Обычный и электронный поток

«В стандартах хорошо то, что они многие из них на выбор ». —Эндрю С. Таненбаум, профессор компьютерных наук

Положительный и отрицательный заряд электронов

Когда Бенджамин Франклин высказал свое предположение относительно направления потока заряда (от гладкого воска к грубой шерсти), он создал прецедент для электрических обозначений, который существует по сей день, несмотря на тот факт, что мы знаем, что электроны являются составными единицами заряда, и что они перемещаются с шерсти на воск, а не с воска на шерсть, когда эти два вещества растираются друг с другом. Вот почему считается, что электроны имеют отрицательный заряд:потому что Франклин предполагал, что электрический заряд движется в противоположном направлении, чем это происходит на самом деле, и поэтому объекты, которые он назвал «отрицательными» (представляющими недостаток заряда), на самом деле имеют избыток электронов.

К тому времени, когда было обнаружено истинное направление потока электронов, терминология «положительный» и «отрицательный» уже была настолько прочно закреплена в научном сообществе, что не было предпринято никаких усилий, чтобы изменить его, хотя определение электронов «положительным» принесло бы больше пользы. смысл упоминания «лишнего» заряда. Видите ли, термины «положительный» и «отрицательный» являются изобретением человека и как таковые не имеют абсолютного значения за пределами наших собственных условных обозначений языка и научного описания. Франклин мог так же легко назвать избыток заряда «черным», а недостаток - «белым», и в этом случае ученые могли бы говорить об электронах, имеющих «белый» заряд (предполагая ту же неверную гипотезу о положении заряда между парафином и шерсть).

Условное обозначение потока

Однако, поскольку мы склонны ассоциировать слово «положительный» с «избытком», а «отрицательный» - с «дефицитом», стандартное обозначение заряда электрона кажется отсталым. Из-за этого многие инженеры решили сохранить старую концепцию электричества с «положительным», относящимся к избытку заряда, и соответственно обозначить поток заряда (ток). Это стало известно как обычный поток . обозначение:

Обозначение электронного потока

Другие решили обозначать поток заряда в соответствии с фактическим движением электронов в цепи. Эта форма символики стала известна как электронный поток . обозначение:

В обычных обозначениях потока мы показываем движение заряда согласно (технически неверным) обозначениям + и -. Таким образом, этикетки имеют смысл, но направление потока заряда неверно. В обозначении электронного потока мы следим за фактическим движением электронов в цепи, но метки + и - кажутся обратными. Действительно ли имеет значение, как мы обозначаем поток заряда в цепи? Не совсем, если мы единообразно используем наши символы. Вы можете следить за воображаемым направлением тока (обычный поток) или за фактическим (поток электронов) с равным успехом в том, что касается анализа схемы. Концепции напряжения, тока, сопротивления, непрерывности и даже математические трактовки, такие как закон Ома (глава 2) и законы Кирхгофа (глава 6), остаются столь же актуальными для любого стиля записи.

Обычная нотация потока и электронная нотация

Вы найдете условные обозначения потоков, используемые большинством инженеров-электриков и проиллюстрированные в большинстве учебников по инженерному делу. Электронный поток чаще всего встречается во вводных учебниках (этот, однако, от него отходят) и в трудах профессиональных ученых, особенно физиков твердого тела, которые озабочены реальным движением электронов в веществах. Эти предпочтения носят культурный характер в том смысле, что определенные группы людей сочли полезным представить себе движение электрического тока определенными способами. Поскольку большинство анализов электрических цепей не зависит от технически точного описания потока заряда, выбор между обычным обозначением потока и обозначением электронного потока является произвольным. . . почти.

Поляризация и неполяризация

Многие электрические устройства выдерживают реальные токи любого направления без разницы в работе. Например, лампы накаливания (в которых используется тонкая металлическая нить накаливания, которая накаляется добела при достаточном токе), например, излучают свет с одинаковой эффективностью независимо от направления тока. Они даже хорошо работают на переменном токе (AC), где направление быстро меняется с течением времени. Проводники и переключатели работают независимо от направления тока. Технический термин для обозначения этой несущественности потока заряда - неполяризация . . Тогда можно было бы сказать, что лампы накаливания, переключатели и провода неполяризованы компоненты. И наоборот, любое устройство, которое по-разному работает с токами разного направления, будет называться поляризованным устройство.

В электрических цепях используется много таких поляризованных устройств. Большинство из них изготовлено из так называемого полупроводника . вещества, и как таковые не рассматриваются подробно до третьего тома этой серии книг. Подобно выключателям, лампам и батареям, каждое из этих устройств представлено на схематической диаграмме уникальным символом. Как можно догадаться, символы поляризованных устройств обычно содержат где-то внутри стрелку, обозначающую предпочтительное или исключительное направление тока. Вот где действительно имеют значение конкурирующие обозначения обычного и электронного потока. Поскольку инженеры с давних времен выбрали традиционный поток как стандартную нотацию своей «культуры», и поскольку инженеры - это те же люди, которые изобретают электрические устройства и символы, их представляющие, стрелки, используемые в символах этих устройств , все указывают на направление обычного потока, а не потока электронов . Другими словами, на всех символах этих устройств есть стрелки, указывающие против реальный поток электронов через них.

Возможно, лучшим примером поляризованного устройства является диод . . Диод - это односторонний «клапан» для электрического тока, аналог обратного клапана . для тех, кто знаком с водопроводными и гидравлическими системами. В идеале диод обеспечивает беспрепятственное прохождение тока в одном направлении (небольшое сопротивление или его отсутствие), но предотвращает прохождение тока в другом направлении (бесконечное сопротивление). Его схематический символ выглядит так:

Помещенный в цепь батареи / лампы, он работает следующим образом:

Когда диод направлен в правильном направлении, пропускающем ток, лампа светится. В противном случае диод блокирует прохождение тока точно так же, как разрыв цепи, и лампа не будет светиться.

Если обозначить ток в цепи, используя обычное обозначение потока, символ стрелки диода будет иметь смысл:треугольная стрелка указывает в направлении потока заряда, от положительного к отрицательному:

С другой стороны, если мы воспользуемся обозначением электронного потока, чтобы показать истинное направление движения электронов по цепи, символ стрелки диода кажется обратным:

Уже по одной этой причине многие люди предпочитают использовать условные обозначения при рисовании направления движения заряда в цепи. Если по какой-либо другой причине, символы, связанные с полупроводниковыми компонентами, такими как диоды, в этом случае имеют больше смысла. Однако другие предпочитают показывать истинное направление движения электронов, чтобы не говорить себе:«просто помните, что электроны на самом деле движется в другую сторону », когда истинное направление движения электронов становится проблемой.

Что следует использовать:обычный ток или поток электронов?

Обе модели дадут точные результаты при последовательном использовании, и они одинаково «правильны», поскольку являются инструментами, которые помогают нам понимать и анализировать электрические схемы. Однако в контексте электротехники обычный ток гораздо более распространен. В этом учебнике используется обычный ток, и любой, кто намеревается изучать электронику в академической или профессиональной среде, должен научиться естественно думать об электрическом токе как о чем-то, что течет от более высокого напряжения к более низкому ».

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Электронная таблица по сравнению с обычным потоком