บวกและลบในวิศวกรรมไฟฟ้าคืออะไร?

การไฟฟ้า

อิเล็กตรอนมีประจุลบ ปัจจุบัน - คูลอมบ์ต่อวินาที คูลอมบ์เป็นบวก ดังนั้นคูลอมบ์เคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวจริงๆ แล้วเกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่นในเมตาดาต้า เมื่อเราพูดถึงกระแส เรากำลังพูดถึงการไหลของอนุภาคที่มีประจุบวก หากการไหลของกระแสประกอบด้วยอนุภาคลบที่ไหลในทิศทางตรงกันข้ามจริง ๆ แล้วก็ไม่มีความแตกต่าง กล่าวคือ มีค่าลบสองค่าที่ตัดกัน มันเป็นเพียงกรณีของคณิตศาสตร์และแบบแผนสัญลักษณ์ดี.ซี

ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่เปลี่ยนทิศทางและขนาดเมื่อเวลาผ่านไป สมมติว่าแบตเตอรี่ธรรมดามีกระแสคงที่ จากนั้นประจุจะไหลจากลบไปบวกโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงจนกว่าจะหมดเครื่องปรับอากาศ

- นี่คือกระแสที่เปลี่ยนทิศทางและขนาดด้วยช่วงระยะเวลาหนึ่ง คิดว่ากระแสน้ำเป็นกระแสน้ำที่ไหลผ่านท่อ หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง (เช่น 5 วินาที) น้ำจะไหลไปในทิศทางเดียวจากนั้นไปอีกทิศทางหนึ่ง ด้วยกระแสนี้สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเร็วกว่ามาก - 50 ครั้งต่อวินาที (ความถี่ 50 Hz) ในช่วงหนึ่งของการแกว่ง กระแสจะเพิ่มขึ้นจนถึงสูงสุด จากนั้นผ่านศูนย์ จากนั้นกระบวนการย้อนกลับจะเกิดขึ้น แต่มีสัญญาณที่แตกต่างออกไป สำหรับคำถามที่ว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์เช่นนี้และเหตุใดจึงจำเป็นต้องมีกระแสดังกล่าว เราสามารถตอบการรับและส่งสัญญาณนั้นได้เครื่องปรับอากาศ

การรับและส่งกระแสสลับมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับอุปกรณ์ เช่น หม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสสลับนั้นออกแบบได้ง่ายกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาก ดี.ซี- นอกจากนี้กระแสสลับยังเหมาะที่สุดสำหรับการส่งพลังงานในระยะทางไกล ด้วยความช่วยเหลือนี้ ทำให้สูญเสียพลังงานน้อยลง

การใช้หม้อแปลงไฟฟ้า (อุปกรณ์พิเศษในรูปของขดลวด) จะถูกแปลงจากกระแสสลับ แรงดันไฟฟ้าต่ำไปสูงและในทางกลับกัน ดังที่แสดงในภาพประกอบ ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์ส่วนใหญ่จึงทำงานจากเครือข่ายที่มีกระแสไฟฟ้าสลับกัน อย่างไรก็ตาม กระแสตรงยังใช้กันอย่างแพร่หลายในแบตเตอรี่ทุกประเภท อุตสาหกรรมเคมีและพื้นที่อื่นๆ บางส่วน

หลายคนเคยได้ยินคำลึกลับเช่น เฟสเดียว สามเฟส ศูนย์ กราวด์ หรือดิน และรู้ว่าสิ่งเหล่านี้เป็นแนวคิดที่สำคัญในโลกแห่งไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกคนที่เข้าใจว่าพวกเขาหมายถึงอะไร และเกี่ยวข้องกับความเป็นจริงโดยรอบอย่างไร อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องรู้เรื่องนี้ โดยไม่ต้องลงรายละเอียดทางเทคนิคที่ไม่จำเป็น ช่างซ่อมบ้านเราสามารถพูดอย่างนั้นได้ เครือข่ายสามเฟส- เป็นวิธีการส่งกระแสไฟฟ้าเมื่อกระแสสลับไหลผ่านสายสามเส้นแล้วส่งกลับผ่านสายเดียว ข้างต้นต้องมีการชี้แจงบางอย่าง วงจรไฟฟ้าใด ๆ ประกอบด้วยสายไฟสองเส้น วิธีหนึ่งที่กระแสไฟฟ้าส่งถึงผู้บริโภค (เช่น กาต้มน้ำ) และอีกวิธีหนึ่งจะส่งกลับ ถ้าเปิดวงจรแบบนี้จะไม่มีกระแสไหล นั่นคือคำอธิบายทั้งหมดของวงจรเฟสเดียว

