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La historia de una paradoja de la ingeniería eléctrica.
Si compone un circuito eléctrico a partir de una fuente de corriente, un consumidor de energía y los cables que los conectan, ciérrelo, entonces fluirá una corriente eléctrica a lo largo de este circuito. Es razonable preguntar: "¿Y en qué dirección?" El libro de texto sobre los fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica da la respuesta: "En el circuito externo, la corriente fluye desde el más de la fuente de energía al menos, y en el interior de la fuente desde el menos al más" (1).
Es asi? Recuerde que una corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas eléctricamente. Los de los conductores metálicos son partículas cargadas negativamente: electrones. Pero los electrones en el circuito externo se mueven justo al contrario del menos de la fuente al más. Esto se puede demostrar de manera muy simple. Es suficiente poner una lámpara electrónica, un diodo en el circuito anterior. Si el ánodo de la lámpara está cargado positivamente, entonces la corriente en el circuito será, si es negativa, entonces no habrá corriente. Recuerde que las cargas opuestas se atraen y las cargas similares se repelen. Por lo tanto, el ánodo positivo atrae electrones negativos, pero no al revés. Concluimos que para la dirección de la corriente eléctrica en la ciencia de la ingeniería eléctrica, toman la dirección opuesta al movimiento de los electrones. (2)
La elección de la dirección opuesta a la existente no puede llamarse paradójica, pero las razones de tal discrepancia pueden explicarse si rastreamos la historia del desarrollo de la ingeniería eléctrica como ciencia.
Entre las muchas teorías, a veces incluso anecdóticas, que intentan explicar los fenómenos eléctricos que aparecieron en los albores de la ciencia de la electricidad, analicemos dos principales.
El científico estadounidense B. Franklin presentó la llamada teoría unitaria de la electricidad, según la cual la materia eléctrica es un tipo de líquido sin peso que podría escaparse de algunos cuerpos y acumularse en otros. Según Franklin, un fluido eléctrico está contenido en todos los cuerpos, y se electrifica solo cuando hay una falta o exceso de fluido eléctrico en ellos. La falta de líquido significa electrificación negativa; un exceso significa positivo. Entonces apareció el concepto de carga positiva y negativa. (3) Cuando los cuerpos cargados positivamente están conectados con cuerpos negativos, un fluido eléctrico (fluido) pasa de un cuerpo con una mayor cantidad de líquido a los cuerpos con una cantidad reducida. Como en vasos comunicantes. Con la misma hipótesis, el concepto del movimiento de las cargas eléctricas (corriente eléctrica) entró en la ciencia. (4)
La hipótesis de Franklin demostró ser muy fructífera y anticipó la teoría electrónica de la conducción. Sin embargo, resultó estar lejos de ser perfecta. El hecho es que el científico francés Dufe descubrió que hay dos tipos de electricidad que, obedeciendo cada teoría de Franklin individualmente, se neutralizaron al contacto. (5) La razón de la aparición de una nueva teoría dualista de la electricidad, presentada por Simmer sobre la base de los experimentos de Dufe, era simple. Sorprendentemente, pero durante muchas décadas de experimentos con electricidad, nadie notó que al frotar cuerpos electrificados, no solo se cargan los frotados, sino también el cuerpo que se frota. De lo contrario, la hipótesis de Simmer simplemente no habría aparecido. Pero el hecho de que ella apareció tiene su propia justicia histórica. (6)
La teoría dualista creía que en los cuerpos del estado ordinario hay dos tipos de fluido eléctrico en cantidades DIFERENTES que se neutralizan entre sí. La electrificación se explicó por el hecho de que la proporción de electricidad positiva y negativa en los cuerpos cambió. No está muy claro, pero fue necesario explicar de alguna manera los fenómenos reales.
Ambas hipótesis explicaron con éxito los principales fenómenos electrostáticos y durante mucho tiempo compitieron entre sí. La teoría históricamente dualista anticipó la teoría iónica de la conductividad de gases y soluciones. (7)
La invención de la columna voltaica en 1799 y el posterior descubrimiento del fenómeno de la electrólisis hicieron posible concluir que durante la electrólisis de líquidos y soluciones En ellas se observan dos direcciones opuestas del movimiento de las cargas: positiva y negativa. La teoría dualista triunfó, ya que durante la descomposición, por ejemplo, del agua, se podía ver claramente que se emiten burbujas de oxígeno en el electrodo positivo y se libera hidrógeno en el electrodo negativo. (8) Sin embargo, no todo fue fácil aquí. Durante la descomposición del agua, la cantidad de gases emitidos no fue la misma. El hidrógeno tenía el doble de oxígeno. Esto desconcertado. ¿Cómo podrían los escolares actuales, que sabían que hay dos átomos de hidrógeno en la molécula de agua en la molécula de agua (el famoso ashdvo), pero los químicos aún no han llegado a esto?
