksteist.

Kui Simmer hoidis ühes käes kahte siidist sokki ja teises kahte villast sokki, siis käed kokku viies viis samast materjalist sokkide tõrjumine ja erinevast materjalist sokkide külgetõmbejõud nende vahel huvitava interaktsioonini: erinevad. sokid nagu põrkasid üksteise peale ja põimusid palliks.

Vaatlused tema enda sokkide käitumise kohta viisid Robert Simmeri järeldusele, et igas kehas ei ole mitte üks, vaid kaks elektrilist vedelikku, positiivset ja negatiivset, mida kehas leidub võrdsetes kogustes.

Kui kaks keha hõõrduvad, võib üks neist liikuda ühest kehast teise, siis tekib ühes kehas ühte vedelikku liig ja teises selle puudus. Mõlemad kehad elektrifitseeritakse, vastasmärgis elektrienergia.

Sellegipoolest saab elektrostaatilisi nähtusi edukalt seletada nii Franklini hüpoteesi kui ka Simmeri kahe elektrijõu hüpoteesi abil. Need teooriad on juba mõnda aega üksteisega konkureerinud.

Kui 1779. aastal lõi Alessandro Volta oma voltakolonni, mille järel uuriti elektrolüüsi, jõudsid teadlased ühemõttelisele järeldusele, et lahustes ja vedelikes liiguvad tõepoolest kaks vastandlikku laengukandjate voogu – positiivsed ja negatiivsed. Elektrivoolu dualistlik teooria, ehkki seda ei mõista kõik, võidutses sellegipoolest.

Lõpuks tegi Ampere 1820. aastal Pariisi Teaduste Akadeemia ees esinedes ettepaneku valida voolu põhisuunaks üks laengu liikumise suund. Tal oli seda mugav teha, sest Ampere uuris voolude omavahelist ja magnetitega voolu vastasmõju. Ja nii liiguvad iga kord sõnumi ajal, rääkimata kahest vastupidise laenguga voogu, kahes suunas mööda ühte traati.

Amper tegi ettepaneku võtta voolu suunaks lihtsalt positiivse elektri liikumise suund ja kogu aeg rääkida voolu suunast, mis tähendab positiivse laengu liikumist... Sellest ajast saadik on voolu suuna asend. Ampere pakutud vool on igal pool vastu võetud ja kasutusel ja tänaseni.

Kui Maxwell töötas välja oma elektromagnetismi teooria ja otsustas magnetilise induktsiooni vektori suuna määramisel mugavuse huvides rakendada parempoolse kruvi reeglit, jäi ta ka sellest seisukohast kinni: voolu suund on positiivse laengu liikumissuund.

Faraday märgib omalt poolt, et hoovuse suund on tinglik, see on lihtsalt teadlastele mugav tööriist hoovuse suuna ühemõtteliseks määramiseks. Lenz tutvustas oma Lenzi reeglit (vt — Elektrotehnika põhiseadused), kasutab terminit «voolu suund» ka positiivse elektri liikumise tähenduses. See on lihtsalt mugav.

Ja isegi pärast seda, kui Thomson 1897. aastal elektroni avastas, kehtis voolu suuna konventsioon endiselt. Isegi kui juhtmes või vaakumis liiguvad tegelikult ainult elektronid, võetakse voolu suunaks ikkagi vastupidine suund - plussilt miinuseni.

Enam kui sajand pärast elektroni avastamist, vaatamata Faraday ideedele ioonide kohta, on isegi elektrontorude ja transistoride ilmumisel, ehkki kirjeldustes esines raskusi, tavapärane asjade seis endiselt. Seega on mugavam töötada vooludega, navigeerida nende magnetväljades ja tundub, et see ei valmista kellelegi tõelisi raskusi.

Vaata ka:Elektrivoolu olemasolu tingimused