W którą stronę naprawdę płynie Elektryczność?

ponieważ ujemne cząstki noszą nazwę, która brzmi jak „elektryczność”, niektórzy początkujący niestety zaczynają myśleć, że elektrony są elektrycznością i błędnie zaczynają sobie wyobrażać, że protony (mają znacznie mniej elektryczną nazwę?) nie są elektryczne. Kilka tekstów i podręczników nawet wprost to stwierdza, mówiąc, że elektryczność składa się z elektronów. Nie, źle. W rzeczywistości elektrony i protony przenoszą ładunki elektryczne o równej sile. Jeśli elektrony są „elektrycznością”, to protony też są „elektrycznością”.,

teraz wszyscy słusznie mi powiedzą, że protony w przewodach nie mogą płynąć, podczas gdy elektrony mogą. Tak, to prawda… ale dotyczy tylko metali. Dotyczy to tylko metali stałych. I dotyczy tylko metali stałych, które się nie poruszają. Wszystkie metale składają się z dodatnio naładowanych atomów zanurzonych w morzu ruchomych elektronów. Gdy prąd elektryczny powstaje w stałym, Nie poruszającym się drucie miedzianym, „morze elektronów” porusza się do przodu, ale protony w dodatnich atomach miedzi nie.,

jednak metale stałe nie są jedynymi przewodnikami, a w wielu innych substancjach dodatnie Atomy *do* poruszają się, a one *do* uczestniczą w prądzie elektrycznym. Ci różni przewodnicy nie są niczym egzotycznym. Są one bardzo powszechne, wszędzie wokół nas; tak blisko nas, jak tylko mogą być.

przepływ ładunku Nieelektronowego

na przykład, gdybyś chciał wsadzić palce w tył telewizora w starym stylu, doznałbyś niebezpiecznego lub śmiertelnego porażenia prądem elektrycznym. Podczas Twojego bolesnego doświadczenia, był oczywiście znaczny prąd kierowany przez twoje ciało., Jednak żadne elektrony nie przepłynęły przez twoje ciało. Ładunki elektryczne w ludzkim ciele składają się w całości z dodatnich i ujemnych naładowanych atomów lub „jonów”.”Podczas Twojego porażenia prądem, To właśnie te naładowane Atomy płynęły razem jako prąd elektryczny. Prąd w twoim ciele był przepływem dodatnich atomów sodu i potasu, ujemnego chloru i wielu innych bardziej złożonych

dodatnich i ujemnych cząsteczek. Podczas prądu elektrycznego dodatnie Atomy płynęły w jednym kierunku, podczas gdy ujemne Atomy jednocześnie płynęły w drugim., Wyobraź sobie, że przepływy są jak tłumy małych ruchomych kropek, z połową kropek podążających w jednym kierunku, a połową w drugim. Populacje małych kropek poruszają się między sobą bez kolizji kropek. Pozorne Atomy zachowują się jak płynące protony, ale protony z dołączonymi całymi atomami. Ujemne Atomy zachowują się jak elektrony, które ciągną cały atom wraz z nimi.Część przepływów to ujemne jony wodne-OH, a część to rzeczywiste protony (choć zwykle nazywamy je dodatnimi jonami wodorowymi +H.)

czyli w ludzkim ciele …,w którym kierunku rzeczywiście poszedł prąd elektryczny? Czy podążamy za negatywnymi cząstkami i ignorujemy pozytywne? Lub odwrotnie, podążając za pozytywami? Jest prosta odpowiedź, ale najpierw…

baterie są kolejnym przykładem przewodów nieelektronowych lub „jonowych”. Za każdym razem, gdy podłączasz żarówkę do akumulatora, tworzysz kompletny obwód, a ścieżka przepływającego ładunku przechodzi przez wnętrze akumulatora, a także przez Żarnik Żarówki i przewody łączące. Elektrolit akumulatora jest bardzo przewodzący., W dół wewnątrz baterii, w mokrych chemikaliów między dwiema płytami, ampery prądu latarki pojawia się jako przepływ zarówno dodatnich, jak i ujemnych atomów. Przez akumulator przepływa potężny przepływ ładunku elektrycznego, jednak przez akumulator nie przepływają żadne pojedyncze elektrony. Więc, w czasie, gdy ładunki przepływają między dwoma płytami akumulatora, jaki jest rzeczywisty kierunek? Nie od prawej do lewej, nie od lewej do prawej, ale w obu kierunkach naraz., Około połowa przepływu ładunku składa się z atomów dodatnich, a pozostała część składa się z atomów ujemnych przepływających do tyłu. Oczywiście w (stałych, nieruchomych) metalowych przewodach poza baterią, rzeczywisty przepływ cząstek jest tylko od ujemnego do dodatniego. Ale wewnątrz mokrego elektrolitu akumulatora przepływ ładunku idzie w dwóch przeciwnych kierunkach w tym samym czasie. (A gdybyśmy zbudowali Obwód całkowicie z węży pełnych słonej wody, bez użycia metalowych przewodników, wówczas cały prąd byłby dwukierunkowy.,)

prądy dwukierunkowe są powszechne

istnieje wiele innych miejsc, w których można znaleźć tego rodzaju obciążenia dodatnie/ujemne. W poniższym wykazie urządzeń i materiałów ładunki elektryczne znajdujące się w przewodach są kombinacją ruchomych części dodatnich i ujemnych. Podczas prądu elektrycznego obie odmiany cząstek przepływają obok siebie w przeciwnych kierunkach.,

dwukierunkowe prądy elektryczne POS/NEG mogą istnieć w:

