Domanda:
Perché la convenzione di denominazione degli addebiti è sbagliata?
GetFree
2011-11-17 16:42:44 UTC
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Di recente sono venuto a conoscenza del problema della corrente convenzionale rispetto al flusso di elettroni.
Facendo alcune ricerche ho scoperto che il motivo è che Benjamin Franklin ha commesso un errore quando ha nominato le cariche positive e negative.
C'è anche questo piccolo fumetto su quel http://xkcd.com/567/

La mia domanda è: come può una convenzione di denominazione essere sbagliata?
Forse non lo faccio capire qual è il vero errore qui, non lo so. Ma non vedo come una convenzione di denominazione possa essere giusta o sbagliata. Non c'è giusto e sbagliato in questo. Potrebbe essere stato qualsiasi altro nome, come carica A e carica B.

Apprezzerò che chiunque possa aiutarmi a capire cosa c'è di sbagliato in tutto questo.

Undici risposte:
#1
+75
endolith
2011-11-17 23:04:44 UTC
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Non è un errore e la corrente convenzionale non è sbagliata o al contrario.

La corrente elettrica è spesso considerata un flusso di elettroni, ma questo è sbagliato. La corrente elettrica è un flusso di carica elettrica. La carica può essere positiva (protoni) o negativa (elettroni) e entrambi i tipi di particelle cariche possono fluire e fluiscono nei circuiti elettrici:

(L ' effetto Hall può essere utilizzato per mostrare se un portatore di carica è caricato positivamente e scorre in una direzione, o caricato negativamente e scorre nell'altra .)

Quando una batteria agli ioni di litio si scarica in un carico, ad esempio, non c'è flusso di elettroni nella batteria, ma c'è ancora una corrente fl ow:

Lithium-ion battery discharging into resistor

(Fonte: Center for Sustainable Nanotechnology)

Se tu considerato solo il flusso di elettroni, i tuoi calcoli sarebbero sbagliati. È necessario considerare il flusso netto di carica, indipendentemente dai portatori di carica. La corrente convenzionale astrae i diversi portatori di carica e rappresenta tutti questi diversi flussi come un flusso netto di carica (positiva), semplificando l'analisi del circuito.

La corrente convenzionale non è l'opposto della corrente di elettroni , quindi se fossero definite per fluire nella stessa direzione, sarebbe ancora più facile confonderle e attraversarle la vita fraintendendo cosa sia la corrente. La corrente di elettroni è un sottoinsieme della corrente convenzionale. La corrente convenzionale combina gli effetti dei flussi di elettroni, ioni, protoni e lacune in un unico numero.

Wikipedia è d'accordo:

In altri media , qualsiasi flusso di oggetti caricati può costituire una corrente elettrica. Per fornire una definizione di corrente che sia indipendente dal tipo di portatori di carica che scorre, si definisce corrente convenzionale che fluisce nella stessa direzione delle cariche positive.

L'etichettatura di una polarità di carica come "positiva" e l'altra come "negativa" è totalmente arbitraria. Potrebbe essere fatto in entrambi i modi e tutto funzionerebbe comunque allo stesso modo. Franklin non ha scelto male; ha appena scelto. Etichettare i protoni come negativi e gli elettroni come positivi non cambierebbe nulla. Potrebbe effettivamente creare più confusione, come descritto in Ben Franklin avrebbe dovuto dire che gli elettroni sono positivi? Sbagliato.

Se Franklin avesse invece scelto gli elettroni come positivi, allora potremmo non affrontare mai il vero problema. Se gli elettroni non fossero negativi, ignoreremmo facilmente le nostre idee sbagliate e ci ritroveremmo solo con un'illusione di comprensione. Eppure avremmo ancora ogni sorta di fastidiose domande senza risposta causate da idee sbagliate. Fortunatamente gli elettroni negativi ci sfregano il naso nel problema, facendo crescere le nostre domande in qualcosa di molto più di un semplice "fastidio!"

