Da die negativen Teilchen einen Namen tragen, der wie „Elektrizität“ klingt, beginnen einige Anfänger leider zu denken, dass die Elektronen die Elektrizität sind, und sie beginnen sich fälschlicherweise vorzustellen, dass die Protonen (mit einem viel weniger elektrischen Namen?) sind nicht elektrisch. Einige Text-und Nachschlagewerke geben dies sogar direkt an und sagen, dass Elektrizität aus Elektronen besteht. Nein, falsch. In Wirklichkeit tragen die Elektronen und Protonen elektrische Ladungen gleicher Stärke. Wenn Elektronen „Elektrizität“ sind, dann sind Protonen auch „Elektrizität“.,
Jetzt wird mir jeder zu Recht sagen, dass die Protonen in den Drähten nicht fließen können, während die Elektronen es können. Ja, das ist wahr… aber nur für Metalle. Und es gilt nur für feste Metalle. Und nur für Feste Metalle, die sich nicht bewegen. Alle Metalle bestehen aus positiv geladenen Atomen, die in ein Meer beweglicher Elektronen eingetaucht sind. Wenn ein elektrischer Strom in einem festen, sich nicht bewegenden Kupferdraht erzeugt wird, bewegt sich das „Elektronenmeer“ vorwärts, die Protonen innerhalb der positiven Kupferatome jedoch nicht.,
Feste Metalle sind jedoch nicht die einzigen Leiter, und in vielen anderen Substanzen bewegen sich die positiven Atome *nicht*, und sie *nehmen* am elektrischen Strom teil. Diese verschiedenen Dirigenten sind nichts Exotisches. Sie sind sehr verbreitet, sie alle um uns herum; so nah wie möglich an uns.
Nichtelektronischer Ladungsfluss
Wenn Sie beispielsweise Ihre Finger in den Rücken eines alten Fernsehgeräts stecken würden, würden Sie einen gefährlichen oder tödlichen Stromschlag erleiden. Während Ihrer schmerzhaften Erfahrung gab es offensichtlich einen beträchtlichen Strom, der durch Ihren Körper geleitet wurde., Es flossen jedoch überhaupt keine Elektronen durch Ihren Körper. Die elektrischen Ladungen in einem menschlichen Körper bestehen vollständig aus positiv und negativ geladenen Atomen oder “ Ionen.“Während deines Stromschlags flossen diese geladenen Atome als elektrischer Strom mit. Der Strom in Ihrem Fleisch war ein Fluss von positiven Natrium-und Kaliumatomen, negativem Chlor und zahlreichen anderen komplexeren
positiven und negativen Molekülen. Während des elektrischen Stroms flossen die positiven Atome in eine Richtung, während die negativen Atome gleichzeitig in die andere flossen., Stellen Sie sich die Flüsse als Massen von winzigen beweglichen Punkten vor, wobei die Hälfte der Punkte in die eine und die Hälfte in die andere Richtung geht. Die Populationen kleiner Punkte bewegen sich durcheinander, ohne dass Punkte kollidieren. Die postiven Atome verhalten sich wie fließende Protonen, aber Protonen mit ganzen Atomen. Die negativen Atome verhalten sich wie Elektronen, die ein ganzes Atom mit sich ziehen.Einige der Ströme sind-OH negative Wasserionen, und einige der Ströme sind tatsächliche Protonen (obwohl wir normalerweise diese +H positiven Wasserstoffionen nennen.)
