Направление электрического тока
Подключим к пальчиковой батарейке светодиод, и если полярность окажется соблюдена правильно, то он засветится. В каком направлении установится ток? В наше время всем известно, что от плюса к минусу. А внутри батарейки, стало быть, от минуса к плюсу — ток ведь в этой замкнутой электрической цепи постоянный.
За направление тока в цепи принято считать направление движения положительно заряженных частиц, но ведь в металлах то движутся электроны, а они, мы знаем, заряжены отрицательно. Значит в реальности понятие «направление тока» — это условность. Давайте разберемся, почему в то время как электроны текут по цепи от минуса к плюсу, все вокруг говорят, что ток идет от плюса к минусу . Для чего такая несуразность?
Ответ кроется в истории становления электротехники. Когда американский государственный деятель, писатель и физик Бенджамин Франклин разрабатывал свою теорию электричества, он рассматривал его движение подобно движению жидкости, которая как-бы перетекает от одного тела к другому. Где электрической жидкости больше — оттуда она течет в ту сторону, где ее меньше.
Франклин поэтому и назвал тела с избытком электрической жидкости (условно!) положительно электризованными, а тела с недостатком электрической жидкости — отрицательно электризованными. Отсюда и пошло представление о движении электрических зарядов. Положительный заряд перетекает, словно через систему сообщающихся сосудов, от одного заряженного тела к другому.
Позже французский исследователь Шарль Дюфе в своих экспериментах с электризацией натиранием установил, что заряжаются не только натираемые тела, но и натирающие, причем при контакте заряды обеих тел нейтрализуется. Получалось, что есть на самом деле два отдельных вида электрического заряда, которые при взаимодействии друг друга нейтрализуют. Эту теорию двух электричеств развил современник Франклина Роберт Симмер, который на себе убедился в том, что в теории Франклина что-то не до конца правильно.
Шотландский физик Роберт Симмер носил по две пары чулок: утепленные шерстяные и сверху еще вторые шелковые. Когда он снимал с ноги оба чулка сразу, а затем выдергивал один чулок из другого, то наблюдал такую картину: шерстяной и шелковый чулки раздуваются, принимая как бы форму его ноги и резко слипаются друг с другом. При этом чулки из одинакового материла, как шерстяные и шелковые, отталкивались друг от друга.
Если же Симмер держал в одной руке два шелковых, а в другой — два шерстяных чулка, то когда он сближал руки, отталкивание чулков из одинакового материала и притяжение чулков из разного материала приводило к интересному взаимодействию между ними: разнородные чулки словно набрасывались друг на друга и сплетались в клубок.
Наблюдения за поведением собственных чулков привели Роберта Симмера к выводу, что в каждом теле имеется не одна, а две электрические жидкости – положительная и отрицательная, которые содержатся в теле в одинаковых количествах.
При натирании двух тел какая-то из них может перейти из одного тела в другое, тогда в одном теле окажется избыток одной из жидкостей, а в другом – ее недостаток. Оба тела станут наэлектризованными противоположными по знаку электричествами.
Тем не менее, электростатические явления успешно можно было объяснить как при помощи гипотезы Франклина, так и при помощи гипотезы двух электричеств Симмера. Эти теории некоторое время конкурировали между собой.
Когда же в 1779 году Алессандро Вольта создал свой вольтов столб, после чего был исследован электролиз, ученые пришли к однозначному выводу, что действительно в растворах и жидкостях движутся два противоположных потока носителей заряда — положительные и отрицательные. Дуалистическая теория электрического тока, хотя и не была понятна всем, все же восторжествовала.
Наконец, в 1820 году, выступая перед Парижской академией наук, Ампер предлагает выбрать в качестве основного направления тока одно из направлений движения заряда. Ему было удобно сделать так, поскольку Ампер исследовал взаимодействия токов между собой и токов с магнитами. И чтобы каждый раз во время сообщения не упоминать, что в двух направлениях по одному проводнику движутся два потока противоположного заряда.
Ампер предложил просто принять за направление тока направление движения положительного электричества, и все время говорить о направлении тока, имея ввиду движение положительного заряда . С тех пор предложенное Ампером положение о направлении тока принято повсеместно, и используется до сих пор.
Когда Максвелл разрабатывал свою теорию электромагнетизма, и решил применять правило правого винта для удобства определения направления вектора магнитной индукции, он также придерживался этого положения: направление тока — это направление движения положительного заряда.
Фарадей в свою очередь отмечал, что направление тока условно, это просто удобное средство для ученых, чтобы однозначно определять направление тока. Ленц, вводя свое Правило Ленца (смотрите — Основные законы электротехники), также оперировал термином «направление тока», имея ввиду движение положительного электричества. Это просто удобно.