È vero, sono d'accordo con Endolith.La convenzione si basa su ciò che scegli come riferimento.Analogo a questo è il concetto di sistemi di coordinate globali e locali.Nelle coordinate globali, la posizione di un punto è determinata rispetto allo zero assoluto, ovvero (0,0,0).Questo è simile alla direzione effettiva della corrente.In un sistema di coordinate locale, si sposta il punto zero secondo la propria convenienza e quindi si determina la posizione in base a questo nuovo zero.Questa è la stessa direzione convenzionale della corrente.
Studente di liceo qui.Le etichette di "positivo" e "negativo" sono arbitrarie, ma non è "sbagliato" se quelle convenzioni arbitrarie sono incoerenti?Si definisce corrente che fluisce nella direzione da positivo a negativo, ma in un tipico circuito con fili metallici, il "flusso" effettivo è quello degli elettroni, da negativo a positivo. A me sembra una convenzione inconsistente ("sbagliata") come sarebbe se per qualche ragione, un paio di secoli fa, qualche matematico decidesse che in certi contesti sarebbe stato usato un sistema di coord per mancini.
@user3932000 Hai letto il resto della risposta?
@efram-goldberg "ma la corrente elettrica proviene dagli elettroni che portano con sé. ... Gli ioni di litio sono portatori degli elettroni mentre si muovono tra l'elettrolita solido."Come mai?Gli elettroni di cui parli non lasciano mai l'atomo.
Nei semiconduttori possono essere buchi o elettroni che fluiscono.
Anche se potremmo non essere in grado di dire che è "sbagliato", possiamo dire che è incredibilmente contro-intuitivo e scomodo nella maggior parte dei casi.Non mi piace dire "ti abbiamo reso un servizio suggerendoti che la corrente scorre nella direzione opposta del portatore di carica nella stragrande maggioranza di ogni circuito con cui hai a che fare finché non impari a conoscere i semiconduttori o qualche altro ambiente di radiazioni esotico(la stragrande maggioranza è definita come "ovunque che non sia all'interno di una batteria")
@CortAmmon In che modo è scomodo o controintuitivo?
@endolith La direzione del flusso di corrente è opposta al flusso delle particelle responsabili della corrente nella stragrande maggioranza dei circuiti, e in particolare, nel 100% dei circuiti che vengono insegnati ai nuovi studenti di EE e fisica.È come se ti venisse insegnato che dovresti spostarti in "R" per andare avanti e "D" per andare indietro, solo per scoprire un giorno che "R" stava per "inverso"
@CortAmmon Perché dovresti pensare alle particelle responsabili della corrente?Non so nulla di fisica, ma i nuovi studenti di EE imparano la corrente convenzionale, ignorando da quali portatori di carica è composta, e quella è stata la prima volta nella mia vita che i circuiti avevano un senso.Fino a quel momento avevo cercato di pensare in termini di elettroni, perché "la corrente convenzionale è al contrario", e tutto ciò che ha fatto è stato ostacolare la mia comprensione.http://electronics.stackexchange.com/a/2251/142
@endolith Interessante.Essendo io stesso un EE, ho imparato a pensare alla corrente in una direzione "in avanti" fino al primo momento in cui ho avuto bisogno di pensare ai portatori (nella fisica dei semiconduttori), ea quel punto ho dovuto riorganizzare il mio intero processo di pensiero quando ho iniziatoper affrontare gli effetti che in realtà si preoccupavano di quali portatori erano quali.Mi è sembrato che mi dicessero che la gravità è in realtà un vettore * verso l'alto * con una magnitudine di -9,8 m / s ^ 2
@tparker Beh, OP ha sentito che la convenzione era sbagliata e ha chiesto come poteva essere sbagliata, e io ho risposto che non lo è;questo è un mito.Immagino che potresti fare una domanda a parte sulle convenzioni che sono sbagliate in generale?
Scusa, mi sono persa la prima frase dell'OP e non mi rendevo conto che la domanda riguardava specificamente il flusso di corrente;Ho cancellato il mio commento.Secondo me Benjamin Franklin * ha * commesso un errore nella scelta della convenzione, ma non principalmente a causa del flusso di corrente.
+1.Infatti!Quello che dici è ancora più chiaro se si considera la definizione stessa di corrente elettrica: $ \ mathbf J = qn \ mathbf v $ (dopotutto, per gli elettroni, $ q <0 $).
sono d'accordo con Cort e @tparker.Penso che Ben Franklin abbia commesso un grave errore nel chiamare per convenzione gli elettroni con carica negativa.(per tutti i motivi illustrati in questo thread.)
#2
+39
Terry Bollinger
2012-12-16 14:01:08 UTC
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(Qualcuno ha resuscitato questo vecchio in coda, quindi solo per essere una voce contraria ...)

Ben Franklin ha sbagliato . Aveva appena sviluppato una nuova straordinaria teoria dell'elettricità in cui positivo (+) e negativo (-) avevano significati specifici e accurati e non era in grado di applicare le due etichette nel modo in cui intendeva.

In Si pensava che l'elettricità temporale di Franklin fosse composta da due fluidi, "vitreo" e "resinoso", che si annichilivano a vicenda quando venivano a contatto. L'idea intelligente di Franklin era di rendersi conto che la teoria dei due fluidi era ridondante e che un singolo fluido che scorreva attraverso i metalli sarebbe stato sufficiente. Ciò lo ha portato direttamente a un'analogia con la pressione dell'acqua o dell'aria, in cui un singolo fluido scorre dall'estremità di un tubo che ha una pressione positiva (+) e verso la fine con una pressione negativa (-) o simile al vuoto.

Il problema era che Franklin non aveva modo di separare il fluido dal metallo per capire da che parte si muoveva. Poteva fare scintille, certo, ma il fluido (l'elettricità) si muoveva così incredibilmente velocemente che non si poteva distinguere nulla di preciso guardandole.

Fu solo con l'invenzione decenni dopo del tubo di Crookes che è diventato possibile dire la direzione del flusso di questo misterioso fluido elettrico, in particolare osservando le ombre che proiettava all'interno di un tubo vuoto. Solo allora ci si rese conto che il fluido postulato da Franklin si stava spostando dal lato di pressione "negativa" (-) a quello di pressione "positiva", (+). Ma era già troppo tardi. Decenni di articoli e libri di testo che utilizzavano la teoria e le convenzioni di Franklin erano già stati scritti e sarebbe stato un incubo tentare di ribaltare la convenzione a quel punto.

Ora chiamiamo queste particelle di fluido elettrico "elettroni" e in effetti si comportano in modo molto simile al fluido più veloce e agile che si possa immaginare. Per il modo più comune di convogliare questo fluido, attraverso i metalli, è il terminale negativo di una batteria che crea una pressione (o tensione) positiva per spingere il fluido verso l'esterno, ed è il terminale positivo che crea una pressione negativa per tirare il elettroni di nuovo dentro.

(Questa somiglianza spiega anche perché usare analogie con la pressione dell'acqua per spiegare le tensioni e il flusso elettrico può essere molto più intuitivo di quanto ci si potrebbe aspettare. Entrambi sono esempi di fluidi sotto pressione, anche se la terminologia è diversa e l'analogia è incompleta a causa degli elettroni che hanno la capacità di fare cose che i fluidi materiali non possono.)

Quindi, in conclusione: Franklin avrebbe chiaramente etichettato il suo scelta un errore se avesse avuto accesso a dati migliori, quindi penso che possiamo farlo anche noi.

