כיוון הזרם החשמלי

אנו מחברים את ה-LED לסוללת האצבע, ואם הקוטביות נשמרת כהלכה, היא תידלק. לאיזה כיוון ישקע הזרם? כיום, כולם יודעים זאת מבפנים ומבחוץ. ולכן בתוך הסוללה ממינוס לפלוס - אחרי הכל, הזרם במעגל החשמלי הסגור הזה הוא קבוע.

כיוון התנועה של חלקיקים טעונים חיובית נחשב לכיוון הזרם במעגל, אבל אחרי הכל, אלקטרונים נעים במתכות, והם, אנחנו יודעים, טעונים שלילי. המשמעות היא שבמציאות המושג "כיוון נוכחי" הוא מוסכמה. בואו נבין מדוע, כאשר אלקטרונים עוברים במעגל ממינוס לפלוס, כולם מסביבם אומרים שהזרם עובר מפלוס למינוס... למה זה אבסורד?

התשובה טמונה בהיסטוריה של היווצרות הנדסת חשמל. כשפרנקלין פיתח את תיאוריית החשמל שלו, הוא ראה בתנועתו תנועה של נוזל, שנראה כאילו זורם מגוף אחד למשנהו. היכן שיש יותר נוזל חשמלי, הוא זורם בכיוון שבו יש פחות ממנו.

מסיבה זו, פרנקלין כינה גופים עם עודף של נוזל חשמלי (בתנאי!) מחושמל חיובי, וגופים עם חוסר נוזל חשמלי, מחושמל שלילי. מכאן מגיע רעיון התנועה. מטענים חשמליים... המטען החיובי זורם, כאילו דרך מערכת של כלי תקשורת, מגוף טעון אחד למשנהו.

מאוחר יותר, החוקר הצרפתי שארל דופאי בניסויים שלו עם חיכוך מחשמל גילה שלא רק גופות משופשפות, אלא גם גופות משופשפות נטענות, ובמגע מנוטרלים המטענים של שני הגופים. מסתבר שלמעשה ישנם שני סוגים נפרדים של מטען חשמלי שכאשר הם מקיימים אינטראקציה, מבטלים זה את זה. תיאוריית שני החשמל הזו פותחה על ידי בן דורו של פרנקלין, רוברט סימר, שבעצמו השתכנע שמשהו בתיאוריה של פרנקלין לא לגמרי נכון.

הפיזיקאי הסקוטי רוברט סימר לבש שני זוגות גרביים: גרבי צמר חמים ואחד משי שני מלמעלה. כשהסיר את שתי הגרביים מרגלו בבת אחת ואחר כך הסיר גרב אחת מהשנייה, הבחין בתמונה הבאה: גרבי הצמר והמשי התנפחו, כאילו קיבלו את צורת רגליו ונדבקו בחדות זו לזו. במקביל, גרביים העשויות מאותו חומר, כמו צמר ומשי, דוחים זה את זה.

אם סימר החזיק שני גרבי משי ביד אחת ושתי גרבי צמר בשנייה, אז כשהביא את ידיו זו לזו, דחיית גרביים מאותו חומר ומשיכת גרביים מחומרים שונים הביאו לאינטראקציה מעניינת ביניהן: שונות. גרביים כאילו התנפלו זה על זה ונשזרו לכדור.

תצפיות על התנהגות הגרביים שלו הובילו את רוברט סימר למסקנה שבכל גוף אין אחד, אלא שני נוזלים חשמליים, חיוביים ושליליים, הכלולים בגוף בכמויות שוות.

כששני גופים מתחככים, אחד מהם יכול לעבור מגוף אחד למשנהו, אז יהיה עודף של אחד הנוזלים בגוף אחד, ומחסור שלו בגוף השני. שני הגופים יתחשמלו, מול בחשמל שלט.

עם זאת, ניתן להסביר בהצלחה תופעות אלקטרוסטטיות באמצעות השערת פרנקלין והשערה של סימר לגבי שני כוחות חשמליים. התיאוריות הללו מתחרות זו בזו כבר זמן מה.

כאשר ב-1779 יצר אלסנדרו וולטה את העמוד הוולטאי שלו, שלאחריו נחקרה אלקטרוליזה, הגיעו המדענים למסקנה החד משמעית שאכן שני זרמים מנוגדים של נושאי מטען נעים בתמיסות ובנוזלים - חיובי ושלילי. התיאוריה הדואליסטית של זרם חשמלי, למרות שלא הובנה על ידי כולם, בכל זאת ניצחה.

לבסוף, בשנת 1820, בנאום בפני האקדמיה למדעים של פריז, אמפר הציע לבחור באחד מכיווני תנועת המטען ככיוון העיקרי של הזרם. זה היה נוח לו לעשות זאת מכיוון שאמפר חקר את האינטראקציה של זרמים זה עם זה וזרמים עם מגנטים. וכך בכל פעם במהלך הודעה שלא לדבר על שני זרמים של מטען הפוך נעים בשני כיוונים לאורך חוט אחד.

אמפר הציע פשוט לקחת את כיוון התנועה של חשמל חיובי לכיוון הזרם וכל הזמן לדבר על כיוון הזרם, כלומר תנועה של מטען חיובי... מאז מיקום הכיוון של הזרם שהוצע על ידי אמפר התקבל בכל מקום ונמצא בשימוש ועד היום.

כאשר מקסוול פיתח את תיאוריית האלקטרומגנטיות שלו והחליט ליישם את כלל הבורג הימני מטעמי נוחות בקביעת כיוון וקטור האינדוקציה המגנטי, הוא גם דבק בעמדה זו: כיוון הזרם הוא כיוון התנועה של מטען חיובי.

פאראדיי, מצדו, מציין שכיוון הזרם מותנה, הוא רק כלי נוח למדענים לקבוע באופן חד משמעי את כיוון הזרם. לנץ מציג את שלטון לנץ שלו (ראה - חוקי יסוד של הנדסת חשמל), משתמש גם במונח "כיוון זרם" במשמעות תנועת החשמל החיובי. זה פשוט נוח.

וגם לאחר שתומסון גילה את האלקטרון ב-1897, האמנה של כיוון הזרם עדיין התקיימה. גם אם רק אלקטרונים נעים בפועל בחוט או בוואקום, הכיוון ההפוך עדיין נלקח ככיוון הזרם - מפלוס למינוס.

יותר ממאה שנה לאחר גילוי האלקטרון, למרות רעיונותיו של פאראדיי לגבי יונים, אפילו עם הופעת צינורות אלקטרונים וטרנזיסטורים, למרות שהיו קשיים בתיאורים, המצב הרגיל עדיין נשאר. אז יותר נוח לעבוד עם זרמים, לנווט בשדות המגנטיים שלהם, ונראה שזה לא גורם לקשיים אמיתיים לאף אחד.

ראה גם:תנאים לקיומו של זרם חשמלי