И даже после того как Томсон в 1897 году открыл электрон, условность направления тока все равно сохранилась. Даже если в проводнике или в вакууме реально движутся только электроны, все равно за направление тока принимается противоположное направление — от плюса к минусу.
Спустя уже более века с момента открытия электрона, несмотря на представления еще Фарадея об ионах, даже с появлением электронных ламп и транзисторов, хотя и появились трудности в описаниях, все равно привычное положение дел сохраняется. Так просто удобнее оперировать с токами, ориентироваться в их магнитных полях, и никаких реальных трудностей это, похоже, ни у кого не вызывает.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Как в реальности протекает электрический ток?
Существование современного мира невозможно представить без электрического тока. Он обеспечивает функционирование огромного множества устройств и электроприборов, а также целых систем. Понятие «электрический ток» помогает провести аналогию между этим явлением и протеканием жидкости, что придает данному термину некоторую наглядность.
Электрический ток протекает благодаря тому, что электромагнитное поле движется вдоль проводящей среды со скоростью, примерно равной скорости света. Данное движение идет в направлении от большего потенциала к меньшему, то есть от «+» к «-». Одновременно с этим носители зарядов перемещаются с чуть медленнее и в разных направлениях (в зависимости от материала).
Какие бывают носители зарядов?
Существуют два вида носителей зарядов – отрицательные и положительные. Заряд со знаком «минус» может иметь ионы и электроны, а положительный заряд в основном имеют только ионы. Отрицательные заряды перемещаются в направлении большему потенциала, а положительные – наоборот. Это движение и приводит к появлению электрического тока.
Данная неопределенность устранена в общепринятом правиле, которое гласит, что ток всегда протекает от «+» к «-», вне зависимости от типа зарядов.
Как заряды движутся в металлах?
Почти все металлы, применяемые в электротехнике, не содержат ионов, поскольку пребывают в твердом состоянии.
Для них свойственна проводимость электронного типа. Это означает, что свободные электроны, выступающие в роли носителей зарядов, движутся в направлении, обратном току.
Металлы обладают относительно низким электрическим сопротивлением. Если разность потенциалов отсутствует, электрическое поле срывает электроны со своих орбит. По этой причине при небольшой разности потенциалов возникает значимое количество носителей зарядов.
Как заряды движутся в полупроводниках?
Полупроводники имеют гораздо более низкую проводимость, чем металлы (в условиях комнатной температуры). Существуют полупроводники двух типов – n и p. Полупроводники первого типа содержат избыток электронов. Когда они переходят к p-типу, возникает их недостаток. Остальные электроны без особых трудностей перемещаются по своим возможным местам внутри атома. Это равноценно движению зарядов со знаком «+».
Поскольку в полупроводниках электроны слабо связаны с атомами, при повышении температуры изменяется количество несвязанных электронов, и проводимость полупроводника быстро возрастает.
Вывод: в полупроводниках заряды могут двигаться в направлении протекания тока или же в противоположном направлении (p- и n-тип соответственно).
Как заряды движутся в газах и жидкостях?
В жидкостях и газах носителями зарядов выступают ионы, которые бывают отрицательными (так называемые катионы) и положительными (анионы). Если количество катионов больше, они движутся обратно направлению тока. Если же преобладают анионы, их движение совпадает с направлением тока.
Почему ток течет от плюса к минусу
Здравствуйте. Недавно увлекся электроникой и решил поглубже изучить процессы происходящие в ней. И возник у меня, может быть глупый, вопрос, на который никак не могу найти ответ: «Как течет ток? От + к — или наоборот?». Если на плюсе источника избыток положительно заряженных частиц, а на минусе отрицательных, а ток — это упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц, то он должен по всей логике двигаться от — к +. Почему в учебных руководствах и статьях описывают, что от + к -. Мне это ломает голову,не могу разобраться. Может кто объяснит простым и доходчивым языком.
Статус: отсутствует
Участники
Это как спор звук кусков корсмической пыли чья фантазия лучше . есть куча статей по данной теме
Статус: отсутствует
| spjashiij | Дата: Понедельник, 23.11.2015, 06:12:07 | Сообщение # 3 |
| Автор темы |
Участники
Цитата sanekuser ( )
есть куча статей по данной теме
Да вот начитался уже статей по данной теме. Че только не пишут. Вплоть до колебаний эфирного пространства в резонирующем проводнике вместо электронов.
Добавлено (23/11/2015, 06:12:07)
———————————————
Вообще вопрос у меня возник при детальном изучении работы диода. Особенно вот эта картинка. Которая ну явно противоречит сама себе.