È passato molto tempo, ma se hai ancora riferimenti per questo in giro, sarebbe fantastico avere un posto dove andare per ulteriori letture su questo.
Ho letto il libro molto tempo fa, alle medie.Era una biografia di Franklin.Cercherò online, però.
Sbagliato, poiché si presume che gli elettroni siano responsabili delle correnti elettriche.Vero, ma solo per metalli e tubi a vuoto.La teoria del singolo fluido di Franklin era fondamentalmente sbagliata.La teoria dei due fluidi era più corretta, poiché spiega i protoni, la conduzione ionica pos / neg di acqua salata, sporcizia, carne umana, ecc. In questi conduttori non ci sono elettroni mobili.In acido, le cariche mobili sono protoni.Non distorcere la fisica usando il tubo di Crookes: il tubo "Canal Ray" di Crookes mostrava DUE raggi: raggi catodici negativi, anche "raggi del canale" in direzione opposta: ioni di gas a carica positiva (protoni, se tubo riempito di H2).
Franklin stava parlando di cavi e si sbagliava su quale tipo di carica si stesse muovendo e quale tipo rimase in posizione.
@wbeaty Se vai in giro a dire agli studenti che la teoria dei due fluidi è più corretta della teoria di un fluido, allora temo che stai diffondendo molta più confusione di quanto stai chiarendo.
@tparker, credi che la corrente sia il flusso di elettroni?Non è.Ad esempio, negli acidi, il flusso è di protoni.Per insegnare batterie, galvanica, ecc., Usiamo la "teoria dei 2 fluidi".In altre parole, la fisica si applica in generale, quindi la teoria di Franklin va contro la fisica, poiché si applica solo alla conduzione metallica, non ai plasmi, alle batterie, ecc. E con le correnti elettriche nello sporco e quando gli esseri umani ricevono shock, nessun elettrone scorre.Del resto, il cervello / i nervi sono interamente basati su correnti non elettroniche.L'esperimento con l'aquilone di Franklin ha coinvolto il flusso di protoni in uno spago acido.
Oh cavolo, dovrei starne fuori, ma ... Le correnti sono solo movimenti di carica, quindi, naturalmente, c'è più di un modo per creare una corrente.Per [email protected] Sono sorpreso che tu non abbia menzionato anche buchi ed elettroni nei semiconduttori (circuiti di computer).Ma al contrario, non una volta hai menzionato il flusso di corrente nei metalli ... che è solo elettroni in movimento!Dato che la conduzione metallica è responsabile, non so, forse circa il 99,9999% di tutto il flusso di carica per metro nelle società tecniche moderne, non si sta concentrando solo sui flussi a due cariche più specifici di nicchia e a corto raggio un po 'antisportivi?
@TerryBollinger no, Franklin stava parlando di Electrics vs Non-Electrics, i loro termini per non conduttore / conduttore.I conduttori erano corpi umani, acqua, metalli, legno, carta, spago e di questi solo i metalli usano flussi di elettroni, mentre il resto era elettrolitico.Nota che lo spago dell'aquilone di Franklin non era un conduttore di elettroni: probabilmente acido e quindi un conduttore di protoni.
Problemi di storia a parte, sono solo felice di vedere la frase "i metalli usano flussi di elettroni".Pace.
@wbeaty No, non credo che solo gli elettroni possano produrre corrente elettrica.Sarebbe stupido.
> un po '[email protected] No, perché a 2 cariche funziona davvero tutto ovunque.La fisica deve spiegare tutto, non solo il minuscolo pezzo che copre l'elettronica.Eh, i fili stessi sono basati sulla fisica a 2 cariche: se non lo fossero, esploderebbero come bombe H (o i metalli non potrebbero esistere.) Le correnti nei metalli sono flussi * differenziali *, un punto ovvio sei metalli sono liquidi.Vedere solo gli elettroni ignorando attivamente protoni e ioni, questa è l'opinione dei tecnici molto diffusa, estremamente semplificata e molto diversa dal punto di vista del fisico (o dell'ingegnere).
Con questo argomento, l'acqua che esce da un rubinetto è un flusso differenziale tra l'acqua e i tubi.Quindi, questo significa che i tubi "fluirebbero" nella direzione opposta dell'acqua se si sciogliessero improvvisamente?No certo che no.È anche facile eseguire l'esperimento che suggerisci facendo passare una corrente elevata attraverso una striscia di saldatura.Quando la lega per saldatura si scioglie, rimane esattamente dov'era come un solido.A proposito, dal momento che hai scelto nel tuo ultimo commento di violare S.E.etichetta andando leggermente _ad hominem_ (moderatori?), questa è l'ultima volta che leggerò o risponderò a qualsiasi cosa tu pubblichi su qualsiasi S.E.Forum.In bocca al lupo.
@TerryBollinger Piuttosto che tubi, è come avere antimateria ovunque (i fili contengono cariche uguali e opposte, che in media vengono annullate). È come avere tubi che contengono metà acqua e metà anti-acqua.Quindi, per creare una corrente d'acqua, ne muoviamo una senza spostare l'altra.E, cosa più importante: se spostiamo il tubo, non stiamo spostando l'acqua, perché spostando il tubo si sposterà anche l'anti-acqua allo stesso tempo!(Lo spostamento di un filo non crea corrente. Se i fili fossero solo pieni di elettroni, anche i piccoli movimenti dei fili produrrebbero un amperaggio gigantesco.)
> Temo che tu stia diffondendo molta più [email protected] No, sto insegnando che l'acqua salata non conduce gli elettroni, che i nervi, le correnti di terra e l'acido della batteria sono basati sulla "teoria dei due fluidi", in cui le cariche positive e negative scorrono l'una accanto all'altra all'interno dello stesso conduttore.Sbarazzarsi del "pensiero Franklin" errato con i suoi portatori di carica a polarità unica, così potremo facilmente capire cervello / nervi / batterie.L'elettronica ha altre cose oltre al metallo e al silicio.(Non convincere gli studenti che le celle a combustibile con conduttori di protoni sono un'eresia blasfema, impossibile da capire!)
Un'aggiunta importante.La velocità media di movimento (deriva) degli elettroni nel cavo è solo di circa 0,1 mm / so 360 metri / ora.Ma la velocità di propagazione del campo elettrico è la velocità della luce.Significa che un segnale viaggia con la velocità della luce, ma il flusso di elettroni è effettivamente lento.Come spingere leggermente un'asta di metallo lunga 10 km.Le informazioni viaggiano con la velocità della luce da un'estremità all'altra dell'asta.Nonostante l'asta si muova solo di pochi millimetri.https://en.wikipedia.org/wiki/Drift_velocity
#3
+13
william beaty
2012-12-16 11:46:20 UTC
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Al centro di questa discussione c'è un malinteso comune e diffuso: l'idea sbagliata che la corrente elettrica sia un flusso di elettroni e che i flussi di carica positiva siano impossibili.

No e no.

