Chiều của dòng điện

Chúng tôi kết nối đèn LED với pin ngón tay và nếu quan sát đúng cực, nó sẽ sáng. Dòng điện sẽ giải quyết theo hướng nào? Ngày nay, mọi người đều biết điều này từ trong ra ngoài. Và do đó, bên trong pin từ âm sang dương - xét cho cùng, dòng điện trong mạch điện kín này là không đổi.

Hướng chuyển động của các hạt tích điện dương được coi là hướng của dòng điện trong mạch, nhưng xét cho cùng, các electron chuyển động trong kim loại, và chúng ta biết, chúng mang điện tích âm. Điều này có nghĩa là trong thực tế, khái niệm "hướng hiện tại" là một quy ước. Hãy tìm hiểu xem tại sao, khi các electron đi qua mạch từ âm sang dương, mọi người xung quanh đều nói rằng dòng điện đi từ âm sang âm... Tại sao điều này lại vô lý?

Câu trả lời nằm ở lịch sử hình thành của ngành kỹ thuật điện. Khi Franklin phát triển lý thuyết về điện, ông coi chuyển động của nó là chuyển động của chất lỏng, dường như chảy từ vật này sang vật khác. Nơi nào có nhiều chất lỏng điện hơn, nó sẽ chảy theo hướng có ít chất lỏng hơn.

Vì lý do này, Franklin gọi các vật thể thừa chất lỏng điện (có điều kiện!) là nhiễm điện dương và các vật thể thiếu chất lỏng điện, nhiễm điện âm. Đó là nơi bắt nguồn ý tưởng về sự chuyển động. sạc điện… Điện tích dương chảy, như thể thông qua một hệ thống các bình liên lạc, từ vật thể tích điện này sang vật thể tích điện khác.

Sau đó, nhà nghiên cứu người Pháp Charles Dufay trong các thí nghiệm của mình với ma sát nhiễm điện phát hiện ra rằng không chỉ các vật bị cọ xát mà cả các vật bị cọ xát đều tích điện, và khi tiếp xúc, điện tích của cả hai vật đều trung hòa. Hóa ra thực tế có hai loại điện tích riêng biệt, khi chúng tương tác với nhau sẽ triệt tiêu lẫn nhau. Lý thuyết hai dòng điện này được phát triển bởi người cùng thời với Franklin, Robert Simmer, người đã tự thuyết phục rằng có điều gì đó trong lý thuyết của Franklin không hoàn toàn đúng.

Nhà vật lý người Scotland Robert Simmer đi hai đôi tất: đôi tất len ​​ấm áp và đôi tất thứ hai bằng lụa bên trên. Khi anh ấy tháo cả hai chiếc tất ra khỏi chân cùng một lúc rồi tháo chiếc tất này ra khỏi chiếc tất kia, anh ấy nhận thấy hình ảnh sau: chiếc tất len ​​và lụa phồng lên, như thể lấy hình dạng của bàn chân anh ấy và dính chặt vào nhau. Đồng thời, tất làm từ cùng một chất liệu, chẳng hạn như len và lụa, đẩy nhau.

Nếu Simmer cầm một tay hai chiếc tất lụa và một chiếc tất len ​​ở tay kia, thì khi anh ấy đưa hai tay lại gần nhau, lực đẩy của những chiếc tất cùng chất liệu và lực hút của những chiếc tất khác chất liệu đã dẫn đến một tương tác thú vị giữa chúng: khác nhau những chiếc tất như thể chúng vồ lấy nhau và quấn vào nhau thành một quả bóng.

Những quan sát về hành vi của những chiếc tất của chính anh ấy đã khiến Robert Simmer kết luận rằng trong mỗi cơ thể không có một mà là hai chất lỏng điện, dương và âm, được chứa trong cơ thể với số lượng bằng nhau.

Khi hai cơ thể cọ xát, một trong số chúng có thể truyền từ cơ thể này sang cơ thể khác, khi đó chất lỏng này sẽ dư thừa ở cơ thể này và cơ thể kia sẽ thiếu chất lỏng đó. Cả hai cơ thể sẽ trở nên nhiễm điện, trái dấu điện.

Tuy nhiên, hiện tượng tĩnh điện có thể được giải thích thành công bằng cách sử dụng cả giả thuyết của Franklin và giả thuyết của Simmer về hai lực điện. Những lý thuyết này đã cạnh tranh với nhau trong một thời gian.

Khi Alessandro Volta tạo ra cột năng lượng mặt trời của mình vào năm 1779, sau đó quá trình điện phân được nghiên cứu, các nhà khoa học đã đi đến kết luận rõ ràng rằng thực sự có hai dòng chất mang điện trái ngược nhau di chuyển trong dung dịch và chất lỏng - dương và âm. Thuyết nhị nguyên về dòng điện, mặc dù không được mọi người hiểu rõ, nhưng vẫn chiến thắng.

Cuối cùng, vào năm 1820, phát biểu trước Viện Hàn lâm Khoa học Paris, Ampere đề xuất chọn một trong các hướng chuyển động của điện tích làm hướng chính của dòng điện. Thật thuận tiện cho anh ta khi làm điều này vì Ampere đang nghiên cứu sự tương tác của các dòng điện với nhau và các dòng điện với nam châm. Và do đó, mỗi lần trong một tin nhắn, hãy để một mình hai dòng điện tích trái dấu di chuyển theo hai hướng dọc theo một dây.

Ampe đề ra đơn giản lấy chiều chuyển động của điện tích dương làm chiều của dòng điện và luôn nói về chiều của dòng điện, nghĩa là chiều chuyển động của điện tích dương... Từ đó vị trí của chiều của dòng điện do Ampere đề xuất đã được chấp nhận ở mọi nơi và được sử dụng cho đến tận ngày nay.

Khi Maxwell phát triển lý thuyết về điện từ của mình và quyết định áp dụng quy tắc vít bên phải để thuận tiện trong việc xác định hướng của vectơ cảm ứng từ, ông cũng tuân theo quan điểm này: hướng của dòng điện là hướng chuyển động của điện tích dương.

Về phần mình, Faraday lưu ý rằng hướng của dòng điện là có điều kiện, nó chỉ là một công cụ thuận tiện để các nhà khoa học xác định rõ ràng hướng của dòng điện. Lenz giới thiệu quy tắc Lenz của mình (xem — Các định luật cơ bản của kỹ thuật điện), cũng sử dụng thuật ngữ «chiều dòng điện» để chỉ chuyển động của điện tích dương. Nó chỉ là thuận tiện.

Và ngay cả sau khi Thomson khám phá ra electron vào năm 1897, quy ước về chiều của dòng điện vẫn được giữ nguyên. Ngay cả khi chỉ có các electron thực sự di chuyển trong dây dẫn hoặc trong chân không, thì chiều ngược lại vẫn được coi là chiều của dòng điện — từ cộng sang âm.

Hơn một thế kỷ sau khi phát hiện ra điện tử, bất chấp những ý tưởng của Faraday về ion, ngay cả với sự xuất hiện của các ống điện tử và bóng bán dẫn, mặc dù có những khó khăn trong việc mô tả, tình trạng thông thường vẫn còn. Vì vậy, sẽ thuận tiện hơn khi làm việc với dòng điện, điều hướng từ trường của chúng và dường như điều này không gây khó khăn thực sự cho bất kỳ ai.

Xem thêm:Điều kiện tồn tại dòng điện