เส้นลวดที่กระแสไหลผ่านเรียกว่าเฟสหรือเฟสและส่งคืน - ศูนย์หรือศูนย์ วงจรสามเฟสประกอบด้วยสายไฟสามเฟสและสายส่งคืนหนึ่งเส้น สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากเฟสของกระแสสลับในแต่ละสายไฟทั้งสามเส้นจะเลื่อนสัมพันธ์กับสายไฟที่อยู่ติดกัน 120 °C หนังสือเรียนเกี่ยวกับเครื่องกลไฟฟ้าจะช่วยตอบคำถามนี้โดยละเอียดยิ่งขึ้น การส่งกระแสสลับเกิดขึ้นอย่างแม่นยำโดยใช้เครือข่ายสามเฟส นี่เป็นประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ - ไม่จำเป็นต้องใช้สายไฟที่เป็นกลางอีกสองเส้น

เมื่อเข้าใกล้ผู้บริโภคกระแสจะแบ่งออกเป็นสามเฟสและแต่ละเฟสจะได้รับเป็นศูนย์ นี่คือวิธีที่มันเข้าไปในอพาร์ทเมนต์และบ้าน แม้ว่าบางครั้งจะมีการจ่ายเครือข่ายสามเฟสให้กับบ้านโดยตรงก็ตาม ตามกฎแล้วเรากำลังพูดถึงภาคเอกชนและสถานการณ์นี้มีข้อดีและข้อเสีย เรื่องนี้จะมีการหารือในภายหลัง Earth หรืออย่างถูกต้องกว่านั้นคือสายดินเป็นสายที่สามในเครือข่ายเฟสเดียว โดยพื้นฐานแล้วมันไม่ได้รับภาระงาน แต่ทำหน้าที่เป็นฟิวส์ชนิดหนึ่ง สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ด้วยตัวอย่าง ในกรณีที่ไฟฟ้าไม่สามารถควบคุมได้ (เช่น ไฟฟ้าลัดวงจร) มีความเสี่ยงที่จะเกิดเพลิงไหม้หรือไฟฟ้าช็อต เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น (นั่นคือค่าปัจจุบันไม่ควรเกินระดับที่ปลอดภัยสำหรับมนุษย์และอุปกรณ์) จะมีการต่อสายดิน ผ่านสายไฟนี้ไฟฟ้าส่วนเกินจะลงสู่พื้นอย่างแท้จริง

อีกตัวอย่างหนึ่ง สมมติว่าเกิดการพังทลายเล็กน้อยในการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าของเครื่องซักผ้าและส่วนหนึ่งของกระแสไฟฟ้าไปถึงเปลือกโลหะด้านนอกของอุปกรณ์ หากไม่มีสายดิน ประจุนี้จะยังคงวนเวียนอยู่ เครื่องซักผ้า- เมื่อบุคคลสัมผัสมัน เขาจะกลายเป็นทางออกที่สะดวกที่สุดสำหรับพลังงานนี้ทันทีนั่นคือเขาจะได้รับไฟฟ้าช็อต หากมีสายดินในสถานการณ์นี้ ประจุส่วนเกินจะไหลลงมาโดยไม่ทำร้ายใคร นอกจากนี้เราสามารถพูดได้ว่าตัวนำที่เป็นกลางสามารถต่อสายดินได้และโดยหลักการแล้วมันเป็น แต่ที่โรงไฟฟ้าเท่านั้น สถานการณ์เมื่อไม่มีสายดินในบ้านก็ไม่ปลอดภัย วิธีจัดการกับมันโดยไม่ต้องเปลี่ยนสายไฟทั้งหมดในบ้านจะมีการหารือในภายหลัง

ความสนใจ!

ช่างฝีมือบางท่านอาศัยความรู้พื้นฐานด้านวิศวกรรมไฟฟ้าในการติดตั้งสายนิวทรัลเป็นสายกราวด์ อย่าทำเช่นนี้ เมื่อแตกหัก ลวดที่เป็นกลางตัวเรือนของอุปกรณ์ที่ต่อสายดินจะมีแรงดันไฟฟ้า 220 โวลต์

ข้าว. 1. ปฏิกิริยาระหว่างประจุไฟฟ้าบวกและลบ

ผู้เขียนหนังสือเรียนเล่มนี้ได้รับคำแนะนำจากความรู้เก่า ๆ ซึ่งสายไฟสามารถมีทั้งประจุบวก + (โปรตอน) และประจุลบ - (อิเล็กตรอน) เขาไม่รู้ว่าโปรตอนอยู่ลึกเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอม มีเพียงโปรตอนของอะตอมไฮโดรเจนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์เท่านั้นที่สามารถอยู่ในสถานะอิสระได้ และสถานะนี้เป็นสถานะในระยะสั้นมาก แต่ผู้เขียนหนังสือเรียนเกี่ยวกับฟิสิกส์และเคมีไม่ทราบเรื่องนี้ และยังคงทำลายศักยภาพทางปัญญาของนักเรียนต่อไป นี่คือข้อความจาก หนังสือเรียนของโรงเรียน"ฟิสิกส์และเคมี".