Also, im menschlichen Fleisch …,in welche Richtung ging der elektrische Strom WIRKLICH? Folgen wir den negativen Teilchen und ignorieren wir die positiven? Oder umgekehrt, den Positiven folgend? Es gibt eine einfache Antwort, aber zuerst…
Batterien sind ein weiteres Beispiel für nichtelektronische oder“ ionische “ Leiter. Wenn Sie eine Glühbirne an eine Batterie anschließen, bilden Sie einen vollständigen Stromkreis, und der Pfad der fließenden Ladung verläuft durch das Innere der Batterie sowie durch den Glühlampenfaden und die Verbindungsdrähte. Batterieelektrolyt ist sehr leitfähig., Unten in der Batterie, in den nassen Chemikalien zwischen den beiden Platten, erscheinen die Ampere des Blitzlichtstroms als ein Fluss von positiven und negativen Atomen. Es fließt ein starker Strom elektrischer Ladung durch die Batterie, jedoch fließen überhaupt keine einzelnen Elektronen durch die Batterie. Also, während der Zeit, wenn die Ladungen zwischen den beiden Platten der Batterie fließen, was ist die wirkliche Richtung? Nicht von rechts nach links, nicht von links nach rechts, sondern in beide Richtungen gleichzeitig., Etwa die Hälfte des Ladungsflusses besteht aus positiven Atomen, und der verbleibende Teil besteht aus negativen Atomen, die rückwärts fließen. Natürlich ist in (festen, unbeweglichen) Metalldrähten außerhalb der Batterie der reale Partikelfluss nur von negativ nach positiv. Aber innerhalb des nassen Elektrolyten der Batterie geht der Ladungsfluss gleichzeitig in zwei entgegengesetzte Richtungen. (Und wenn wir einen Stromkreis bauen sollten, der vollständig aus Schläuchen voller Salzwasser besteht und keine Metallleiter verwendet werden, wäre der gesamte Strom bidirektional.,)
Zwei-wege-ströme sind gemeinsame
Es gibt viele andere orte, wo diese art von positive / negative chargeflows können gefunden werden. In der folgenden Liste von Geräten und Materialien sind die elektrischen Ladungen,die in den Leitern gefunden werden, eine Kombination von beweglichen positiven und Negativteilchen. Während eines elektrischen Stroms sind beide Arten von Partikelnfließen in entgegengesetzte Richtungen aneinander vorbei.,
ZWEI-WEGE POS/NEG ELEKTRISCHE STRÖME EXISTIEREN KÖNNEN IN:
- batterien
- menschlichen körper
- alle lebenden organismen
- säuren (meist protonen fluss)
- die boden
- die ozean
- der himmel (ionosphäre)
- Elektrolytkondensatoren
- Aluminiumschmelzen
- flüssiges Quecksilber und Lot
- ionenbasierte Rauchmelder
- Galvanotanks
- Protonenleiter und „feste Säure“-Membranen von Brennstoffzellen
- Elektrophorese-Gele in der Forschung (insbesondere, Li>
- Partikelstrahlen
- der vertikale „Himmelsstrom“ in der Atmosphäre
- Gasentladung, der Folgendes umfasst:
- elektrische Funken
- Leuchtstoffröhren
- Natrium-und Quecksilberlichtbogenstraßenbeleuchtung
- Neonzeichen
- die Aurora der Erde
- Blitz-und Koronaentladungen
- Lichtbogenschweißer
- Geigerzähler Rohre
- thyratron Rohre
- Quecksilberdampf Gleichrichter
Diese Liste ist nicht so kurz., Wieder frage ich dich, was ist die WAHRE Richtung der elektrischen Ströme? Wir können das Problem nicht lösen, indem wir es herabsetzen oder so tun, als ob sich wechselseitige Strömungen nur auf etwas Exotisches beziehen, oder so tun, als wäre alles völlig getrennt vom Alltag. Unser eigenes Nervensystem basiert auf den wechselseitigen Strömungen. Wir wagen es nicht zu glauben, dass ein Strom in einem Metalldraht „real“ ist, während Strömungen im menschlichen Fleisch es irgendwie nicht sind.