На ней ясно видно, что ток (упорядоченное движение электронов) идет от минуса к плюсу. Но на ней же подписан прямой ток диода в обратном направлении. Может я что не так понимаю.
Статус: отсутствует
Участники
spjashiij, Электрический ток-это упорядоченное движение не только электронов,но и других заряженных частиц.За направление движения электрического тока,условно принимают движение положительного заряда к отрицательному.А электроны создающие ток, движутся как раз в обратном направлении.
Так сложилось исторически.Исследователи,в своё время договорились считать движение тока от + к — ещё до открытия электрона.Независимо от того,что и как движется в реальности.Электрический ток
Статус: отсутствует
| spjashiij | Дата: Понедельник, 23.11.2015, 11:55:12 | Сообщение # 5 |
| Автор темы |
Участники
shup, окей.но двигаются же электроны,а не положительные ионы. Т.е. движения от плюса к минусу в реальности не существует. Есть только обратное движение. Т.е. все пользуются нереальным фактом, противоположным реальному. Ведь так?
Статус: отсутствует
Участники
тут я думаю (что-бы понять) интересна будет эта Задачка:
Урок 1. Электричество: куда бегут электроны
Предположим, что в городе-герое Москве имеется некая розетка, самая такая обычная розетка, которые есть и у Вас дома. Так же предположим, что мы протянули провода из Москвы во Владивосток и подключили во Владивостоке лампочку (опять же, лампа совершенно обычная, такая же освещает сейчас комнату и мне, и Вам). Итого, что мы имеем: лампочка, присоединенная к концам двух проводов во Владивостоке и розетку в Москве. Теперь вставим «московские» провода в розетку. Если мы не будем учитывать массу всяких условий и просто предположим, что лампочка во Владивостоке загорелась, то попробуйте предположить, доберутся ли электроны, которые в данный момент находятся в розетке в Москве в нить накала лампочки во Владивостоке? Что случится, если мы подключим лампочку не к розетке, а к аккумулятору?
Статус: отсутствует
Участники
Цитата spjashiij ( )
shup, окей.но двигаются же электроны,а не положительные ионы. Т.е. движения от плюса к минусу в реальности не существует. Есть только обратное движение. Т.е. все пользуются нереальным фактом, противоположным реальному. Ведь так?
Получается так.Сути дела это не меняет.Все физические законы работают.Не имеет значения,куда в реальности течёт ток.Видимо в честь великих учёных,решили оставить так как они предполагали изначально.
Статус: отсутствует
Pro Audio
Цитата spjashiij ( )
на плюсе источника избыток
как это определили?
Может в самый раз!
Цитата shup ( )
Не имеет значения куда в реальности течёт ток
Это верно. Как в очереди- либо мы двигаемся, либо освободившиеся места идут к нам. Смотря что курить на этапе анализа.
Статус: отсутствует
Участники
Цитата SFINKS22 ( )
то попробуйте предположить, доберутся ли электроны, которые в данный момент находятся в розетке в Москве в нить накала лампочки во Владивостоке? Что случится, если мы подключим лампочку не к розетке, а к аккумулятору
Из розетки не доберутся, так как переменное напряжение двигает их сначала в одну сторону, а через 10ms. в обратную, и через еще 10ms. опять в ту.
А если к аккумулятору, то зависит от силы тока и от количества свободных электронов в скажем метре провода, когда они достигнут лампочки. Медленно(меньше 0,1мм/сек.) но будут двигаться.
Цитата spjashiij ( )
Т.е. движения от плюса к минусу в реальности не существует. Есть только обратное движение.
В электролитах положительные ионы двигаются как принято, от «+» к «-«.
Статус: отсутствует
Участники
Если ты не академик,то это тебе не надо.
Из бутылки водки в стопку текут, а назад нет. Шутка!
Статус: отсутствует
| spjashiij | Дата: Вторник, 24.11.2015, 03:11:40 | Сообщение # 11 |
| Автор темы |
Участники
Спасибо большое за помощь в разборе вопроса. Решил, что приму пока все как есть. Раз задумано, что от + к -, и все работает, значит какая то доля истины в этом есть. А может и правда мне это не дано, я ж не академик Может в процессе изучения и придет более полное понимание
Статус: отсутствует
Участники
spjashiij, просто как совет, изучите твердотельную электронику, тогда поймете как осуществляется перенос заряда, с каких орбиталей и т.д.
Статус: отсутствует
Участники
Цитата spjashiij ( )
«Как течет ток? От + к — или наоборот?».