• baterie
• ciała ludzkie
• wszystkie organizmy żywe
• kwasy (głównie przepływ protonów)
• Ziemia
• ocean
• Sky (jonosfera)
• kondensatory elektrolityczne
• huty aluminium
• ciekła rtęć i lutowanie
• jonowe detektory dymu
• zbiorniki galwaniczne
• przewód protonowy ogniw paliwowych i membrany „stałego kwasu”
• żele do elektroforezy w badaniach (ESP., Badania DNA)
• oczyszczacze powietrza, wytrącacze dymu, przepływy jonów powietrza
• wiązki cząstek
• pionowy „prąd nieba” w atmosferze
• wyładowanie gazowe, które obejmuje:
  • iskry elektryczne
  • lampy fluorescencyjne
  • światła łukowe sodowe i rtęciowe
  • neony
  • Zorza Ziemi
  • wyładowania piorunowe i koronowe
  • spawarki łukowe
  • rury licznikowe Geigera
  • rury tyratronowe
  • prostowniki pary rtęciowej

Ta lista nie jest tak krótka., Ponownie pytam, jaki jest prawdziwy kierunek prądów elektrycznych? Nie możemy rozwiązać problemu umniejszając go, udając, że nurty dwukierunkowe odnoszą się tylko do czegoś egzotycznego, lub udając, że to wszystko jest całkowicie oddzielone od codziennego życia. Nasz własny układ nerwowy opiera się na prądach dwukierunkowych. Nie śmiemy myśleć, że prąd w metalowym drucie jest „prawdziwy”, podczas gdy prądy w ludzkim ciele jakoś nie są.

Co to jest „aktualne?”

aby uzyskać wgląd, przyjrzyjmy się szczegółom., Starając się zrozumieć obwody elektryczne i pomiary elektryczne, potrzebujemy prostego sposobu, aby dokonać pomiarów tego ważnego podmiotu o nazwie ” prąd elektryczny.”Ale aby zmierzyć prądy, czy nie musimy najpierw zmierzyć, ile prądu składa się z cząstek ujemnych, które płyną w jedną stronę, a cząstek dodatnich w drugą? Tak, ale potrzebujemy tych informacji tylko wtedy, gdy chcemy wiedzieć wszystko o prądzie elektrycznym., Płynące negatywy i pozytywy zwykle nie są równe, a prędkość pozytywów w jednym kierunku zwykle nie jest taka sama jak prędkość negatywów w drugim. Prąd elektryczny może być skomplikowany!

jednak jest taka urocza sztuczka, którą możemy wyciągnąć, aby w ogóle nie musieć patrzeć na cząstki. I ta sztuczka zawiera odpowiedź na pytanie.

prądy elektryczne wytwarzają trzy główne efekty: magnetyzm, ogrzewanie i spadek napięcia na przewodach rezystancyjnych. Te trzy efekty obejmują prawie wszystko, co spotykamy w elektronice., I te trzy efekty nie dbają o ilość cząstek dodatnich i ujemnych, ani o ich prędkość, masę, ładunek itp. Jeśli sto dodatnich cząstek płynie w lewo na sekundę, daje to dokładnie tyle magnetyzmu, nagrzewania i napięcia, co sto ujemnych cząstek płynących w prawo na sekundę. (Uwaga: dzieje się tak dlatego, że odwrócenie polaryzacji cząstek odwraca prąd, a odwrócenie kierunku cząstek odwraca prąd ponownie! Dwa negatywy dają pozytyw.,) Magnetyzm, ogrzewanie i spadek napięcia razem reprezentują prawie każdą cechę, która jest ważna w codziennych obwodach elektrycznych. W związku z tym, jeśli chodzi o większość urządzeń i obwodów elektrycznych, nie ma znaczenia, czy prąd jest zbudowany z cząstek dodatnich idących w jedną stronę, czy cząstek ujemnych idących w drugą… albo o połowę mniej negatywów płynących do tyłu przez tłum o połowę mniej pozytywów.

mówiąc prościej, Twój amperomierz nie dba o kierunek lub prędkość przepływających cząstek. Nie może ich zmierzyć ani nawet wykryć., Definicja „Ampere” nie uwzględnia prędkości cząstek, ich kierunku ani ich liczby.