Solo nei metalli una corrente elettrica è un flusso di elettroni. I protoni possono fluire, così come gli ioni di entrambe le polarità. Il tipo di portatore di carica dipende dal tipo di conduttore: metalli, elettroliti, gas ionizzati. Quindi, Franklin potrebbe essere stato "al contrario" sul modo in cui i metalli conducono un flusso di carica. Ma non aveva torto sui conduttori protonici e sui PEM usati nelle celle a combustibile a elettroliti solidi. Franklin aveva anche torto sull'acido della batteria e sulle insegne al neon, dove le cariche in movimento hanno polarità opposte e fluiscono in direzioni opposte. Nei termini di Franklin, gli elettroliti contengono due (o più) tipi di "fluido elettrico", non solo uno.

In effetti, quando si viene colpiti da un alimentatore ad alta tensione, nessun elettrone fluisce attraverso il corpo. La tensione impressa attraverso la tua carne produce un flusso di ioni che si trovano comunemente nei tuoi tessuti: ioni positivi di sodio e potassio e cloruri negativi, ciascuna polarità di ioni che scorre in direzioni opposte. Come possiamo allora descrivere gli ampere che ti stanno fulminando ?! Facile. Basta usare la corrente convenzionale. Ecco a cosa serve. (Suggerimento: gli amperometri misurano la corrente convenzionale. Non riportano le percentuali di positivi e negativi che vanno alla deriva nella direzione opposta all'interno del circuito.)

È davvero sorprendente quanti autori sembrano credere alla screditata teoria unifluida di Franklin di elettricità, o credere che le correnti elettriche siano in qualche modo "fatte di elettroni".

Esempi di conduttori:

Metalli - sì, elettroni

Semiconduttori - elettroni in due bande di energia (la banda inferiore è posti vacanti o "buchi")

Plasma - elettroni, ioni positivi, ioni negativi (se plasma idrogeno, i protoni nudi H + fanno parte della corrente.)

Acqua distillata - protoni (ioni H +) e ioni OH-, senza elettroni

Acido della batteria - protoni (ioni H +) e ioni SO4-, nessun elettrone

Oceani - ioni Na +, ioni Cl-, alcuni H + e OH-, nessun elettrone

Umano carne - ioni Na +, ioni K +, ioni Cl, molti ioni misc, nessun elettrone

Sospetto che i manuali di addestramento militare della Seconda Guerra Mondiale siano in parte responsabili di questa situazione. Per l'istruzione dei tecnici, i loro autori si sono concentrati su fili metallici e tubi a vuoto e hanno basato i loro concetti sull'idea sovra semplificata (sbagliata) che "l'elettricità è uguale agli elettroni" e che tutte le cariche positive erano in realtà solo un caso di elettroni mancanti. / p>

Forse pedante, ma trovo fuorviante dire "niente elettroni" quando gli ioni negativi contengono un eccesso di elettroni responsabili della differenza di carica.Anche la maggior parte degli ioni positivi (eccetto protoni, positroni, ecc.) Contengono alcuni elettroni.La qualificazione con "nessun elettrone libero" o "nessun elettrone a banda di conduzione" sarebbe più accurata.
Gli elettroni nudi di @bariumbitmap non possono sopravvivere in soluzione.Certo, possiamo dire che uno ione negativo "è" un elettrone.Ma in realtà non lo è, poiché uno ione è un intero atomo, un portatore di carica di massa elevata, con il resto della massa elettricamente neutro.(Il resto dei protoni e degli elettroni non conta, poiché insieme formano un atomo elettricamente neutro.) Inoltre potremmo dire che le posizioni sono "protoni".Ovviamente lo sono, ma trascinano anche interi atomi mentre fluiscono.È meglio mantenere le cose chiare e utilizzare etichette appropriate per gli ioni negativi, rispetto agli elettroni nudi.
@wbeaty Non sto sostenendo di etichettare gli ioni negativi come "elettroni" o gli ioni positivi come "protoni", sto suggerendo che "nessun elettrone * nudo * fluisce attraverso il tuo corpo" sarebbe più preciso di "nessun elettrone fluisce attraverso il tuo corpo".
#4
+12
Alfred Centauri
2013-06-23 18:05:18 UTC
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Questa è una domanda comune e la risposta è legata al fatto che la corrente elettrica è definita semplicemente come il flusso di carica elettrica. Quindi, è una corrente astratta poiché la carica elettrica è una proprietà , non un entità . La carica elettrica deve essere "trasportata" come qualcosa.

La direzione del flusso della carica positiva è considerata la direzione della corrente elettrica. Pertanto, un flusso di carica negativa contribuisce a una corrente elettrica nella direzione opposta.

Corrente di elettroni è il flusso di elettroni e, poiché gli elettroni hanno la proprietà della carica elettrica negativa, una corrente di elettroni è necessariamente un flusso di carica, cioè una corrente elettrica (nella direzione opposta alla corrente elettrica ).

Ma spesso accade che la corrente elettrica è dovuto al flusso di altre entità cariche oltre agli elettroni. Ad esempio, all'interno dell'elettrolita di una batteria o di un plasma, il flusso di ioni caricati contribuisce alla corrente elettrica.

#5
+8
Nathaniel M. Beaver
2016-01-29 08:16:33 UTC
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Le convenzioni sui segni non sono "sbagliate", ma possono essere fuorvianti.

Ad esempio, potremmo ridefinire il lavoro svolto in un campo gravitazionale in modo che la fuga dalla Terra il pozzo di gravità richiederebbe un lavoro negativo. Questa è una convenzione altrettanto valida, ma associamo il lavoro positivo con lo sforzo, quindi invertire la convenzione ostacolerebbe la nostra intuizione fisica senza alcun beneficio percepibile.

Ci sono casi in cui l'intuizione potrebbe essere fuorviante ? Sicuro; nella meccanica orbitale, il lavoro negativo può farti andare più veloce. Ma questo non significa che dovremmo invertire la convenzione solo perché alcune persone hanno l'idea sbagliata " il lavoro positivo ti fa andare più veloce".

Per i cambiamenti nello stato di ossidazione, il segno esistente convenzione sull'accusa è "sbagliata" nel senso di fuorviante. Quando un atomo guadagna elettroni, si dice che viene "ridotto" perché il suo stato di ossidazione è diminuito.