มีการติดตั้งสัญญาณเดียวกัน (+) และ (-) ที่ขั้วของแบตเตอรี่, แบตเตอรี่, ตัวเก็บประจุ, ไดโอด, วงจรเรียงกระแส ฯลฯ เข้าใจว่าเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบ - โปรตอนและอิเล็กตรอน นอกจากนี้ยังปรากฏในผลงานของนักฟิสิกส์ทฤษฎีจำนวนนับไม่ถ้วนที่ต้องการอธิบายปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาในปรากฏการณ์และกระบวนการทางกายภาพต่างๆ แต่ยุคของความเอาแต่ใจในตนเองทางทฤษฎีและความพึงพอใจกำลังจะสิ้นสุดลงเนื่องจากผู้ตัดสินหลักด้านความน่าเชื่อถือของทฤษฎีกายภาพได้เข้ามาเป็นของตัวเองแล้ว ใกล้จะมาถึงแล้ว เมื่อนักเรียนมัธยมปลายซึ่งได้รับการฝึกฝนเพื่อทดสอบความถูกต้องของผลลัพธ์ทางทฤษฎีโดยใช้สัจพจน์ของเอกภาพ จะสามารถสร้างทฤษฎีควอนตัมแบบรวมที่ขัดแย้งกับสัจพจน์นี้ได้อย่างง่ายดาย นี่ก็เพียงพอแล้วที่จะทิ้งมันไว้บนหิ้งประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์เท่านั้น

ดังนั้นวงจรเรียงกระแสที่เชื่อมต่อกับวงจรแรงดันและกระแสสลับจะสร้างบวกและลบที่เอาต์พุต เรียนนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี! คุณอยากจะเข้าใจสิ่งนี้อย่างไร?

ท้ายที่สุดการปรากฏตัวของโปรตอนและอิเล็กตรอนในสายไฟพร้อมกันจะนำไปสู่การก่อตัวของอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่ในสถานะพลาสมาเท่านั้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 5,000 องศา จากนี้จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าในสายไฟไม่มีโปรตอนอิสระ - พาหะของประจุบวก แต่มีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้น ทำไมต้องเขียนเครื่องหมายบวกและลบที่ขั้วของตัวเก็บประจุ, วงจรเรียงกระแส, ไดโอด? ท้ายที่สุดแล้วพวกมันมีความเกี่ยวข้องกับประจุไฟฟ้าบวกและลบ! แต่ในสายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่มีโปรตอนอิสระซึ่งเป็นพาหะของประจุบวก คุณอยากให้เราเข้าใจความสับสนที่คุณปลูกฝังอยู่ในหัวของเด็กนักเรียนไปตลอดชีวิตอย่างไร! หากคุณคิดว่าอิเล็กตรอนมาที่แผ่นตัวเก็บประจุเชิงลบเท่านั้น และไม่ได้มาที่แผ่นบวก (พวกเขาอาจกลัว) และพวกมันยังคงไม่มีประจุ ทำไมคุณถึงถือว่าพวกมันเป็นเครื่องหมายบวกซึ่งเกี่ยวข้องกับพวกมัน ประจุไฟฟ้าบวก - โปรตอน? คุณเป่าแตรในงานและหนังสือเรียนทั้งหมดของคุณที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านสายไฟด้วย แรงดันไฟฟ้าคงที่จากลบไปบวก สิ่งที่น่าสนใจ เหตุใดตามความคิดของคุณจึงไม่ก้าวไปตาม วงจรไฟฟ้าจากแผ่นขั้วลบของตัวเก็บประจุถึงขั้วบวกตอนชาร์จ??? ทำไมคุณถึงยอมทนกับความขัดแย้งของคุณมากมายเหล่านี้???

สนุกกับการสร้างสรรค์และแนวคิดทางทฤษฎีที่ขัดแย้งกันด้วยตัวคุณเอง แต่อย่าบังคับมันกับคนรุ่นใหม่ที่มีโอกาสทดสอบโครงสร้างทางทฤษฎีที่ "ยอดเยี่ยม" ของคุณไม่เพียง แต่ด้วยความช่วยเหลือของสัจพจน์ของความสามัคคีเท่านั้น แต่ยังเป็นการทดลองด้วยความช่วยเหลือ ของอุปกรณ์ที่เรียบง่ายและเก่าแก่ที่สุด - เข็มทิศ

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นลวดจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบๆ เส้นลวด เนื่องจากเข็มเข็มทิศตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทิศทางของสนามแม่เหล็กได้อย่างชัดเจน การอ่านค่าของอุปกรณ์โบราณนี้จึงเพียงพอที่จะกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามเส้นลวด (รูปที่ 2)