Tak więc, aby uprościć nasze pomiary i nasz umysłowy obraz prądów elektrycznych, odcinamy nieużywane części obrazu. Patrzymy na Ampery, a nie na płynące cząstki. Robimy ujemne cząstki dodatnie, a następnie dodajemy ich prąd do wszelkich dodatnich cząstek, które płynęły do przodu. Ignorujemy ich prędkość, a zamiast tego mierzymy tylko natężenie przepływu: całkowity ładunek płynący na sekundę. Przestajemy myśleć o prądzie jako o przepływie prawdziwych cząstek fizycznych., Zamiast tego celowo definiujemy „prąd elektryczny” jako przepływ wyłącznie dodatnich cząstek płynących w jednym określonym kierunku. Nie obchodzi nas prawdziwa polaryzacja cząstek. Nie dbamy o ich szybkość, ani o ich liczbę. Ignorujemy zarówno efekty chemiczne, jak i efekty prędkości i kierunku poruszających się cząstek. Ignorujemy kolizje pomiędzy dodatnimi i ujemnymi cząstkami. Zależy nam tylko na całkowitym ładunku netto, który przechodzi obok określonego punktu w obwodzie. Prawdziwe zarzuty są zbyt skomplikowane., Nie obchodzi nas, czy jakieś prądy wewnątrz twojego ciała są zbudowane z pół-dodatnich, pół-ujemnych cząstek płynących w przeciwnych kierunkach!Dodatkowa złożoność dostarcza nam bardzo mało informacji, o ile interesuje nas tylko spadek napięcia, pole magnetyczne i ogrzewanie.

przepływ cząstek jest rzeczywisty, „Ampery” i „prąd” nie są

gdy zaczniemy ignorować prędkość i kierunek ładunków, możemy z łatwością zbudować instrumenty elektryczne lub „amprometry”, które mierzą konwencjonalny prąd elektryczny pod względem magnetyzmu, jaki tworzy przepływ duży…, lub przez spadek napięcia, który pojawia się na rezystorze, lub przez wzrost temperatury tworzony w skalibrowanym kawałku drutu oporowego. Te trzy typy mierników zgadzają się, że „prąd” jest „prądem” niezależnie od polaryzacji cząstek i przepływów. Wtedy możemy używać tych mierników wszędzie. W prawie każdej sytuacji powiedzą nam wszystko, co moglibyśmy kiedykolwiek chcieć wiedzieć o przepływach naładowanych części w dowolnym obwodzie. Amp-metr może nie być odpowiedni, gdy jest używany w egzotycznym eksperymencie fizycznym., Nie namaluje poprawnego obrazu podczas projektowania wiązek elektronów wewnątrz rur próżniowych lub przepływu jonów we włóknach nerwowych. Nie może wykryć realnego prądu; zamiast tego mierzy tylko nasze umownie zdefiniowane simplecurrent. Ale dla ponad 99% elektryczności i elektroniki, kierunek cząstek jest nieistotny, a amperomierz mówi namo-zwany” rzeczywistym ” prądem, ukrywając prawdziwe przepływy cząstek.,

lub mówiąc prościej: udajemy, że „prądy elektryczne” zawsze składają się z cząstek dodatnich o nieznanej prędkości, tak że wszelkie prądy ujemne są definiowane jako cząstki dodatnie przepływające do tyłu, a nie cząstki ujemne przepływające do przodu.

dezorientując studentów od dwustu lat

sprawiamy pewne problemy wybierając konwencję dodatniego ładunku. Na przykład, co się stanie jeśli wszyscy spędzimy wiele lat myśląc w kategoriach tak uproszczonego ” prądu elektrycznego?”Czy możemy w końcu zacząć wierzyć, że to uproszczone pojęcie pozytywnego prądu elektrycznego jest prawdziwe?, Ale to nie jest prawdziwe, to po prostu jeden ze sposobów na uproszczenie rzeczy. Istnieje prawdziwa różnica między uproszczonym obrazem a rzeczywistymi przepływami cząstek. Wzmacniacze wewnątrz słonej wody i metali nie pasowałyby do wizualnego obrazu poruszających się cząstek. Ale jeśli naprawdę wierzymy, że ampery są prawdziwe, możemy zacząć wątpić w istnienie płynących ładunków. Możemy zacząć postrzegać „prąd elektryczny” jako coś abstrakcyjnego, niewidzialnego, trudnego do wyobrażenia. Możemy zapomnieć o faktach, że prąd elektryczny jest faktycznym przepływem materii., Możemy zgubić fakt, że istnieją rzeczywiste, widoczne cząstki przepływające wewnątrz tego obwodu, lub że cząstki te mają rzeczywistą średnią prędkość, masę i kierunek.

ponieważ „ampery” są tak niezwykle użyteczne, Uproszczona interpretacja Prądu przejmuje kontrolę i staje się bardziej realna niż rzeczywistość. Pozwala nam zrozumieć części nauk fizycznych, które w przeciwnym razie mogą być skomplikowane do wyobrażenia. Ale pozwalając na przejęcie pozytywnych zarzutów, pozostawiono kilka dokuczliwych pytań, takich jak „w którą stronę naprawdę płynie prąd?”(grin!)