為什麼歷史上發現電子後,沒有規定電子流動的方向為電流的方向,而仍然用「正電荷」的概念來解釋呢?
01-02
正負電荷又是如何定義的呢?只是隨機選擇一個作為正,另一個為負嗎?
電流方向和電子流移動方向正好相反。原因就是:電流方向是在沒有發現電子以前定義的,科學家們曾經認為電流是正電荷從電源的正極經導線流向負極的。現在,人們已經知道金屬導體中的電流是由帶負電的電子的移動產生的,它們是從電源的負極經導線流向正極,電子的移動方向與電流的方向正好相反。
由於更改幾乎不可能,所以就規定電流方向在電源的外電路從正極流向負極,電流的內部則從負極流向正極。
這樣規定後,並不會對電路的討論帶來什麼實質性影響。只是,凡涉及到電化學、電弧和PN結的討論時,要注意到實際電子流的方向與電流方向是反的。這種規定與左右手法則,與矢量場等等毫無關係。其實,在中學就已經遇到這問題了。
例如我們學習氧化還原反應和電解時,得知負極流出電子(帶負電)經過陰極,流向陽極,最終流向正極。
總之:電流方向與電子移動方向相反。電流方向為:從正極到負極;電子流移動方向為:從負極到正極。
絕大多數情況下,金屬導線中只有負電荷的電子能自由運動,電流是由電子的定向運動表現的。但在溶液中或熔融岩中,正電荷也可以自由運動。此時電流的方向與正電荷定向運動的方向一致。
因為在自然科學的歷史上,人類是先發現靜電現象,產生電的方式是摩擦起電,而不是電池或者發電機。最早的記錄是公元600年發現毛皮摩擦過的琥珀會吸引碎紙屑,如果摩擦過的時間足夠長會觀察到火花。人類對電的認識從物質屬性發展到雙流體理論,富蘭克林在總結實驗現象的基礎上提出單流體理論,直到這個時候,人類還對原子結構一無所知,自然不可能用電子來定義電流方向。正電荷與負電荷是由富蘭克林定義的,依據是他認為萊頓瓶實驗中電是儲存在玻璃中的,因此絲巾摩擦玻璃使得電從絲巾流動至玻璃,所以玻璃帶的是正電。這個定義方式和水從高向低流動的自然現象吻合。當然由於時代的局限性,這個理論與自然科學後來的研究成果是違背的,但是電荷的定義則被保留了下來,因為從這個定義衍生出來的理論並沒有太大問題。我當年上電工電子的時候,對於p型半導體的空穴按照正電荷處理始終無法接受,因為這和當時原子不動電子運動的模型不吻合呀。後來學了量子物理中對電流形成更加深入的研究之後就接受了,因為實在看不懂,只能套用已有的結論,這個在自然科學研究中非常常見。電子發現之後,人類更加深入的認識了電流的本質,但是富蘭克林等人提出的理論,在其適用的條件下,結論是正確的,是可以滿足人類改造自然需求的。
在十八世紀,走在電學最前端的專家非班傑明·富蘭克林莫屬。他認為電的單流體理論比較正確。他想像電儲存於所有物質裡,並且通常處於平衡狀態,而摩擦動作會使得電從一個物體流動至另一個物體。例如,他認為累積的電是儲存於萊頓瓶的玻璃,用絲巾摩擦玻璃使得電從絲巾流動至玻璃。這流動形成了電流。他建議電量低於平衡的物體載有負的電量,電量高於平衡的物體載有正的電量。他任意地設定玻璃電為正電,具有多餘的電;而琥珀電為負電,缺乏足夠的電。同時期,威廉·沃森也達到同樣的結論。1747年,富蘭克林假設在一個孤立系統內,總電荷量恆定,這稱為電荷守恆定律
發現電子遠遠晚於人類發現電荷和定義某種電荷為正電荷。
因為習慣用右手螺旋法則來定義矢量場的方向。電磁場是矢量場,以正電荷的流動方向作為電流正方向,以N級為磁場的正極,這樣電磁場的參數計算可以直接套用矢量場的旋度運算元等各種公式,方向符合右手螺旋法則。
我們把100個原子圍成一圈,當我們以這些原子為參照,發現有個電子,就叫它電子A吧,在上面順時針跑圈(負電荷順時針移動),而我們以電子A為參照的話,會發現原子們在逆時針跑圈(正電荷逆時針移動)。
本來沒有錯,談不上改正。
看到很多人都寫了以前發現摩擦一些物品會有帶電性,其實這個跟我們現在用的電是不一樣的,我們現在用的所謂電是指交流電跟直流電,直流電顧名思義就是火線跟零線是不會變化的,而交流電是還有一個底線,並且交流電是火線跟零線交替換的,這個是那個富蘭克林引雷之後,才有這個想法去研究的,我只是遊客,這些寫寫而已,不用太當回事
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