Smjer električne struje

Spojimo LED na prstnu bateriju, a ako se pravilno poštuje polaritet, zasvijetlit će. U kojem smjeru će se struja smiriti? Danas to svi znaju iznutra i izvana. I stoga unutar baterije od minusa do plusa - na kraju krajeva, struja u ovom zatvorenom električnom krugu je konstantna.

Smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica smatra se smjerom struje u strujnom krugu, ali uostalom, elektroni se kreću u metalima, a oni su, znamo, negativno nabijeni. To znači da je u stvarnosti koncept "strujnog smjera" konvencija. Hajdemo shvatiti zašto, dok elektroni prolaze kroz krug od minusa do plusa, svi oko njih govore da struja ide od plusa do minusa... Zašto je to apsurdno?

Odgovor leži u povijesti nastanka elektrotehnike. Kada je Franklin razvio svoju teoriju elektriciteta, smatrao je da je njegovo gibanje kretanje tekućine, koja kao da teče od jednog tijela do drugog. Gdje ima više električne tekućine, ona teče u smjeru gdje je ima manje.

Zbog toga je Franklin tijela s viškom električnog fluida (uvjetno!) nazvao pozitivno naelektriziranima, a tijela s nedostatkom električnog fluida negativno naelektriziranima. Odatle dolazi ideja o kretanju. električni naboji… Pozitivni naboj teče, kao kroz sustav međusobno povezanih posuda, od jednog nabijenog tijela do drugog.

Kasnije je francuski istraživač Charles Dufay u svojim pokusima s naelektrizirajuće trenje utvrdio da su ne samo protrljana tijela već i protrljana tijela nabijena, a nakon kontakta naboji obaju tijela su neutralizirani. Ispostavilo se da zapravo postoje dvije odvojene vrste električnog naboja koji se međusobno poništavaju. Ovu teoriju o dva elektriciteta razvio je Franklinov suvremenik, Robert Simmer, koji se i sam uvjerio da nešto u Franklinovoj teoriji nije sasvim točno.

Škotski fizičar Robert Simmer nosio je dva para čarapa: tople vunene čarape i druge svilene na vrhu. Kada je odjednom skinuo obje čarape sa stopala, a zatim skinuo jednu čarapu s druge, primijetio je sljedeću sliku: vunena i svilena čarapa su se nadule, kao da su poprimile oblik njegovih stopala i oštro se zalijepile jedna za drugu. Pritom se čarape od istog materijala, poput vune i svile, međusobno odbijaju.

Ako je Simmer držao dvije svilene čarape u jednoj i dvije vunene čarape u drugoj ruci, onda kada je spojio ruke, odbojnost čarapa od istog materijala i privlačnost čarapa od različitih materijala dovela je do zanimljive interakcije između njih: različitih čarape kao da su nasrnule jedna na drugu i isplele se u klupko.

Promatranja ponašanja vlastitih čarapa dovela su Roberta Simmera do zaključka da u svakom tijelu ne postoji jedna, nego dvije električne tekućine, pozitivna i negativna, koje se u tijelu nalaze u jednakim količinama.

Kada se dva tijela trljaju, jedno od njih može prelaziti iz jednog tijela u drugo, tada će u jednom tijelu biti višak jedne od tekućina, a u drugom njezin nedostatak. Oba tijela će postati naelektrizirana, suprotnog predznaka elektriciteta.

Unatoč tome, elektrostatički fenomeni mogu se uspješno objasniti pomoću Franklinove hipoteze i Simmerove hipoteze o dvjema električnim silama. Ove se teorije već neko vrijeme međusobno natječu.

Kada je 1779. Alessandro Volta stvorio svoj voltin stup, nakon čega je proučavana elektroliza, znanstvenici su došli do nedvosmislenog zaključka da se u otopinama i tekućinama doista kreću dva suprotna toka nositelja naboja - pozitivni i negativni. Dualistička teorija električne struje, iako nisu svi razumjeli, ipak je trijumfirala.

Konačno, 1820. godine, govoreći pred Pariškom akademijom znanosti, Ampere je predložio da se izabere jedan od smjerova kretanja naboja kao glavni smjer struje. Bilo mu je zgodno to učiniti jer je Ampere proučavao međudjelovanje struja s drugima i struja s magnetima. I tako svaki put tijekom poruke a kamoli dva toka suprotnog naboja kreću se u dva smjera duž jedne žice.

Ampere je predložio jednostavno uzeti smjer kretanja pozitivnog elektriciteta za smjer struje i cijelo vrijeme govoriti o smjeru struje, što znači kretanje pozitivnog naboja... Od tada položaj smjera struja koju je predložio Ampere prihvaćena je posvuda i koristi se do danas.

Kada je Maxwell razvio svoju teoriju elektromagnetizma i odlučio primijeniti pravilo desnog vijka radi lakšeg određivanja smjera vektora magnetske indukcije, također se pridržavao ovog stava: smjer struje je smjer kretanja pozitivnog naboja.

Faraday, sa svoje strane, napominje da je smjer struje uvjetovan, to je samo zgodan alat za znanstvenike da nedvosmisleno odrede smjer struje. Lenz predstavlja svoje Lenzovo pravilo (vidi - Osnovni zakoni elektrotehnike), također koristi izraz «smjer struje» za označavanje kretanja pozitivnog elektriciteta. Jednostavno je prikladno.

Čak i nakon što je Thomson otkrio elektron 1897., konvencija o smjeru struje i dalje je bila na snazi. Čak i ako se samo elektroni stvarno kreću u žici ili u vakuumu, obrnuti smjer se još uvijek uzima kao smjer struje - od plusa do minusa.

Više od stoljeća nakon otkrića elektrona, unatoč Faradayevim idejama o ionima, čak i s pojavom elektronskih cijevi i tranzistora, iako je bilo poteškoća u opisima, i dalje ostaje uobičajeno stanje stvari. Stoga je praktičnije raditi sa strujama, upravljati njihovim magnetskim poljima, a čini se da to nikome ne stvara stvarne poteškoće.

Vidi također:Uvjeti za postojanje električne struje