Az elektromos áram iránya
Csatlakoztatjuk a LED-et az ujjakkumulátorhoz, és ha a polaritást megfelelően figyeljük, akkor világít. Milyen irányba rendeződik az áram? Manapság ezt kívül-belül mindenki tudja. És ezért az akkumulátor belsejében mínuszról pluszra – elvégre ebben a zárt elektromos áramkörben az áram állandó.
A pozitív töltésű részecskék mozgási irányát az áramkörben lévő áram irányának tekintjük, de végül is az elektronok a fémekben mozognak, és tudjuk, hogy negatív töltésűek. Ez azt jelenti, hogy a valóságban az „áramirány” fogalma konvenció. Találjuk ki, hogy az elektronok mínuszból pluszba haladva miért mondják körülöttük, hogy az áram pluszból mínuszba megy... Miért abszurd ez?
A válasz az elektrotechnika kialakulásának történetében rejlik. Amikor Franklin kidolgozta az elektromosság elméletét, a mozgását egy folyadék mozgásának tekintette, amely úgy tűnt, egyik testből a másikba áramlik. Ahol több az elektromos folyadék, abba az irányba folyik, ahol kevesebb.
Emiatt Franklin a túlzott elektromos folyadékot tartalmazó testeket (feltételesen!) pozitívan villamosítottnak, az elektromos folyadékhiányos testeket pedig negatívan villamosítottnak nevezte. Innen származik a mozgás ötlete. elektromos töltések… A pozitív töltés, mintha egy egymással kommunikáló erek rendszerén keresztül áramlik az egyik töltött testből a másikba.
Később a francia kutató Charles Dufay kísérleteiben felvillanyozó súrlódás megállapította, hogy nem csak a dörzsölt testek, hanem a dörzsölt testek is töltődnek, és érintkezéskor mindkét test töltése semlegesíthető. Kiderült, hogy valójában két különböző típusú elektromos töltés létezik, amelyek kölcsönhatásba lépve kioltják egymást. Ezt a két elektromosság elméletet Franklin kortársa, Robert Simmer dolgozta ki, aki maga is meg volt győződve arról, hogy Franklin elméletében valami nem teljesen helyes.
Robert Simmer skót fizikus két pár zoknit viselt: meleg gyapjúzoknit és egy másik selyem zoknit a tetején. Amikor mindkét zoknit egyszerre levette a lábáról, majd az egyik zoknit levette a másikról, a következő képre lett figyelmes: a gyapjú és selyemzokni feldagadt, mintha felvenné a láb formáját és élesen tapadna egymáshoz. Ugyanakkor az azonos anyagból, például gyapjúból és selyemből készült zoknik taszítják egymást.
Ha Simmer az egyik kezében két selyemzoknit, a másikban két gyapjúzoknit tartott, akkor amikor összehozta a kezét, az azonos anyagú zokni taszítása és a különböző anyagú zokni vonzása érdekes interakciót eredményezett közöttük: különböző zokni, mintha egymásnak csapódnának és labdává fonódnának.
A saját zoknijának viselkedésére vonatkozó megfigyelések arra a következtetésre vezették Robert Simmert, hogy minden testben nem egy, hanem két elektromos folyadék van, pozitív és negatív, amelyek egyenlő mennyiségben vannak jelen a szervezetben.
Amikor két test dörzsölődik, egyikük átjuthat egyik testből a másikba, akkor az egyik testben felesleg, a másikban pedig hiány lesz. Mindkét test felvillanyozódik, ellenkező előjelű elektromosság.
Mindazonáltal az elektrosztatikus jelenségek sikeresen magyarázhatók mind Franklin hipotézisével, mind Simmer két elektromos erőről szóló hipotézisével. Ezek az elméletek már egy ideje versengenek egymással.
Amikor 1779-ben Alessandro Volta létrehozta voltaikus oszlopát, amely után az elektrolízist tanulmányozták, a tudósok arra az egyértelmű következtetésre jutottak, hogy valóban két ellentétes töltéshordozó-áram mozog az oldatokban és a folyadékokban - pozitív és negatív. Az elektromos áram dualista elmélete, bár nem mindenki értette, mégis diadalmaskodott.
Végül, 1820-ban, a Párizsi Tudományos Akadémia előtt Ampere azt javasolta, hogy a töltésmozgás egyik irányát válasszák az áram fő irányaként. Kényelmes volt ezt megtennie, mert Ampere az áramok egymás közötti kölcsönhatását és az áramok és a mágnesek kölcsönhatását tanulmányozta. És így minden alkalommal egy üzenet alatt, nemhogy két ellentétes töltésű áram két irányba mozog egy vezeték mentén.
Ampere azt javasolta, hogy egyszerűen vegyük a pozitív elektromosság mozgási irányát az áram irányának, és mindig beszéljünk az áram irányáról, ami a pozitív töltés mozgását jelenti... Azóta a pozitív elektromosság irányának helyzete az Ampere által javasolt áramot mindenhol elfogadták és használják a mai napig.
Amikor Maxwell kidolgozta az elektromágnesesség elméletét, és úgy döntött, hogy a kényelem kedvéért a jobb oldali csavarszabályt alkalmazza a mágneses indukciós vektor irányának meghatározásában, ő is ragaszkodott ehhez az állásponthoz: az áram iránya a pozitív töltés mozgási iránya.
Faraday a maga részéről megjegyzi, hogy az áram iránya feltételes, ez csak egy kényelmes eszköz a tudósok számára, hogy egyértelműen meghatározzák az áram irányát. Lenz bemutatja Lenz-szabályát (lásd - Az elektrotechnika alaptörvényei), az «áramirány» kifejezést a pozitív elektromosság mozgására is használja. Egyszerűen kényelmes.
És még azután is, hogy Thomson 1897-ben felfedezte az elektront, az áramirány konvenciója továbbra is fennállt. Még ha valójában csak elektronok mozognak egy vezetékben vagy vákuumban, akkor is a fordított irányt veszik az áram irányának - plusztól mínuszig.
Több mint egy évszázaddal az elektron felfedezése után, Faraday ionokkal kapcsolatos elképzelései ellenére, még az elektroncsövek és tranzisztorok megjelenése ellenére is, bár voltak nehézségek a leírásokban, a dolgok szokásos állapota továbbra is megmarad. Így kényelmesebb áramokkal dolgozni, azok mágneses mezőiben eligazodni, és úgy tűnik, ez senkinek nem okoz igazi nehézséget.
Lásd még:Az elektromos áram létezésének feltételei