No se puede decir que estas teorías fueron entendidas no solo por los estudiantes, sino también por los propios científicos. El demócrata revolucionario A.I. Herzen, por cierto, un graduado de la Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad de Moscú, escribió que estas hipótesis no ayudan, e incluso "hacen un daño terrible a los estudiantes dándoles palabras en lugar de conceptos, matando la pregunta con falsa satisfacción. "¿Qué es la electricidad?" - "Líquido sin peso". ¿No sería mejor si el alumno respondiera: "No sé"? (10) Aun así, Herzen estaba equivocado. De hecho, en la terminología moderna, la corriente eléctrica fluye del más al menos de la fuente, y no se mueve de ninguna otra manera, y esto no nos molesta en absoluto.
Cientos de científicos de diferentes países realizaron miles de experimentos con un poste de voltaje, pero solo veinte años después, el científico danés Oersted descubrió la acción magnética de una corriente eléctrica. En 1820, su mensaje fue publicado indicando que un conductor con corriente afecta las lecturas de una aguja magnética. Después de numerosos experimentos, él da una regla por la cual puede determinar la dirección de desviación de la aguja magnética de la corriente o la corriente de la dirección de la flecha magnética. "Usaremos la fórmula: el poste, que ve que la electricidad negativa entra por encima de sí mismo, se desvía hacia el este". La regla es tan vaga que una persona alfabetizada moderna no sabe de inmediato cómo usarla, sino qué pasa con el momento en que los conceptos aún no se han establecido.
Por lo tanto, Ampere, en su trabajo presentado por la Academia de Ciencias de París, primero decide tomar una de las direcciones de las corrientes como la principal, y luego da una regla por la cual se puede determinar el efecto de los imanes en las corrientes. Leemos: "Dado que tendría que hablar constantemente sobre dos direcciones opuestas en las que ambas fluyen, entonces, para evitar repeticiones innecesarias, después de las palabras DIRECCIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA, siempre me referiré a la electricidad POSITIVA" Por lo tanto, la regla de dirección generalmente aceptada se introdujo por primera vez actual. De hecho, antes del descubrimiento del electrón pasaron más de setenta años. (11)
En los siglos 17-19 en Europa, MONEMONICS se generalizó. o el arte de la memorización, es decir, un sistema de diversas técnicas que facilitan la memorización mediante la formación de asociaciones artificiales. Por ejemplo, los poemas son conocidos por recordar la cantidad de PIs: "Quién está bromeando y pronto deseará ...", que tienen más de cien años. O un dicho sobre faisanes y cazadores para recordar la disposición de los colores del espectro solar. Estas son reglas mnemónicas.
Ampère inventó la misma regla para determinar la dirección de las fuerzas en un conductor con corriente. Se llamaba la "regla del nadador". No lo damos, porque tampoco tuvo éxito y no echó raíces. Pero la dirección de la corriente en todas las reglas implicaba el movimiento de partículas cargadas positivamente. (12)
Más tarde, Maxwell también se adhirió a este canon, a quien se le ocurrió la regla del "sacacorchos" o "gimlet" para determinar la dirección del campo magnético de la bobina. Es familiar para todos los estudiantes. Sin embargo, la cuestión de la verdadera dirección de la corriente permaneció abierta. Esto es lo que escribió Faraday: “Si digo. que la corriente pasa de un lugar positivo a uno negativo solo está de acuerdo con lo tradicional, aunque en cierta medida silencioso acuerdo entre científicos y proporcionarlos medios constantes claros y definidos para indicar la dirección de las fuerzas de esta corriente". (13. Cursiva nuestra. BH)
Después del descubrimiento de la inducción electromagnética por Faraday (induciendo una corriente en un conductor en un campo magnético cambiante), se hizo necesario determinar la dirección de la corriente inducida. Esta regla fue dada por el destacado físico ruso E.Kh. Lents. (14) Dice: “Si un conductor de metal se mueve cerca de una corriente o un imán, entonces surge una corriente galvánica en él. La dirección de esta corriente es tal que el cable en reposo se movería de ella, opuesto al movimiento real ". (15) Es decir, la regla se redujo al tipo de "pedir consejo y hacer lo contrario".
Las reglas conocidas por el graduado escolar actual como la "regla de la mano izquierda" y "la regla de la mano derecha" en la forma final fueron propuestas por el físico inglés Fleming y sirven para SIMPLIFICAR la MEMORACIÓN del fenómeno físico a físicos, estudiantes y escolares, y no para engañarlos.
Estas reglas se introducen ampliamente en la práctica y los libros de texto de física, y después del descubrimiento del electrón, habría que cambiar mucho, y no solo en los libros de texto, si se indicara la verdadera dirección de la corriente. Y esta convención perdura por más de siglo y medio. Al principio no causó dificultades, pero con la invención de la lámpara electrónica (irónicamente, Fleming inventó el primer tubo de radio) y el uso generalizado de semiconductores, comenzaron a surgir dificultades. Por lo tanto, los físicos y los expertos en electrónica prefieren no hablar sobre las direcciones de la corriente eléctrica, sino sobre las direcciones de movimiento de los electrones o las cargas. Pero la ingeniería eléctrica todavía funciona con viejas definiciones. A veces esto causa confusión. Se podrían hacer ajustes, pero ¿causaría más inconvenientes que los existentes?
Ver también en electro-es.tomathouse.com
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