קטגוריות: מאמרים מוצגים » עובדות מעניינות
מספר צפיות: 64405
הערות לכתבה: 4
ההיסטוריה של פרדוקס הנדסת חשמל
אם אתה מחבר מעגל חשמלי ממקור זרם, צרכן אנרגיה והחוטים המחברים ביניהם, סגור אותו, אז זרם חשמלי יזרום לאורך מעגל זה. סביר לשאול: "ובאיזו כיוון?" ספר הלימוד על היסודות התיאורטיים של הנדסת חשמל נותן את התשובה: "במעגל החיצוני הזרם זורם מהפלוס של מקור האנרגיה למינוס, ובפנים המקור מהמינוס לפלוס" (1).
האם זה כך? נזכיר שזרם חשמלי הוא התנועה המסודרת של חלקיקים טעונים חשמליים. אלה במוליכי מתכת הם חלקיקים טעונים באופן שלילי - אלקטרונים. אבל האלקטרונים במעגל החיצוני נעים בדיוק ההפך ממינוס המקור לפלוס. ניתן להוכיח זאת בפשטות רבה. מספיק לשים מנורה אלקטרונית - דיודה במעגל שלעיל. אם האנודה של המנורה טעונה באופן חיובי, אז הזרם במעגל יהיה, אם הוא שלילי, אז לא יהיה זרם. נזכיר כי חיובים הפוכים מושכים, וכמו שמטענים דוחים. לכן, האנודה החיובית מושכת אלקטרונים שליליים, אך לא להפך. אנו מסיקים כי בכיוון הזרם החשמלי במדע הנדסת החשמל, הם לוקחים את הכיוון ההפוך לתנועת האלקטרונים. (2)
לא ניתן לכנות את הבחירה בכיוון ההפוך לזה הקיים כפרדוקסלית אחרת, אך ניתן להסביר את הסיבות לאי-התאמה כזו אם נתחקה אחר ההיסטוריה של התפתחות הנדסת חשמל כמדע.
מבין התיאוריות הרבות, לפעמים אפילו אנקדוטליות, בניסיון להסביר את התופעות החשמליות שהופיעו עם שחר מדע החשמל, אפשר להתעכב על שתי מהן.
המדען האמריקני ב. פרנקלין הציג את מה שמכונה תיאוריה יחידה של חשמל, לפיה חומר חשמלי הוא סוג של נוזל חסר משקל שעלול לדלוף מגופים מסוימים ולהצטבר באחרים. לדברי פרנקלין, נוזל חשמלי מכיל את כל הגופים, והופך לחשמל רק כאשר יש בהם חוסר או עודף של נוזל חשמלי. חוסר בנוזל פירושו חשמול שלילי; עודף פירושו חיובי. אז הופיע הרעיון של מטען חיובי ושלילי. (3) כאשר גופים טעונים חיוביים מחוברים עם גופים שליליים, נוזל חשמלי (נוזל) עובר מגוף עם כמות מוגברת של נוזל לגופים עם כמות מופחתת. כמו בתקשורת כלים. עם אותה השערה, הרעיון של תנועת המטענים החשמליים - זרם חשמלי - נכנס למדע. (4)
ההשערה של פרנקלין התבררה כפורייה ביותר וציפה את תיאוריית ההולכה האלקטרונית. עם זאת, היא התבררה כהרבה מלהיות מושלמת. העובדה היא שהמדען הצרפתי דאף גילה שישנם שני סוגים של חשמל, אשר מצייתים לכל תורת פרנקלין בנפרד, נטרלו זה את זה במגע. (5). הסיבה להופעתה של תיאוריה חשמלית דואליסטית חדשה, שהעלה סימר על בסיס הניסויים של דאף, הייתה פשוטה. באופן מפתיע, במהלך עשרות שנים רבות של ניסויים בחשמל, איש לא הבחין כי כאשר משפשפים גופות חשמליות, לא רק השפשוף, אלא גם גוף השפשוף טעון. אחרת, השערת סימר פשוט לא הייתה מופיעה. אך לעובדה שהיא הופיעה יש צדק היסטורי משלה. (6)
התיאוריה הדואליסטית האמינה כי בגופי המדינה הרגילה ישנם שני סוגים של נוזל חשמלי בכמויות שונות המנטרלים זה את זה. החשמל הוסבר על ידי העובדה כי יחס החשמל החיובי והשלילי בגופים השתנה. זה לא מאוד ברור, אבל היה צורך להסביר איכשהו את התופעות האמיתיות.