Questa è una terminologia fuorviante radicata in una convenzione fuorviante. Certo, la terminologia non è fuorviante per "riduzione" che implica la perdita di un protone, ma per la maggior parte delle interazioni atomiche funziona contro l'intuizione fisica. Ad esempio, gli ioni generalmente aumentano il raggio effettivo quando ridotto.

Gli studenti lo trovano così poco intuitivo che cercano di ricordarlo con mnemonici stupidi come "OIL RIG" ("l'ossidazione è perdita, la riduzione è guadagno").

Stessa cosa per la corrente: "CCD" è un mnemonico per " la corrente del catodo si allontana ", anche se la maggior parte delle volte i portatori di carica responsabili della corrente non si allontanano fisicamente dal catodo.

Eppure quegli stessi studenti non hanno bisogno di un mnemonico per ricordare il segno del lavoro svolto contro campo gravitazionale terrestre, né per lavori eseguiti con cariche dello stesso segno.

Ma per le convenzioni sullo stato di riduzione dell'ossidazione, può essere facilmente spiegato da ciò che hai detto: quando un atomo guadagna elettroni, si riduce perché il suo stato di ossidazione è diminuito.Non esiste una spiegazione del genere per la corrente nel filo metallico.Certo, si potrebbe dire che la corrente scorre nella stessa direzione in cui fluirebbe una carica di prova positiva, ma questa "spiegazione" non è intuitiva e sbagliata nel senso che nei fili metallici nulla di positivo si sta effettivamente muovendo;sono solo gli elettroni che si muovono.
A me, l'intera attività di direzione "attuale" sembra una convenzione arbitraria basata su consuetudini storiche, sfortunata ma troppo radicata per essere cambiata, con le persone che oggi cercano di giustificarla con fervore in qualche modo.
#6
+4
DrSheldon
2018-08-29 03:08:03 UTC
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Hai mai giocato al puzzle scorrevole di 15? Ci sono quindici pezzi scorrevoli, numerati da 1 a 15, disposti in una griglia 4x4. Ha un "buco" dove non c'è pezzo. Puoi spostare qualsiasi pezzo adiacente al buco in quello spazio.

Sliding-block 15 puzzle .

Mentre giochi, cosa si muove: i pezzi numerati o il buco ?

Tecnicamente parlando, stai spostando i pezzi numerati. Sono gli elettroni, gli oggetti fisici che si muovono. Puoi anche farli muovere in un percorso completo (un circuito chiuso).

Ma se hai giocato a questo gioco per abbastanza tempo, ti rendi subito conto di quanto sia importante il buco per la strategia del gioco. Un giocatore esperto può spostare la buca dove vuole e la buca può anche muoversi in un circuito chiuso. Il buco rappresenta l'assenza di elettroni e può muoversi proprio come possono fare gli elettroni stessi. Nella teoria dei semiconduttori, li chiamiamo persino ufficialmente "buchi" e li trattiamo come una particella, anche se non lo sono.

In qualunque modo tu conti, c'è qualcosa che si muove. In elettricità, chiamiamo questo "addebito". Ben Franklin lo chiamava "fuoco elettrico" (vedi sotto).

Nota che qualunque mossa tu faccia, ci sono sempre 15 pezzi numerati e 1 buca. Diciamo che questa è conservazione della carica ed è stata scoperta da Franklin (vedi sotto). Finché contiamo o aggiungiamo cose, ha senso rendere un tipo di carica positivo e un altro negativo. Come assegneremo quale è quale?

Il problema è che non c'è mai stato - e non ci sarà mai - un dispositivo in grado di vedere elettroni o lacune. Sono semplicemente troppo piccoli e troppo veloci. Come sottolinea inoltre @endolith, ci sono molte altre cose oltre agli elettroni che possono fluire per produrre corrente elettrica. Tuttavia, ai fisici piace scegliere le convenzioni.


Franklin chiese a molti dei suoi colleghi inglesi dei libri, per creare una biblioteca scientifica in America. All'inizio del 1747, il naturalista inglese Peter Collinson inviò a Franklin un tubo di vetro insieme a una spedizione di libri, con le indicazioni su come veniva utilizzato negli esperimenti elettrici. Apparentemente, i fisici hanno pensato che fosse molto divertente strofinare il tubo e darsi delle scosse a vicenda. Che divertimento!

Il 25 maggio 1747, Franklin scrisse una lettera di ritorno a Collinson, ringraziandolo prima per il regalo, descrivendo alcuni degli esperimenti che aveva eseguito con esso e poi spiegando le sue conclusioni.

Franklin ha descritto la sua costruzione di un semplice elettroscopio, elettrificandolo con il tubo e quindi de-elettrificandolo con un ago vicino. Franklin ha concluso che c'è una sorta di "elemento" che viene "estratto o gettato via". Ha anche notato un bagliore quando questi esperimenti vengono eseguiti al buio, "come quello di un Fire-Fly o Glow-Worm". Franklin quindi lo chiamava "fuoco elettrico", che ora chiamiamo carica. Ha affermato che si tratta di un nuovo elemento chimico (per unire terra, acqua, aria e fuoco).

Ha poi descritto diversi altri esperimenti, ma la sua interpretazione del seguente esperimento è la più importante:

Supponiamo come suddetto, che il fuoco elettrico sia un elemento comune, di cui ognuna delle tre persone sopra menzionate ha la sua quota uguale prima che qualsiasi operazione sia iniziata con il tubo. A chi sta sulla cera, e strofina il tubo, raccoglie il fuoco elettrico da se stesso nel vetro; e la sua comunicazione con le azioni ordinarie interrotta dalla cera, il suo corpo non viene nuovamente rifornito immediatamente. B, che sta similmente su Wax, passando la sua nocca vicino al tubo, riceve il fuoco che è stato raccolto dal vetro da A; e essendo parimenti interrotta la sua Comunicazione con le azioni ordinarie, egli trattiene la Quantità aggiuntiva ricevuta. a C, in piedi sul pavimento, entrambi sembrano essere elettrizzati; poiché ha solo la quantità media di fuoco elettrico riceve una scintilla quando si avvicina a B, che ha una quantità eccessiva, ma ne dà una ad A, che ha una quantità insufficiente.

