Czy Benjamin Franklin się mylił (co do prądu konwencjonalnego)?

Zaczynam widzieć wiele osób twierdzących, że prąd konwencjonalny jest „zły”, ponieważ Franklin popełnił błąd, gdy po raz pierwszy zaczął badać elektrostatykę, i że później naukowcy nie zadali sobie trudu naprawienia błędu, ale woleli zachować „konwencję” ( oto klasyczny przykład: http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_1/7.html )

Zawsze myślałem, że nie pomylił się. Powiedział, że prąd jest dodatni w kierunku, w którym płynie ładunek dodatni, i na odwrót. Oczywiście nie miał sposobu, aby dowiedzieć się, która strona dwóch patyczków za wcieraną faktycznie zyskała lub straciła masę. Więc się nie mylił. Czego się nauczyłeś

PS Nie mogę się oprzeć wrażeniu, że mamy szczęście, że dostał to „wstecz”, ponieważ wyraźnie wielu ludzi jest zdezorientowanych elektrostastykami (w tym autor tego podręcznika!) I wierzą, że elektryczność musi obejmować elektrony (niefortunna nazwa… dlaczego nie nazwano ich negatronami ...)

Prąd elektryczny, AKA, „prąd konwencjonalny”, to prąd abstrakcyjny, przepływ ładunku elektrycznego. Z poprzedniej odpowiedzi podałem tutaj :

Prąd elektryczny to prąd abstrakcyjny , przepływ ładunku elektrycznego , a nie prąd fizyczny, taki jak powiedzmy, prąd elektronowy , przepływ elektronów .

Ale ładunek elektryczny jest własnością rzeczy, a nie rzeczy , tzn. Ładunek elektryczny jest zawsze „przenoszony” przez rzecz .

Tak więc, podczas gdy prąd elektronowy jest koniecznie prądem elektrycznym (ze względu na ujemny ładunek elektryczny przenoszony przez elektron), prąd elektryczny niekoniecznie jest prądem elektronowym.

Na przykład w roztworze soli występują dwa rodzaje jonów naładowanych elektrycznie, dodatnio naładowany jon sodu i ujemnie naładowany jon kloriny. Wyobraź sobie, że jony sodu poruszają się w prawo, a jony chloru poruszają się w lewo.

Oczywiście mamy dwa prądy jonowe w przeciwnych kierunkach, ale jest tylko jeden prąd elektryczny i musi on mieć kierunek. Kierunek prądu elektrycznego jest umownie kierunkiem przepływu ładunku dodatniego.

Tak więc w tym przypadku oba prądy jonowe przyczyniają się do powstania prądu elektrycznego po prawej stronie. Pierwszy termin wynika z jonów dodatnich po prawej stronie. Drugi człon wynika z jonów ujemnych po lewej stronie, gdzie znak ujemny numerycznie „odwraca” udział w prądzie elektrycznym .

Pomyśl o tym w ten sposób, gdybym ci powiedział, że podróżuję z prędkością 60 km / h na zachód, wiedziałbyś, że faktycznie jadę 60 km / h na wschód . Podobnie ujemny prąd ładowania w lewo to prąd elektryczny skierowany w prawo.

Nie sądzę, żeby Franklin był „dobry” lub „zły”, ponieważ to tylko wybór imion.

Jeśli chodzi o cząstki, (mówiąc bardzo z grubsza), wiemy, że jeden rodzaj cząstek przyciąga inny rodzaj cząstek i odpycha swój własny rodzaj. Wiemy również, że jeden typ nie przyciąga ani nie odpycha siebie ani innych.
Aby odróżnić je od ich właściwości, nazywamy je czymś i mówimy, że mają pewien rodzaj ładunku - „dodatni”, „ujemny” lub „neutralny”.

Elektron jest leptonem (rodzajem cząstki podstawowej) o ładunku -1e. e tutaj jest jednostka opłaty elementarnej . Protonowej ma ładunek + 1E, która obejmuje trzy kwarkach (dwa „w górę” i „w dół”, jednego) mający ładunek +2/3, +2/3, -1/3 dodanie łącznie +1.

Potem wszystko inne idzie stąd. Jak podaje link, który podajesz w swoim pytaniu, zwykle kojarzymy pozytywnie z „nadwyżką”, więc bardziej sensowne jest, aby cokolwiek miało więcej zalet, być stroną pozytywną. Jednak to, co Franklin nazywał „Pozytywem”, było stroną z mniejszą liczbą elektronów. Zamiast zamiany rund definicji, po prostu przypisali elektronom ładunek ujemny.