Nun, was ist “ aktuell?“
Um einen Einblick zu erhalten, lassen Sie uns die Details untersuchen., Während wir versuchen, elektrische Schaltkreise und elektrische Messungen zu verstehen, benötigen wir eine einfache Möglichkeit, Messungen dieser wichtigen Einheit namens „Elektrischer Strom“ durchzuführen.“Aber um Ströme zu messen, müssen wir nicht zuerst messen, wie viel Strom aus negativen Teilchen besteht, die in die eine Richtung gehen, und aus positiven Teilchen in die andere? Ja, aber wir brauchen diese Informationen nur, wenn wir alles über den elektrischen Strom wissen wollen., Die fließenden Negative und Positiven sind normalerweise nicht gleich, und die Geschwindigkeit der Positiven in einer Richtung ist normalerweise nicht die gleiche wie die Geschwindigkeit der Negativen in der anderen. Elektrischer Strom kann kompliziert sein!
Es gibt jedoch einen niedlichen Trick, den wir ziehen können, um zu vermeiden, dass wir die Partikel überhaupt betrachten müssen. Und dieser Trick hält die Antwort auf die Frage.
Elektrische Ströme erzeugen drei Haupteffekte: Magnetismus, Erwärmung und Spannungsabfall über resistive Leiter. Diese drei Effekte decken fast alles ab, was uns in der Elektronik begegnet., Und diese drei Effekte kümmern sich nicht um die Mengen positiver und negativer Teilchen oder um ihre Geschwindigkeit, ihre Masse, ihre Ladung usw. Wenn hundert positive Partikel pro Sekunde nach links fließen, ergibt dies genau so viel Magnetismus, Erwärmung und Spannung wie hundert negative Partikel, die pro Sekunde nach rechts fließen. (Hinweis: Dies liegt daran, dass das Umkehren der Polarität der Partikel den Strom umkehrt und das Umkehren der Partikelrichtung den Strom wieder umkehrt! Zwei Negative machen ein Positives.,) Magnetismus, Heizung und Spannungsabfall stellen zusammen fast jedes Merkmal dar, das in der täglichen elektrischen Schaltung wichtig ist. Daher macht es für die meisten elektrischen Geräte und Schaltungen keinen Unterschied, ob der Strom aus positiven Partikeln besteht, die in die eine Richtung gehen, oder aus negativen Partikeln, die in die andere gehen… oder halb so viele Negative fließen rückwärts durch eine Menge von halb so vielen Positiven.
Einfach ausgedrückt, Ihr Amperemeter kümmert sich nicht um die Richtung oder Geschwindigkeit der fließenden Partikel. Es kann diese nicht messen oder sogar erkennen., Die Definition von „Ampere“ erkennt die Geschwindigkeit der Teilchen, ihre Richtung oder ihre Anzahl nicht an.
Um unsere Messungen und unser mentales Bild elektrischer Ströme zu vereinfachen, schneiden wir die unbenutzten Teile des Bildes ab. Wir betrachten Ampere, nicht fließende Partikel. Wir machen die negativen Teilchen positiv und addieren dann ihren Strom zu allen positiven Teilchen, die vorwärts strömten. Wir ignorieren ihre Geschwindigkeit und messen stattdessen nur die Durchflussrate: die Gesamtladung, die pro Sekunde fließt. Wir hören auf, Strom als einen Fluss realer physikalischer Teilchen zu betrachten., Stattdessen definieren wir absichtlich „elektrischen Strom“ als einen Fluss ausschließlich positiver Teilchen, die in eine bestimmte Richtung fließen. Uns ist die wahre Polarität der Teilchen egal. Wir kümmern uns nicht um ihre Geschwindigkeit, und wir kümmern uns nicht um ihre Anzahl. Wir ignorieren sowohl die chemischen Effekte als auch die Auswirkungen der Geschwindigkeit und Richtung bewegter Partikel. Wir ignorieren die Kollisionen zwischen positiven und negativen Teilchen. Alles, was uns wichtig ist, ist die gesamte Nettoladung, die sich über einen bestimmten Punkt in der Schaltung bewegt. Die tatsächlichen Gebühren sind zu kompliziert zu handhaben., Es ist uns egal, ob Ströme in Ihrem Körper aus halb positiven, halb negativen Partikeln bestehen, die in entgegengesetzte Richtungen fließen!Die zusätzliche Komplexität bringt uns sehr wenig Informationen, solange wir nur an Spannungsabfall, Magnetfeldern und Erwärmung interessiert sind.