Se A e B si toccano, la scintilla tra di loro è più forte, perché la differenza tra loro è maggiore. Dopo tale tocco, non c'è Scintilla tra nessuno dei due e C; perché il Fuoco Elettrico in tutto è ridotto all'Uguaglianza originale. Se si toccano durante l'elettrizzazione, the Equality non viene mai distrutto, il fuoco circola solo .

Da qui sono emersi alcuni nuovi Termini tra di noi. Diciamo che B (e altri corpi allo stesso modo circostanziati) sono elettrizzati positivamente; A Negativo : O meglio B è elettrizzato più e A meno. E quotidianamente nei nostri esperimenti elettrizziamo i corpi più o meno come riteniamo corretto. Questi termini potremmo usare fino a quando i tuoi filosofi non ci daranno di meglio.

Benjamin Franklin, Lettera a Peter Collinson, 25 maggio 1747. Enfasi aggiunta.

Franklin aveva scoperto la conservazione della carica. In particolare, ha affermato che il suo "fuoco elettrico" solo circolava , mai distrutto e rimaneva in uguaglianza di importo. Poiché il fuoco elettrico proveniva dalla bacchetta di vetro, per lui aveva senso che gli oggetti che ottenevano fuoco elettrico fossero caricati positivamente .

Il vetro è una delle sostanze più triboelettricamente positive; solo il poliuretano (non ancora inventato) e la pelle ei capelli umani lo sono di più. Se Collinson avesse invece inviato a Franklin una bacchetta di zolfo - che è triboelettricamente negativa - è probabile che oggi parleremmo di elettroni caricati positivamente. Trovo poetico che "fuoco elettrico" possa essere fatto da "zolfo".

Franklin aveva in qualche modo ragione su "Questi Termini che possiamo utilizzare fino a quando i tuoi Filosofi non ci daranno di meglio". In effetti, fu un inglese (il fisico J. J. Thomson) a scoprire che le particelle effettive che si muovono in un circuito - che chiamò "elettroni" - sono caricate negativamente. Sfortunatamente, anche se è arrivato qualcosa di "migliore", la convenzione è rimasta ferma.


Tornando alla domanda iniziale, perché la convenzione è "sbagliata"? Il portatore di carica più comune (l'elettrone) scorre in una direzione, ma la direzione della corrente di carica è espressa nella direzione opposta. Le direzioni opposte creano confusione tra gli studenti: non è intuitivo, è fonte di confusione, gli studenti spesso applicano la direzione sbagliata (o ignorano la direzione) e frustrano gli studenti. Quando impari l'elettricità, è quindi "sbagliato".

Ci sono momenti in cui è meglio usare gli elettroni e altre volte in cui dovresti usare la corrente. Proprio come il puzzle scorrevole ha momenti in cui vuoi spostare un pezzo numerato e altre volte vuoi spostare un buco. Un professionista esperto sa quale applicare e non pensa nemmeno alla differenza.

#7
+3
tparker
2017-05-23 16:03:40 UTC
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La convenzione di carica di Benjamin Franklin non è "sbagliata" nel senso che porta a risposte fisicamente errate, ma è "cattiva" nel senso che richiede di trattare con segni meno non necessari che non ci sarebbero se l'elettrone è stata assegnata una carica positiva.

A mio parere, questo problema è il più grave non nel contesto del flusso di corrente, ma nella fisica delle particelle elementari. Tutti i fermioni elementari deconfinati nel Modello Standard hanno la stessa carica elettrica, e sarebbe molto più naturale assegnare carica positiva alle particelle "materia" e carica negativa alle particelle "antimateria", ma purtroppo secondo la convenzione attuale è il contrario in giro. Questo porta a enormi mal di testa dei segni - così gravi che a metà del libro QFT di Srednicki, in realtà ridefinisce $ e $ dalla carica dell'elettrone alla carica del protone, rendendo davvero fastidioso confrontare i risultati prima e dopo quel punto. (Ovviamente, potremmo invece invertire le convenzioni per cui le particelle sono "materia" e quali "antimateria", ma in base a tale convenzione la stragrande maggioranza dell'universo osservabile sarebbe costituita da antimateria, che sarebbe una convenzione anche peggiore.)

#8
+2
John Rennie
2013-06-23 17:19:41 UTC
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Questa è solo una convenzione nata (credo) nel diciannovesimo secolo prima che l'esistenza degli elettroni fosse stabilita. Non ha alcun significato speciale.

Nei semiconduttori di tipo $ p $ è possibile modellare il flusso di corrente come il movimento di fori positivi, e questi viaggiano dal polo positivo al polo negativo. Tuttavia, sono ancora gli elettroni che si muovono e faresti fatica a interpretare il flusso di corrente nei metalli usando questo modello.

Benjamin Franklin visse nel XVIII secolo, non nel XIX.
#9
+1
Vineet Menon
2011-11-17 17:13:05 UTC
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L'elettricità è una manifestazione dovuta al movimento elettronico, che viene caricato negativamente.

Ma molto tempo fa, quando questo non era noto, Franklin propose di chiamare positiva la carenza di elettroni e negativa l'eccesso di elettroni; che è seguito ora !!! che alla fine ha portato la carica elettronica a essere nota come negativa !!!

L'elettrone povero ora deve convivere con la carica negativa su cui è stato spinto da Franklin.

In effetti , nella terminologia elettrica, la corrente fluisce dal terminale positivo al terminale negativo; mentre fisicamente gli elettroni fluiscono dal terminale negativo al terminale positivo. Quindi, ora a causa di quell'errore di Franklin dobbiamo chiamare il flusso elettrico come l'inverso del flusso di elettroni !!!

Anch'io vorrei che fosse il contrario, la vita sarebbe stata un po 'più semplice !!

quindi qual è stato l'errore di Franklin? Proporre una convenzione di denominazione?
ya ... più o meno !!! ma considerando quello che il mondo sapeva dell'elettricità e dell'elettrone ai suoi tempi ... non puoi biasimarlo ... leggi di più al riguardo http://xkcdsucks.blogspot.com/2009/04/comic-567-if-i-could -go-back-in-time.html nei commenti ...
Ma in un semiconduttore, i buchi fluiscono da positivo a negativo!
I buchi non sono "reali". Per esempio. ti imbatti in alcuni problemi quando cerchi di assegnare loro una messa.
-1
@MSalters: non si incontrano problemi nei semiconduttori di tipo p, la massa dei fori è meno la derivata seconda dell'energia rispetto all'energia alla banda massima. La massa dell'elettrone efficace è negativa in tali materiali. Nei semiconduttori di tipo n, o metalli ordinari, i fori hanno una massa negativa.
C'è un motivo per cui chiamiamo buchi quasi particelle e non usiamo questo termine per gli elettroni. La massa negativa è solo una delle ragioni; massa anisotropa un altro. Gli elettroni possono fuoriuscire dai semiconduttori se colpiti dalla luce, i buchi no. Ma sì, ovviamente, ci sono molti casi in cui è più facile usare i buchi come finzione conveniente, ad es. l'effetto Hall.
@endolith: Ma, non credo che sia un po 'azzardato dire che elettroni e lacune sono equivalenti in termini di esistenza. In tal caso diresti che luce e oscurità sono equivalenti, ma l'oscurità è solo un'assenza di luce ..
@VineetMenon: Come fai a sapere che gli elettroni non sono l'assenza di buchi?
@endolith:perché è l'elettrone che causa la luce anodica ciò che JJ Thomson ha visto nel suo esperimento sui raggi catodici. Perché è l'elettrone che NON ha massa anisotropa. Perché è l'elettrone che si manifesta ovunque, non solo i semiconduttori.
@Vineet: Per i bosoni, come la luce, non puoi scambiare luce e oscurità, perché il numero di fotoni in una modalità può andare all'infinito. Ma quando hai i fermioni, c'è 0 o 1 particella in un modo, vuoto o occupato, e puoi scambiare vuoto e occupato matematicamente senza contraddizioni. Lo scambio è banale, ma inverte il segno dell'energia cinetica, quindi è convenzionale definire la particella come quella con curvatura positiva sul KE.
@endolith Aspetta .. Gli elettroni * non sono reali? *
@tjt263 "L'elettrone è una teoria che utilizziamo; è così utile per comprendere il modo in cui funziona la natura che possiamo quasi chiamarlo reale."- Feynman
@endolith, Non è tutto una teoria?La relatività generale è una teoria e così è il modello standard.
@VineetMenon Sì, la fisica crea modelli matematici di cose reali.Quindi, se un elettrone che viaggia attraverso il metallo può essere modellato come una particella e un buco che viaggia attraverso un semiconduttore può essere modellato come una particella, è uno più "reale" dell'altro?http://physics.stackexchange.com/a/15662/176
@endolith Suppongo che dipenderebbe dalla verità effettiva.Ci deve essere una verità reale, giusto?
AiliblzmhfCMT http://philosophy.stackexchange.com/
@VineetMenon: no, i buchi non sono l'assenza di elettroni.I fori dei semiconduttori sono protoni.Poiché la carica pos è reale tanto quanto neg, la carica pos non è mai una "assenza di elettroni".(Ad esempio il vuoto ha assenza di elettroni. Quindi il vuoto deve essere caricato positivamente? No.) Se iniziamo con materia neutra e rimuoviamo gli elettroni, ci lasciamo dietro protoni che erano stati schermati / cancellati dagli elettroni, quindi rimuovere gli elettroni è relativo, è carica-separazione non "mancante" di elettroni.Anche la rimozione dei protoni è molto comune, ma non viene notata, perché si chiama "rimozione degli ioni + H".Protoni = + H ioni.
@endolith: Non cadere nell'argomento luce anodica.I tubi di Crookes a raggi di canale mostrano fasci di entrambe le polarità: elettroni e ioni +.I magneti deviano entrambi i raggi, ma deviano meno.per i "raggi del canale" pos che per i "raggi catodici" negativi.Sì, gli elettroni metallici, non i protoni, sono mobili.Ma i protoni dell'acido della batteria, non gli elettroni, sono mobili!"Static" è ora noto per essere da pos e neg ion xfer, non da electron xfer.La biochimica coinvolge il legame elettronico, ma anche + H proton xfer, correnti protoniche.Il bias mentale per gli elettroni è un bias di fili metallici, bias di tubi vac: non per scienziati / ingegneri.È per i tecnici nella seconda guerra mondiale.
@wbeaty,, anche lei crede che l'11 settembre sia stata una cospirazione ebraica?:)
@VineetMenon inappropriato.Non c'è mai bisogno di attacchi personali se i propri argomenti sono chiari.I tuoi non lo sono, sono semplicemente sbagliati.Ma non sei solo;La convinzione irrazionale che "l'elettricità è uguale agli elettroni" è diffusa, così come la convinzione che i protoni non fluiscano mai.Sì, gli elettroni sono i portatori di metalli solidi, tubi a vuoto, semiconduttori, mentre i protoni sono i portatori di soluzioni acide (batterie) ed entrambe le polarità ioniche sono i portatori di elettroliti (umani, terra, galvanica ecc.).gli elettroni fluiscono nei metalli, ma non nel terreno, né negli esseri umani sotto shock elettrico.
Per quanto riguarda i "buchi" nei semiconduttori, sono vere cariche positive, ma la loro mobilità è una conseguenza della struttura a bande dei semiconduttori e degli elettroni di valenza mobili.Un atomo di Si neutro in un reticolo ha 14 protoni annullati da 14 elettroni.Rimuovere un elettrone, formando un vettore "buco".Ora l'atomo di Si ha un protone in eccesso;una carica positiva.Questa carica può "muoversi" se un atomo vicino dona un elettrone di valance per annullare il protone positivo.Ma quel vicino ora ha troppi protoni.La carica positiva è reale, ma il movimento è dovuto al trasferimento dell'elettrone piuttosto che al trasferimento del protone.
#10
+1
Nick
2013-06-23 17:11:33 UTC
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Le cariche positive attraggono cariche negative e lo stesso vale per un potenziale positivo (una carica negativa vuole che il suo potenziale sia il più alto possibile). Quindi l'elettrone fluisce dal polo -polo al polo + aumentando il suo potenziale nel processo.