שתי ההשערות הסבירו בהצלחה את התופעות האלקטרוסטטיות העיקריות ובמשך תקופה ארוכה התחרו זו בזו. התיאוריה הדואליסטית ההיסטורית צפתה את התיאוריה היונית של מוליכות הגזים והפתרונות. (7)
המצאת העמוד הוולטאי בשנת 1799 והתגלית שלאחר מכן של תופעת האלקטרוליזה אפשרו להסיק כי במהלך אלקטרוליזה של נוזלים ותמיסות שני כיוונים מנוגדים לתנועת המטענים נצפים בהם - חיוביים ושליליים. התיאוריה הדואליסטית ניצחה, מכיוון שבמהלך הפירוק של, למשל, מים, ניתן היה לראות בבירור כי בועות חמצן נפלטות על האלקטרודה החיובית, ומימן משתחרר על האלקטרודה השלילית. (8). עם זאת, לא הכל היה חלק כאן. במהלך פירוק המים כמות הגזים הנפלטים לא הייתה זהה. במימן היה חמצן כפליים. זה התבלבל. איך יתכן שילדי בית ספר נוכחיים, שידעו שיש שני אטומי מימן במולקולת המים במולקולת המים (האשדבו המפורסם), אך כימאים עדיין לא המציאו את זה.
לא ניתן לומר כי התיאוריות הללו לא הובנו רק על ידי הסטודנטים, אלא גם על ידי המדענים עצמם. הדמוקרט המהפכני A.I. הרזן, אגב, בוגר הפקולטה לפיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטת מוסקבה, כתב כי ההשערות הללו אינן עוזרות, ואף "גורמות נזק נורא לתלמידים בכך שהם נותנים להם מילים במקום מושגים, והורגים את השאלה בסיפוק שווא. "מה זה חשמל?" - "נוזל חסר משקל". האם לא היה עדיף אם התלמיד היה עונה: "אני לא יודע."? " (10). ובכל זאת, הרזן טעה. אכן בטרמינולוגיה המודרנית הזרם החשמלי זורם מהפלוס למינוס המקור, ואינו זז בשום דרך אחרת, ואנחנו כלל לא מוטרדים מכך.
מאות מדענים מארצות שונות ערכו אלפי ניסויים עם עמוד וולט, אולם רק עשרים שנה אחר כך גילה המדען הדני אורסטד את הפעולה המגנטית של זרם חשמלי. בשנת 1820 פורסם הודעתו לפיה מוליך עם זרם משפיע על קריאות המחט המגנטית. לאחר ניסויים רבים הוא נותן כלל שבאמצעותו ניתן לקבוע את כיוון הסטייה של המחט המגנטית מהזרם או הזרם מכיוון החץ המגנטי. "נשתמש בנוסחה: הקוטב, שרואה חשמל שלילי נכנס מעל עצמו, חורג ממזרח." הכלל כה מעורפל, עד שאדם מודרני שאוריי ספרות לא מגלה מיד כיצד להשתמש בו, אלא מה עם הזמן בו המושגים טרם הוקמו.
לכן אמפר, בעבודתו שהוצגה על ידי האקדמיה למדעים בפריס, מחליט תחילה לקחת את אחד מכיווני הזרמים כעיקר, ואז נותן כלל לפיו ניתן לקבוע את השפעת המגנטים על הזרמים. אנו קוראים: "מכיוון שאצטרך לדבר ללא הרף על שני כיוונים הפוכים בהם שני החשמל זורמים, אז, כדי להימנע מחזרות מיותרות, אחרי המילים כיוון חשמל זרם, אני תמיד יתכוון לחשמל חיובי", כך הוחל לראשונה כלל הכיוון המקובל. נוכחי. אכן, לפני גילוי האלקטרון היה יותר משבעים שנה. (11).