Partikelfluss ist real, “ Ampere „und“ Strom „ist nicht
Sobald wir anfangen, die Geschwindigkeit und Richtung der Ladungen zu ignorieren, dann können wir leicht elektrische Instrumente oder“ Ampmeter “ bauen, die diekonventionellen elektrischen Strom in Bezug auf den Magnetismus messen, den Diecharge-Flow erzeugt…, oder durch den Spannungsabfall, der über einen Widerstand auftritt, oder durch den Temperaturanstieg, der in einem kalibrierten Stück Widerstandsdraht erzeugt wird. Diese drei Arten von Messgeräten stimmen überein, dass ein“ Strom „unabhängig von den Partikelpolaritäten und-strömen ein“ Strom “ ist. Dann können wir diese Zähler überall benutzen. In fast jeder Situation werden sie uns alles erzählen, was wir jemals über Ströme von geladenen Partikeln in jedem Stromkreis wissen wollen. Ein Amp-Meter ist möglicherweise nicht geeignet, wennverwendet in einem exotischen physikalischen Experiment., Es wird nicht das richtige Bild malen, wenn Elektronenstrahlen in Vakuumröhren oder Ionenflüsse in Nervenfasern zu entwerfen. Es kann realcurrent nicht erkennen; Stattdessen misst es nur unseren konventionell definierten Simplecurrent. Aber für mehr als 99% der elektrizität und elektronik, diedirektion der partikel ist irrelevant, und ein amperemeter sagt uns theso-genannte „echte“ strom während versteckt die wahre partikel fließt.,
Oder um es einfach auszudrücken: Wir geben vor, dass“ elektrische Ströme “ immer aus POSITIVEN Teilchen unbekannter Geschwindigkeit bestehen, so dass negative Ströme als positive Teilchen definiert werden, die rückwärts fließen, anstatt negative Teilchen, die vorwärts fließen.
Verwirrende Studenten für zweihundert Jahre
Wir verursachen einige Probleme, indem wir eine positive Ladungskonvention wählen. Was passiert zum Beispiel, wenn wir alle viele Jahre damit verbringen, über einen solchen „elektrischen Strom“ nachzudenken?“Könnten wir irgendwann anfangen zu glauben, dass dieses vereinfachte Konzept des positiven elektrischen Stroms REAL ist?, Doch es ist nicht real, es ist einfach eine Möglichkeit, die Dinge zu vereinfachen. Es gibt einen echten Unterschied zwischen dem vereinfachten Bild und den tatsächlichen Partikelflüssen. Die Verstärker in Salzwasser und Metallen würden nicht ganz mit einem visuellen Bild bewegter Partikel übereinstimmen. Aber wenn wir wirklich glauben, dass die Ampere real sind, könnten wir anfangen, an der Existenz fließender Ladungen zu zweifeln. Wir könnten anfangen, „elektrischen Strom“ selbst als eine Art abstraktes, unsichtbares, schwer vorstellbares Ding zu sehen. Wir könnten den Überblick verlieren, dass elektrischer Strom ein tatsächlicher Materiefluss ist., Wir könnten den Überblick verlieren, dass in diesem Kreislauf echte, sichtbare Teilchen fließen oder dass diese Teilchen eine tatsächliche Durchschnittsgeschwindigkeit, Masse und Richtung haben.
Weil „Ampere“ so unglaublich nützlich sind, übernimmt die vereinfachte Interpretation von Strom und wird realer als die Realität. Itallows uns zu verstehen, Teile der physikalischen Wissenschaft, die sonst vielleicht betoo kompliziert vorstellen. Doch bei der Übernahme der positiven Ladungen bleiben einige quälende Fragen zurück: „IN WELCHE RICHTUNG FLIEßT DER STROM WIRKLICH?“(grinst!)
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