Potresti vedere il polo positivo come una carica positiva che sta cercando di attirare l'elettrone.

O per seguire la risposta approvata: `` È perché abbiamo definito la carica di un elettrone come la carica negativa che queste convenzioni confondono. '' Se dovessimo cambiare tutte le cariche negative in positive e quelle positive in negative quelli, allora la corrente e il flusso di elettroni coinciderebbero. È semplicemente una questione di convenzione.

No, perché allora i flussi di protoni sarebbero all'indietro.Ad esempio, se i tuoi due poli si collegano all'acqua salata, non fluiscono gli elettroni.Invece, + Na scorre in un modo e -Cl nell'altro.Oppure collega i poli alla soluzione acida in cui il flusso è composto da ioni + H (cioè protoni.) Franklin sarebbe corretto solo se i corpi umani e l'acqua salata fossero isolanti e tutti i conduttori fossero metalli.L'errore di Franklin: ignorare che anche la materia stessa doveva essere una sostanza elettrica.L'intuizione corretta di Franklin: la grande asimmetria delle masse tra le correnti protoniche degli acidi, rispetto alle correnti elettroniche dei metalli.
#11
  0
Mitko Gorgiev
2019-10-03 16:42:51 UTC
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La denominazione dei due tipi di elettricità non è sbagliata e non può essere affatto una questione di convenzione umana.

(in questa risposta userò le parole "più" e "meno" invece di "positivo" e "negativo")

"Plus" è l'effetto verso l'esterno (espansione, soffio, esplosione, yang), "meno" è l'effetto verso l'interno (contrazione, aspirazione, implosione, yin). Ad esempio, l'atto di inspirare è positivo, perché il nostro petto si espande; l'atto di espirare è negativo, perché si riduce di dimensioni.

Dalla storia dell'elettromagnetismo è noto che Benjamin Franklin (1705-1790) è l'uomo che per primo ha introdotto i termini "positivo" e "negativo", cioè "più / meno" nel campo dell'elettricità in la metà del XVIII secolo. In precedenza, i diversi tipi di elettricità erano stati chiamati "vitreo" (che significa "vetro") e "resinoso" (che significa "ambra"), poiché il vetro e l'ambra erano gli oggetti più spesso strofinati per produrre l'elettricità opposta. Al momento in cui Franklin ha dato il suo contributo, la gente aveva effettivamente parlato di due tipi di fluidi elettrici; tuttavia, Franklin ha sostenuto che esiste un solo fluido elettrico, e l'eccesso e la carenza di esso negli oggetti che ha chiamato "più" e "meno". Ha detto che i corpi in condizioni normali hanno quantità medie di questo fluido e sono quindi neutri. Quando due oggetti vengono strofinati l'uno contro l'altro, uno trasferisce presumibilmente una parte del suo fluido all'altro e quindi il primo diventa meno e il secondo più elettrificato.

Rimane un mistero come questo tipo di pensiero abbia portato l'elettricità del vetro a essere chiamata "più" e l'elettricità ambra "meno", sebbene sia stato registrato che Franklin è l'uomo che ha assegnato il vantaggio al vetro e il meno all'elettricità ambra.

Che queste cose (cioè più e meno nell'elettricità e nel magnetismo) non sono arbitrarie, ho una prova che chiamo una prova definitiva. Una prova è definitiva quando percepiamo la verità immediatamente (direttamente, non mediata) con i nostri sensi, in questo caso, con i nostri occhi.

Se ruotiamo i dischi di una macchina Wimshurst ruotando manualmente la manovella verso destra in una stanza buia (i risultati più evidenti possono essere visti di notte in una stanza con un po 'di lampione esterno che vi entra), e se noi fate questo per almeno 10-15 secondi per far abituare gli occhi alla luce fioca, noteremo che i quadranti orizzontali emettono un leggero tremolio, mentre i verticali sono completamente scuri. Ruotando la manovella verso sinistra lo sfarfallio si ricolloca sui quadranti verticali, mentre quelli orizzontali ora rimangono scuri. Guardando ancora più attentamente la scena, noteremo una differenza qualitativa essenziale tra ciò che accade nel quadrante sinistro e in quello destro (cioè quello superiore e quello inferiore quando la manovella viene girata a sinistra). Lo sfarfallio in un quadrante orizzontale è diretto dai settori metallici verso l'esterno, nell'altro verso l'interno. In altre parole, nel quadrante sinistro i settori metallici sono scuri e la luce tremolante si illumina intorno a loro, ma nel quadrante destro i settori metallici sono illuminati e intorno a loro è buio.

enter image description here

I settori metallici dell'immagine vengono disegnati nel loro insieme e non individualmente, perché il fenomeno della luce appare come un tutto; più precisamente, come due interi, uno sinistro e uno destro, e non individualmente nei settori.

L'elettricità del quadrante sinistro (immagine a sinistra) è la stessa dell'elettricità vitrea; l'elettricità del quadrante destro è la stessa dell'elettricità resinosa. Non spiegherò come viene determinato, perché questa risposta diventerà molto più lunga (puoi verificarla qui https://newtheories.info). Quindi, se Benjamin Franklin ha determinato cosa c'è di positivo e negativo sull'elettricità, lo ha fatto bene.

Se riempiamo il centro di un anello magnetico (estratto da un piccolo altoparlante) con limatura di ferro, picchiettiamo il magnete per consentire alla polvere di ferro di prendere liberamente la sua forma, una differenza tra l'uno e l'altro lato diventa ben visibile. Al polo che punta a Nord è evidente una forma di soffio (come se mettessimo le labbra in avanti), e al polo che punta a Sud una forma di aspirazione (come se mettessimo le labbra verso l'interno). Quindi, il polo positivo con un effetto verso l'esterno è il polo sud magnetico della Terra e il polo negativo con un effetto verso l'interno è il polo nord magnetico della Terra.

Il vento elettrico soffia de jure e de facto dal polo positivo a quello negativo della batteria attraverso il cavo di collegamento. Ma lo spiegherò in un'altra risposta.

P.S. Cosa intendo con "vento elettrico", puoi leggerlo qui https://www.quora.com/What-is-meant-by-electric-wind-What-are-some-examples/answer/Mitko- Gorgiev



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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