ты бы голову всякой дрянью не забивал бы! Ток течет от плюса к минусу и точка . Все потому что так решили на заре электротехники, когда понятия электрон не было. Книги переписывать НИКТО не будет
На самом деле — происходит переток положительно заряженных частиц и отрицательных. Электрон отрицателен и он меньше размерами, потому основной поток формирует именно он (ему проще в решетке пролезть). Получается что потоки двигаются от минуса к плюсу. Но и протоны могут двигаться. Так что от плюса к минусу движение тоже есть. Они составляют сотую часть процента от общего потока. Так что и от плюса к минусу движение есть. Примером может быть паразитный ток в радиолампах (там кристаллические решетки не мешают и поток выше).
Это все тебе от физика, с первых рук.
Что касаемо полупроводников, так на будущее. Никто толком не знает истинную природу. Физики смогли подвести под нее природу и расчеты, но в приватной беседе ответ — хбз как он работает. Так что не ломай голову, читай учебники — их достаточно для общего понимания процесса. Все равно квантовые поведения в переходах транзисторов ты не осилишь, да и не надо тебе это.
Как то так.
Статус: отсутствует
Джентльмен
Цитата Captain ( )
Ток течет от плюса к минусу и точка!
Captain, Лучше уже не скажешь!
Статус: отсутствует
Участники
Цитата Captain ( )
Что касаемо полупроводников, так на будущее. Никто толком не знает истинную природу. Физики смогли подвести под нее природу и расчеты, но в приватной беседе ответ — хбз как он работает. Так что не ломай голову, читай учебники — их достаточно для общего понимания процесса. Все равно квантовые поведения в переходах транзисторов ты не осилишь, да и не надо тебе это.
Как то так.
Всё верно . армия физиков и математиков защищают диссертации , а по сути переписывают одни и те же фразы меняя местами слова.. В реалии же , мы знаем менее 1 % от того , какие процессы в действительности происходят вокруг нас и в физике полупроводников .
Физики в далёкие времена придумали умную отмазку , что электрический ток — это упорядоченное движение электрически заряженных частиц .. А вот истинная природа этих частиц и кто их упорядочил ( и главное как ) никого не волнует.. Упорядоченное и точка. Уже всё вроде как придумано ранее .. Зачем лезть в дебри и менять эти ранее придуманные законы.
Тоже самое мы видим на примере клетки , когда первые учёные на заре зарождения науки говорили , что Клетка — это мешочек с желе..
Знали бы они в то время как глубоко ошибались.. живая Клетка — это самое сложное , что мог сделать Создатель .. И всё на первый взгляд самое простое , на деле оказывается самым сложным и многие вещи до сих пор не потдаются никакому объяснению..
Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?
старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Михайлович Балдин.
Достоверно известно, что электрический ток — это направленное движение электронов или, в некоторых случаях, положительных или отрицательных ионов. Электричество как таковое также связано с понятием ЭДС, то есть для тока в проводнике нужна разность потенциалов. Тогда направление движения тока при движении электронов и отрицательно заряженных ионов будет от отрицательного полюса к положительному, так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Движение же положительных ионов будет связано с движением обратным по направлению. Почему тогда официально считается, что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление указывается на электрических схемах?! Преподаватели физики мне отвечали, что так сложилось исторически, но ведь в двух случаях из трех это ошибка. Так тогда как понимать?
Дело в том, что электрический ток стали изучать задолго до того, как разобрались с его «переносчиками». Наверное, первые систематические опыты с ним можно датировать 1801 годом, когда итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную. Так возникла первая батарея — Вольтов столб, хотя, безусловно, электрические явления не были в тот период новостью. Например, в то же время Бруньятелли осуществил посеребрение, оцинкование и омеднение электродов. Позже последовали опыты Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея и множества других исследователей. В 1861-1862 годах английский физик Джеймс Кларк Максвелл опубликовал свои труды, которые привели к возникновению четырёх уравнений Максвелла — своеобразное обобщение всех классических электрических и магнитных явлений. Исследования об электричестве и магнетизме стали единой классической электродинамикой. То есть на тот момент людям уже пришлось договориться о единых понятиях направления тока, но что именно выступает в проводниках в качестве переносчика зарядов, тогда известно не было.
Электроны в чистом виде были выделены только в 1869 году немецким исследователем Иоганном Вильгельом Гитторфом, когда он впервые наблюдал катодные лучи — потоки электронов, испускаемых катодом. Они используются в старых телевизорах, осциллографах, радиолампах и электронных микроскопах. Это случилось уже позже формирования уравнений Максвелла, кроме того, на осознание, что именно такое катодные лучи, то есть на собственно открытие электрона ушло ещё 28 лет, пока этим вопрос вплотную не занялся английский физик Джозеф Джон Томсон.