To trochę jak rura z przepływającą przez nią wodą w dół - mówimy, że prąd płynie w kierunku, w którym płynie woda. Byłoby mylące, można powiedzieć, że prąd płynął w przeciwnym kierunku, ale tak właśnie jest w elektronice (tj. Nazywamy „wodę” ujemną). Jeśli wyobrażamy sobie bąbelki powietrza płynące w przeciwnym kierunku, to właśnie nazywamy „dziurami” (tj. brakiem elektronu) i dostarczamy mentalny obraz dodatniego przepływu ładunku.
Oczywiście w substancjach innych niż druty metalowe prąd może składać się z „prawdziwych” cząstek dodatnich lub jonów, a także ujemnych, więc nie zawsze możemy założyć, że prąd jest przepływem elektronów, jak wspomina Alfred.

Kilka osób wskazało, że wybór jest arbitralny i istnieją scenariusze, w których opłaty dodatnie są mobilne. Ale aby dojść do sedna pytania, zamiast powiedzieć „dobrze” lub „źle”, sformułujmy pytanie w następujący sposób: „Teraz, gdy mamy dostęp do wiedzy, której Ben Franklin i jego rówieśnicy nie mieli, gdybyśmy byli w czy stworzymy konwencję nazewnictwa, czy dokonalibyśmy tego samego wyboru? A może sprowadziłby się do rzutu monetą? ” Odpowiedź absolutnie nie jest! Wszyscy zgodziliby się, że najlepszą odpowiedzią jest nazywanie elektronów dodatnich, a ujemnych protonów (nazwalibyśmy stronę baterii, z której elektrony wypływają z dodatniego bieguna). Wszyscy zgodziliby się, że jest to preferowana konwencja, ponieważ najbardziej wszechobecną formą prądu jest przepływ elektronów, a inne przykłady,

Franklin się nie myli, to tylko konwencja. Nośniki ładunku mogą być dodatnie (jak w materiałach półprzewodnikowych typu p lub jony dodatnie w elektrolicie) lub ujemne (jak w przewodnikach miedzianych). Określenie przepływu prądu w tym samym kierunku co przepływ ładunku dodatniego upraszcza równanie elektromagnetyczne i eliminuje potrzebę ustalenia, jaki rodzaj nośnika jest (dodatni lub ujemny). Zakłada tylko, że nośnik jest dodatni i stosuje równanie elektromagnetyczne lub twierdzenia elektryczne (tj. KVL lub KCL itp.), Nie martwiąc się o rzeczywisty nośnik, i otrzymuje prawidłowy wynik niezależnie od nośnika ładunku. Pamiętaj tylko, że rzeczywisty przepływ będzie zależeć od rodzaju nośnika po wszystkich obliczeniach.

Mogliśmy zdefiniować przepływ konwencjonalny tak samo jak przepływ elektronów, ale nieco skomplikowałoby to równanie elektromagnetyczne. Jednak ten przepływ nadal nie jest poprawny dla materiału typu p lub w nośniku jonów dodatnich, więc pojawia się ten sam argument (ale mamy bardziej skomplikowaną formułę elektromagnetyczną). Konwencjonalny przepływ prądu, który mamy dzisiaj, nie został wybrany ze względu na teorię Franklina, ale jest to najwygodniejszy zapis.

Na marginesie: moglibyśmy wybrać (podczas odkrycia elektronów i protonów), że ładunek elektronu jest dodatni, a ładunek protonu ujemny. Co powstrzymuje nas przed postrzeganiem tego w ten sposób? To tylko konwencja.

Franklin się mylił, ale nie z powodów, które ludzie zwykle myślą. Był zwolennikiem teorii elektryczności z jednym płynem, która uzasadniała, że ​​wszystkie efekty elektryczne były spowodowane nadmiarem lub brakiem jednego rodzaju płynu elektrycznego. Uznał, że w powszechnych w tym dniu eksperymentach elektrostatycznych tym, co w rzeczywistości było ciałem ujemnie naładowanym, było ciało pozbawione płynu elektrycznego. Gdyby zdecydował, że ujemnie naładowane ciało jest dodatnie (nadmiar płynu), wówczas prąd konwencjonalny byłby zgodny z kierunkiem netto przepływu elektronów (należy pamiętać, że w rzeczywistości występuje ruch losowy z powolnym ruchem netto w jednym kierunku), ale nadal Myliłby się, ponieważ mamy dwa rodzaje ładunków, a nie jeden, a dodatni przepływ ładunku jest również prądem.

Każdy, kto twierdzi, że Franklin się mylił z normalnych powodów, nadaje wyższy status wolnym elektronom (np. Jonom dodatnim) po prostu dlatego, że jest im lepiej zaznajomiony.