ในรูป 2 แสดง แผนภาพไฟฟ้าทิศทางของสายไฟจะถูกวางโดยปลายด้านบวกไปทางทิศใต้ (S) และปลายด้านลบไปทางทิศเหนือ (N) เมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าในเส้นลวด ทิศทางของเข็มเข็มทิศ A, B, C และ D เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของสายไฟด้านขวาและด้านซ้ายไปทางทิศเหนือ N เมื่อกระแสไฟเปิดอยู่ สนามแม่เหล็กจะปรากฏขึ้นรอบเส้นลวด และเข็มเข็มทิศก็เบี่ยงไป

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามเส้นลวดในทิศทางจากใต้ (S) ไปทางเหนือ (N) เข็มของเข็มทิศ A ซึ่งอยู่เหนือเส้นลวดจะเบนไปทางขวา และเข็มของเข็มทิศ B ซึ่งอยู่ใต้เส้นลวดจะเบนไปทาง ด้านซ้าย (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1. มุมโก่งของเข็มเข็มทิศ A และ B ที่กระแสต่างๆ (รูปที่ 2)

จากผลการทดลองเบื้องต้นพบว่าสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดบิดทวนเข็มนาฬิกาและมีโมเมนต์แม่เหล็ก

ถึงนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ถึงเวลาที่คุณต้องรู้ว่าการก่อตัวและพฤติกรรมของอิเล็กตรอน (รูปที่ 3) ถูกควบคุมโดยค่าคงที่ 23 ค่า การมีอยู่ของแบบจำลองของอิเล็กตรอนที่มีทิศทางของเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กที่ทราบ (รูปที่ 3) ทำให้เรามีเหตุผลที่เชื่อได้ว่าสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดนั้นเกิดจากชุดของสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนอิสระที่วางตัวตามแนว ลวดในลักษณะที่ทิศทางของเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนแต่ละตัวตรงกับทิศทางของโมเมนต์เวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็กของสนามที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวด (รูปที่ 2 และ 4)

ข้าว. 3.ก) แผนภาพแบบจำลองทางทฤษฎีของอิเล็กตรอน

(แสดงเพียงส่วนหนึ่งของสนามแม่เหล็กเท่านั้น สายไฟ)

ข้าว. 4. แผนภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในเส้นลวดจากบวก (+) ถึงลบ (-) และการก่อตัวของขั้วแม่เหล็กทิศใต้ (S) และทิศเหนือ (N) และสนามแม่เหล็กที่ปลาย

รอบเส้นลวด

อิเล็กตรอนชนิดเดียวกัน (รูปที่ 2) ซึ่งเคลื่อนที่ไปตามเส้นลวดด้านขวาจากเหนือ (N) ไปทางทิศใต้ (S) ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางตรงข้ามกันรอบๆ และเข็มของวงเวียน C และ D ที่คล้ายกันจะเบี่ยงเบนไปตรงข้ามกับการโก่งตัวของ ลูกศรของวงเวียน A และ B (รูปที่ 2) จากแผนภาพของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวด (รูปที่ 4) จะเป็นไปตามนั้นว่าสามารถเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อขั้วแม่เหล็กทิศเหนือของอิเล็กตรอน (รูปที่ 3) หันขึ้นด้านบนไปทางปลายลบของเส้นลวดและทิศใต้ อันหนึ่ง - ลงไปทางปลายสายบวก (รูปที่ 4)

ดังนั้นผลการทดลองจึงแสดงดังรูปที่. 2 และในตาราง 1 แสดงว่าทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวดเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอนอิสระในนั้น (รูปที่ 2, 4) ดังนั้น ทิศทางของกระแสเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน จากบวกเป็นลบ , .

ข้อเท็จจริงนี้ไม่อาจหักล้างได้ได้รับการยืนยันย้อนกลับไปในปี 1984 โดยการทดลองเบื้องต้นอื่นที่ดำเนินการโดยวิศวกร A.K Sukhval เขานำแม่เหล็กเกือกม้าที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กประมาณ 500 Oe แล้วติดโพรบของไมโครแอมมิเตอร์ที่มีความไวเข้ากับขั้วของมัน ซึ่งเริ่มแสดงกระแสในระดับ 0.10-0.20 μΑ (รูปที่ 5)

ข้าว. 5. การทดลองโดยวิศวกร A.K. สุขวาล

ในกรณีนี้ โพรบบวกของไมโครแอมมิเตอร์เชื่อมต่อกับขั้วใต้ S ของแม่เหล็ก และโพรบลบไปทาง N เหนือ นี่เป็นหลักฐานที่น่าเชื่อเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามสายไฟของไมโครแอมมิเตอร์จากบวกไปลบ หรือมากกว่าจากขั้วแม่เหล็กใต้ไปทางทิศเหนือ เราทราบเป็นพิเศษว่าเราได้รับข้อมูลนี้เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน พ.ศ. 2552 ซึ่งต่อมาหลังจากที่เราอธิบายกระบวนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากบวกไปลบและเผยแพร่หลายครั้ง

เรียนนักฟิสิกส์ นักทฤษฎี และครู ทำไมคุณไม่เข้าใจว่าการยัดเยียดความคิดที่ผิดพลาดให้กับเด็กนักเรียนและนักเรียนที่ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นเส้นจากลบไปบวก และกระแสไหลไปในทิศทางตรงกันข้าม ถือเป็นอาชญากรรมทางปัญญา

ดังนั้นทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบเส้นลวดที่มีกระแสไฟฟ้าสอดคล้องกับการวางแนวของอิเล็กตรอนอิสระในนั้นซึ่งพวกมันเคลื่อนที่จากบวกไปลบโดยปรับทิศทางของตัวเองเพื่อให้ขั้วใต้ของสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนอยู่ มุ่งตรงไปยังปลายขั้วบวกของเส้นลวดและทิศเหนือ - ถึงลบ (รูปที่ 2, 4)

การทดลองที่เรียบง่ายและทำซ้ำได้ง่ายนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าหากแหล่งพลังงานคือแบตเตอรี่หรือแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ โดยสายจากบวก (รูปที่ 2, 4) ถึงลบ ภาพนี้สอดคล้องกับโครงสร้างของอิเล็กตรอนอย่างสมบูรณ์ (รูปที่ 3) และพิสูจน์ได้อย่างชัดเจนว่าอิเล็กตรอนอิสระของเส้นลวดที่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ถูกหมุนโดยขั้วแม่เหล็กใต้ไปยังปลายบวกของเส้นลวดและโดยขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ เชิงลบ ในกรณีนี้ การมีอยู่ของโปรตอนอิสระในสายไฟไม่จำเป็นต้องทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าเชิงบวก เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระของเส้นลวดไม่ได้ก่อตัวตรงข้ามกับประจุไฟฟ้าที่ปลาย แต่อยู่ตรงข้ามกับขั้วแม่เหล็ก

จากแนวคิดใหม่เกี่ยวกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในเส้นลวด ตามมาว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนแนวคิดเกี่ยวกับปลายด้านบวกและด้านลบของสายไฟของเครือข่ายด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่โดยที่ปลายด้วยขั้วแม่เหล็กทิศเหนือและทิศใต้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการในการตระหนักถึงความต้องการนี้จะใช้เวลานาน แต่ดังที่เราจะได้เห็นในภายหลัง มันเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เนื่องจากการทำความเข้าใจกระบวนการอิเล็กโทรไดนามิกที่แท้จริงให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้นนั้นเป็นไปไม่ได้หากไม่มีแบบแผนใหม่ในการกำหนดปลายสายไฟฟ้า

ดังนั้นข้อมูลการทดลองเบื้องต้นที่เราให้ไว้ช่วยให้เราสามารถกำหนดสมมติฐานแรก (สมมุติฐาน) เกี่ยวกับโครงสร้างของอิเล็กตรอนและการเคลื่อนที่ของมันไปตามเส้นลวด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใส่ใจกับความจริงที่ว่าลวดทดลองนั้นวางจากทิศใต้ (S) ไปทางเหนือ (N) และปลายด้านใต้ของสายไฟนี้เชื่อมต่อกับขั้วบวก (+) ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง (G) หรือ ขั้วบวกของวงจรเรียงกระแส

เรามากำหนดสมมุติฐานกันดีกว่า ประการแรกคืออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามเส้นลวดไม่ใช่จากบวก (+) ถึงลบ (-) ตามที่เชื่อกัน แต่จากขั้วใต้ไปทางเหนือ ประการที่สอง อิเล็กตรอนมีโครงสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนได้ ประการที่สาม อิเล็กตรอนหมุนทวนเข็มนาฬิกาและมีโมเมนต์แม่เหล็กของมันเอง ประการที่สี่ สนามแม่เหล็กของการเคลื่อนและการหมุนอิเล็กตรอนอิสระในเส้นลวดก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กรวมที่ขยายออกไปเลยเส้นลวด ทิศทางของเวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็กรอบเส้นลวดเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอน (รูปที่ 4)

ตอนนี้เรามาทำการทดลองเกี่ยวกับการชาร์จและการคายประจุตัวเก็บประจุ ปล่อยให้การวางแนวของสายไฟและสัญญาณศักย์ไฟฟ้าอยู่ที่ปลายเหมือนกันและดูว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปที่ใดโดยชาร์จตัวเก็บประจุ (รูปที่ 5)

2. การชาร์จตัวเก็บประจุอิเล็กทริก

ความเข้าใจผิดของการตีความการทำงานของตัวเก็บประจุในปัจจุบันนั้นชัดเจนเป็นพิเศษ ขึ้นอยู่กับการมีประจุบวกและลบในวงจรไฟฟ้า รู้จักพาหะของประจุเหล่านี้: โปรตอนและอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตาม เป็นที่รู้กันว่าพวกมันสัมผัสได้ถึงการมีอยู่ของกันและกันที่ระยะห่างพันเท่าของขนาดอิเล็กตรอนและมากกว่าล้านเท่าของโปรตอน แม้แต่พื้นที่ใกล้เคียงที่ห่างไกลก็จบลงด้วยกระบวนการสร้างอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่ในสถานะพลาสมาเท่านั้นที่อุณหภูมิมากกว่า 5,000 C สิ่งนี้เกิดขึ้นเช่นในกระบวนการกำจัดอิเล็กตรอนและโปรตอนออกจากดวงอาทิตย์และพวกมัน ต่อมารวมกันเป็นอะตอมไฮโดรเจน ดังนั้นจึงไม่รวมการมีอยู่ร่วมกันของโปรตอนและอิเล็กตรอนในสถานะอิสระในตัวนำดังนั้นศักยภาพเชิงบวกและเชิงลบบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจึงเป็นความผิดพลาดของนักฟิสิกส์ มาแก้ไขกัน

ตอนนี้เราจะเห็นว่าแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกนั้นไม่ได้ถูกชาร์จด้วยขั้วไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม แต่โดยขั้วแม่เหล็กที่ตรงกันข้าม ในกรณีนี้ ฟังก์ชันบวกจะอยู่ที่ขั้วแม่เหล็กใต้ของอิเล็กตรอน และฟังก์ชันลบจะอยู่ทางทิศเหนือ (รูปที่ 3) ขั้วเหล่านี้ก่อให้เกิดขั้ว แต่ไม่ใช่ไฟฟ้า แต่เป็นแม่เหล็ก มาดูกระบวนการชาร์จของตัวเก็บประจุไดอิเล็กทริกเพื่อดูว่าขั้วแม่เหล็กของอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นขั้วแม่เหล็กของแผ่นของมันได้อย่างไร เป็นที่ทราบกันว่าระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจะมีอิเล็กทริก D (รูปที่ 5)

แผนภาพการทดลองการชาร์จตัวเก็บประจุอิเล็กทริกแสดงในรูปที่ 1 5, ก. ข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดสำหรับวงจรคือการวางแนวจากทิศใต้ (S) ไปทางทิศเหนือ (N) เพื่อให้สัญญาณบวกของศักย์ไฟฟ้าอยู่ทางใต้ และสัญญาณลบอยู่ทางทิศเหนือ เพื่อให้แน่ใจว่าแยกตัวเก็บประจุออกจากเครือข่ายโดยสมบูรณ์หลังการชาร์จ ขอแนะนำให้ใช้ ปลั๊กไฟฟ้าเสียบเข้ากับเต้ารับไฟฟ้า 220 V เป็นเวลาสั้นๆ

ทันทีหลังจากไดโอด d เข็มทิศ 1 (K) จะปรากฏขึ้น วางบนเส้นลวดที่ไปยังตัวเก็บประจุ C ลูกศรของเข็มทิศนี้เบี่ยงเบนไปทางขวาในขณะที่ปลั๊กเปิดอยู่ แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน (รูปที่ .5, ก) จากจุด S ถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยมีเครื่องหมายลบ

ข้าว. 5 . ก) แผนภาพของการทดลองการชาร์จตัวเก็บประจุของเรา

B) โครงการสำหรับการดำเนินการทดลองนี้โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน

เป็นการเหมาะสมที่จะให้ความสนใจกับข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในสายไฟที่แสดงในรูปที่ 1 2, 4 และ 5 เหนือเข็มทิศ 1 (รูปที่ 5) เป็นแผนภาพแสดงทิศทางของสนามแม่เหล็กรอบเส้นลวดที่เกิดจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าไป วงจรนี้จะคล้ายกับวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 2.

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานตาบาร์บาราได้เสนอการตีความการชาร์จตัวเก็บประจุซึ่งเมื่อใช้ แรงดันไฟฟ้าบนจานของมันไม่เพียงแต่ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนจะสะสมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการหมุนของพวกมันด้วย

ตัวเก็บประจุแบบหมุน () (รูปที่ 5, b) - วัสดุอิเล็กทริก (แสดงเป็นสีน้ำเงิน) ถูกประกบระหว่างแผ่นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก (แสดงเป็นสีเหลือง) ความหนาแน่นของสปินโพลาไรซ์อิเล็กตรอนจะแสดงเป็นสีแดงถึงค่าสูงสุดที่อินเทอร์เฟซและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม บนแผ่นตรงข้ามของตัวเก็บประจุ.

ชาวอเมริกันรายงานว่าผลกระทบนี้ยังคงเป็นผลมาจากการสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลข แต่มีเพียงไม่กี่คนที่สงสัยว่ามีอยู่จริง เนื่องจากวิธีการคำนวณได้มาถึงระดับการพัฒนาจนพวกเขาเริ่มไม่เพียงแต่อธิบายผลการทดลองเท่านั้น แต่ยังทำนายผลกระทบใหม่ๆ ด้วย นอกจากนี้ การดำรงอยู่ของปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ยังได้รับการสนับสนุนจากผลการค้นพบล่าสุดของสนามแม่เหล็กที่ปรับได้ด้วยสนามไฟฟ้าในเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่มีขั้วไฟฟ้าเฟอร์โรแมกเนติก

ถึงนักฟิสิกส์และนักทฤษฎี ผลลัพธ์ของการทดลองเบื้องต้นของรัสเซีย ซึ่งพิสูจน์ว่าทั้งสองแผ่นของตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยอิเล็กตรอน และการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันก็เกิดขึ้นพร้อมกัน การปฏิเสธข้อเท็จจริงข้อนี้ซึ่งทำลายทฤษฎีของคุณก็เทียบเท่ากับการต่อสู้กับกังหันลม

ดังนั้น อิเล็กตรอนที่ผ่านไดโอดจะมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยมีเวกเตอร์สปินและโมเมนต์แม่เหล็กหันไปทางพื้นผิวด้านใน (รูปที่ 5, a) เป็นผลให้ศักย์แม่เหล็กเหนือ (N) เกิดขึ้นบนพื้นผิวนี้

ค่อนข้างเป็นธรรมชาติที่อิเล็กตรอนจะเข้ามายังพื้นผิวด้านในของแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจากโครงข่าย โดยวางตัวอยู่กับขั้วแม่เหล็กใต้ (S) ข้อพิสูจน์นี้คือข้อเท็จจริงเชิงทดลองของการเบี่ยงเบนของเข็มเข็มทิศด้านบน 2 (K) ทางด้านขวา (รูปที่ 5, a) ซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากโครงข่ายไปยังแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยให้ขั้วแม่เหล็กใต้ (S) อยู่ในทิศทางการเคลื่อนที่ (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. แผนภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปยังแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริก

ดังนั้นการวางแนวของอิเล็กตรอนบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกจะมั่นใจได้โดยการซึมผ่านของสนามแม่เหล็กผ่านอิเล็กทริก D (รูปที่ 5) ศักยภาพบนทั้งสองแผ่นของตัวเก็บประจุนั้นเป็นหนึ่ง - ลบและมีขั้วแม่เหล็กสองขั้ว: ทิศเหนือซึ่งทฤษฎีฟิสิกส์เก่ากำหนดเครื่องหมายลบและทิศใต้ซึ่งฟิสิกส์ที่ล้าสมัยกำหนดเครื่องหมายขั้วโลกและเตือนเราว่าสิ่งนี้ แบบแผนสอดคล้องกับการไม่มีอิเล็กตรอนบนแผ่นตัวเก็บประจุนี้

ในรูป รูปที่ 6 แสดงแผนภาพอธิบายการวางแนวของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปยังแผ่นของตัวเก็บประจุ C อิเล็กตรอนมาถึงแผ่นด้านล่างของตัวเก็บประจุโดยให้ขั้วแม่เหล็กทิศเหนือ (N) หันไปทางพื้นผิวด้านใน (รูปที่ 6) อิเล็กตรอนที่มีขั้วแม่เหล็กใต้ (S) มาถึงพื้นผิวด้านในของแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุ

ดังนั้นอิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะไฟฟ้าเพียงชนิดเดียวในสายไฟจึงก่อตัวบนแผ่นตัวเก็บประจุซึ่งไม่ได้อยู่ตรงข้ามกับขั้วไฟฟ้า แต่อยู่ตรงข้ามกับขั้วแม่เหล็ก ไม่มีโปรตอนบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริกซึ่งเป็นพาหะของประจุบวก

3. การคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริก

กระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริกเข้าสู่ความต้านทานเป็นข้อพิสูจน์การทดลองครั้งต่อไปของการสอดคล้องกับความเป็นจริงของแบบจำลองอิเล็กตรอนที่ระบุ (รูปที่ 3) และการเข้าใจผิดของแนวคิดที่มีอยู่ว่าประจุไฟฟ้าตรงข้ามเกิดขึ้นบนแผ่นของตัวเก็บประจุอิเล็กทริก ( ภาพที่ 7)

แผนภาพการโก่งตัวของเข็มเข็มทิศ (K) 1, 2, 3 และ 4 เมื่อตัวเก็บประจุถูกปล่อยลงในความต้านทาน R ในขณะที่สวิตช์ 5 เปิดอยู่จะแสดงในรูปที่ 1 7.

ข้าว. 8. แผนภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจากแผ่นตัวเก็บประจุถึงความต้านทาน R

เมื่อทำการคายประจุตัวเก็บประจุอิเล็กทริก

ดังที่คุณเห็น (รูปที่ 6 และ 7) ในขณะที่กระบวนการคายประจุของตัวเก็บประจุเปิดอยู่ ขั้วแม่เหล็กบนแผ่นตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้าม และอิเล็กตรอนเมื่อหมุนไปรอบ ๆ เริ่มเคลื่อนไปทางความต้านทาน R (รูปที่ 1) 7, 8)

อิเล็กตรอนที่มาจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุจะถูกวางตัวโดยขั้วแม่เหล็กใต้ในทิศทางการเคลื่อนที่และจากด้านล่าง - ไปทางทิศเหนือ (รูปที่ 8) วงเวียน 3 และ 4 ซึ่งติดตั้งอยู่บนชุดสายไฟ VA ที่เรียงจากใต้ไปเหนือ บันทึกข้อเท็จจริงนี้ไว้อย่างชัดเจนโดยการเบนลูกศรไปทางขวา ดังนั้นจึงพิสูจน์ได้ว่าเวกเตอร์ของการหมุนและโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนทั้งหมดในสายไฟเหล่านี้ถูกส่งมาจาก ใต้ไปเหนือ (รูปที่ 7, 8) .

นักฟิสิกส์และนักทฤษฎีที่รัก ฉันได้สรุปให้คุณทราบถึงส่วนเล็ก ๆ ของพลศาสตร์ไฟฟ้าของพิภพเล็ก ๆ ซึ่งคุณไม่รู้ การเป็นตัวแทนเบื้องต้น- ถึงเวลาที่คุณจะได้สัมผัสและเริ่มศึกษาอิเล็กโทรไดนามิกส์ของไมโครเวิลด์ซึ่งอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับฟิสิกส์ของกระบวนการและปรากฏการณ์ต่อไปนี้:

1. มีการระบุแบบจำลองโฟตอน การก่อตัวและพฤติกรรมซึ่งควบคุมโดยค่าคงที่ 7 ค่า และพารามิเตอร์ทั้งหมดแตกต่างกันไปในช่วง 15 ลำดับความสำคัญ

2. มีการระบุแบบจำลองของอิเล็กตรอน - พาหะของประจุไฟฟ้าลบ การก่อตัวและพฤติกรรมซึ่งควบคุมโดยค่าคงที่ 23 ค่า

3. มีการระบุแบบจำลองสำหรับโปรตอน ซึ่งเป็นพาหะของประจุไฟฟ้าบวก ซึ่งพารามิเตอร์ทั้งหมดถูกกำหนดตามทฤษฎี ตรงกับค่าการทดลอง

4. อธิบายรายละเอียดฟิสิกส์ของกระบวนการอิเล็กโทรไดนามิกต่อไปนี้: การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามเส้นลวดที่มีค่าคงที่และ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ, การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนผ่านไดโอด, การชาร์จและการคายประจุตัวเก็บประจุ, การทำงานของวงจรออสซิลเลเตอร์: ตัวเก็บประจุ - ตัวเหนี่ยวนำ, การก่อตัวของประกายไฟในการแตกลวดและพฤติกรรมในสนามแม่เหล็กที่มีขั้วต่างกัน, เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกและเอฟเฟกต์คอมป์ตัน, การทำงาน ของหลอดวิทยุ การส่งและรับข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ การก่อตัว การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล และดาวนิวตรอน และอื่นๆ อีกมากมาย

บทสรุป

เป็นเรื่องน่าเสียดายที่รัฐไม่มีระบบในการปกป้องเยาวชนจากการยัดเยียดความรู้ที่ผิดพลาดโดยนักวิทยาศาสตร์และครู ซึ่งทำให้ศักยภาพทางปัญญาของเยาวชนพิการ

วรรณกรรม

1. Kasyanov V.A. ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 อีแร้ง. ม. 2548.

2. กูเรวิช เอ.อี., อิซาเยฟ ดี.เอ., ปอนตัก แอล.เอส. ฟิสิกส์และเคมี หนังสือเรียนสำหรับชั้นประถมศึกษาปีที่ 5-6 "อีแร้ง". ม. 2550. 192 น.

3. คานารีฟ เอฟ.เอ็ม. จุดเริ่มต้นของเคมีฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ ฉบับที่ 12. เล่มที่ 1 ครัสโนดาร์ 2552 687 หน้า

4. คานารีฟ เอฟ.เอ็ม. จุดเริ่มต้นของเคมีฟิสิกส์ของไมโครเวิลด์ ฉบับที่ 12. เล่มที่สอง ครัสโนดาร์ 2552 448 หน้า http://kubagro.ru/science/prof.php?kanarev

5. สุขวาล เอ.เค. สองประสบการณ์กับ สนามแม่เหล็ก- วารสาร "เคมีและชีวิต" ฉบับที่ 3, 1988 หน้า 27