במאות 17-19 באירופה, MONEMONICS נפוצה. או אמנות השינון, כלומר מערכת של טכניקות שונות המאפשרות שינון באמצעות היווצרות אסוציאציות מלאכותיות. לדוגמא, שירים ידועים בזכרם את מספר ה- PIs - "מי מתבדח ובקרוב יאחל ...", בני יותר ממאה שנה. או אמירה על פסיונים וציידים לזכור את סידור הצבעים של הספקטרום הסולארי .. אלה חוקים ממנוניים.
אותו כלל הומצא על ידי אמפר לקביעת כיוון הכוחות על מוליך עם זרם. זה נקרא "הכלל השחיין". אנחנו לא נותנים את זה, כי זה גם לא הצליח ולא השתרש. אולם כיוון הזרם בכל הכללים מרמז על תנועת חלקיקים טעונים חיובית. (12)
מאוחר יותר, מקסוול דבק גם בקאנון זה, שהגיע עם הכלל של "חולץ פקקים" או "ג'ימלט" כדי לקבוע את כיוון השדה המגנטי של הסליל. זה מוכר לכל תלמיד. עם זאת, שאלת הכיוון האמיתי של הזרם נותרה פתוחה. הנה מה שפרדעיי כתב: "אם אני אומר. שהזרם עובר ממקום חיובי למצב שלילי הוא רק בהסכמה עם המסורתי, אם כי במידה מסוימת שותק הסכם בין מדענים לספק להם אמצעים ברורים ומוגדרים קבועים לציון הכיוון של הכוח של זרם זה". (13. נטוי משלנו. BH)
לאחר גילוי האינדוקציה האלקטרומגנטית על ידי פאראדיי (השראת זרם במוליך בשדה מגנטי משתנה), היה צורך לקבוע את כיוון הזרם המושרה. כלל זה ניתן על ידי הפיזיקאי הרוסי המצטיין. (14). נכתב בו: "אם מוליך מתכת נע ליד זרם או מגנט, אז נוצר בו זרם גלווני. הכיוון של זרם זה הוא כזה שהחוט במנוחה היה מגיע ממנו בתנועה, בניגוד לתנועה בפועל. " (15). כלומר, הכלל ירד לסוג של "בקש עצה ותעשה את ההפך."
הכללים הידועים לבוגרי בית הספר הנוכחי כ"כלל יד שמאל "ו"כלל יד ימין" בצורה הסופית הוצעו על ידי הפיזיקאי האנגלי פלמינג והם משמשים לפשט את זיכרון התופעה הפיזית לפיזיקאים, סטודנטים ותלמידי בית ספר, ולא כדי להטעות אותם.
כללים אלה נכנסים באופן נרחב לתרגול וספרי הלימוד של הפיזיקה, ואחרי גילוי האלקטרון היה צריך מאוד לשנות, ולא רק בספרי הלימוד, אם היו מציינים את הכיוון האמיתי של הזרם. והאמנה הזו חיה יותר ממאה וחצי. בתחילה זה לא גרם לקשיים, אך עם המצאת המנורה האלקטרונית (באופן אירוני, פלמינג המציא את צינור הרדיו הראשון) והשימוש הנרחב במוליכים למחצה, החלו להתעורר קשיים. לכן, פיזיקאים ומומחי אלקטרוניקה מעדיפים לא לדבר על כיווני הזרם החשמלי, אלא על כיווני התנועה של האלקטרונים, או המטענים. אבל הנדסת חשמל עדיין פועלת על פי הגדרות ישנות. לפעמים זה גורם לבלבול. ניתן לבצע התאמות, אך האם זה יגרום אי נוחות רבה יותר מזו הקיימת?
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: