Sensul conventional si sensul real de deplasare al electronilor

Sensul conventional si sensul real de deplasare al electronilor

Purtatorii sarcinii electrice

Cand Benjamin Franklin a presupus directia de curgere a sarcinii electrice (de pe parafina spre lana), a creat un precedent in notatiile electrice ce exista pana in zilele noastre, in ciuda faptului ca acum se stie ca electronii sunt purtatorii de sarcina electrica, si ca acestia se deplaseaza de pe lana pe parafina - nu invers - atunci cand aceste doua materiale sunt frecate unul de celalalt. Din aceasta cauza spunem ca electronii poseda o sarcina electrica negativa: deoarece Franklin a presupus ca sarcina electrica se deplaseaza in directia contrara fata de cea reala. Prin urmare, obiectele pe care el le-a numit "negative" (reprezentand un deficit de sarcina) au de fapt un surplus de electroni.

Termenii de "pozitiv" si "negativ" sunt pure conventii tehnice

In momentul in care a fost descoperita adevarata directie de deplasare a electronilor, nomenclatura "pozitiv" si "negativ" era atat de bine stabilita in comunitatea stiintifica incat nu a fost facut niciun efort spre modificarea ei, desi numirea electronilor "pozitivi" ar fi mult mai potrivita ca si purtatori de sarcina in "exces". Trebuie sa realizam ca termenii de "pozitiv" si "negativ" sunt inventii ale oamenilor, si nu au nici cea mai mica insemnatate dincolo de conventiile noastre de limbaj si descriere stiintifica. Franklin s-ar fi putut foarte bine referi la un surplus de sarcina cu termenul "negru" si o deficienta cu termenul "alb" (sau chiar invers), caz in care oamenii de stiinta ar considera acum electronii ca avand o sarcina "alba" (sau "neagra", in functie de alegerea facuta initial).

Sensul conventional de deplasare al electronilor

Datorita faptului ca tindem sa asociem termenul de "pozitiv" cu un "surplus", si termenul "negativ" cu o "deficienta", standardul tehnic pentru denumirea sarcinii electronilor pare sa fie chiar invers. Datorita acestui lucru, multi ingineri se decid sa mentina vechiul concept al electricitatii, unde "pozitiv" inseamna un surplus de sarcina, si noteaza curgerea curentului in acest fel. Aceasta notatie a devenit cunoscuta sub denumirea de sensul conventional de deplasare al electronilor. In aceasta situatie, sarcinile electrice se deplaseaza de la terminalul pozitiv (+) la terminalul negativ (-).

Sensul real de deplasare al electronilor

Altii aleg sa descrie deplasarea sarcinii exact asa cum se realizeaza ea din punct de vedere fizic intr-un circuit. Aceasta notatie a devenit cunoscuta sub numele de sensul real de deplasare al electronilor. In aceasta situatie, sarcinile electrice se deplaseaza dinspre "-" (surplus de electroni) spre "+" (deficienta de electroni).

Atentie, pentru tot restul cartii se va folosi notatia reala de deplasare a electronilor.

Rezultatul analizei circuitelor

In cazul sensului conventional de deplasare al electronilor, deplasarea sarcinii electrice este indicata prin denumirile (tehnic incorecte) de + si -. In acest fel aceste denumiri au sens, dar directia de deplasare a sarcinii este incorecta. In cazul sensului real de deplasare al electronilor, urmarim deplasarea reala a electronilor prin circuit, dar denumirile de + si - sunt puse invers. Conteaza chiar asa de mult modul in care punem aceste etichete intr-un circuit? Nu, atata timp cat folosim aceeasi notatie peste tot. Putem folosi directia imaginata de Franklin a curgerii electronilor (conventionala) sau cea efectiva (reala) cu aceleasi rezultate din punct de vedere al analizei circuitului. Conceptele de tensiune, curent, rezistenta, continuitate si chiar elemente matematice precum legea lui Ohm sau legile lui Kirchhoff, sunt la fel de valide oricare notatie am folosi-o.

Notatia conventionala este folosita de majoritatea inginerilor si ilustrata in majoritatea cartilor de inginerie. Notatia reala este cel mai adesea intalnita in textele introductive (aceste, de exemplu) si in scrierile oamenilor de stiinta, in special in cazul celor ce studiaza fizica materialelor solide pentru ca ei sunt interesati de deplasarea reala a electronilor in substante. Aceste preferinte sunt culturale, in sensul ca unele grupuri de oameni au gasit avantaje notarii curgerii curentului fie real fie conventional. Prin faptul ca majoritatea analizelor circuitelor electrice nu depinde de o descriere exacta din punct de vedere tehnic a deplasarii electronilor, alegerea dintre cele doua notatii este (aproape) arbitrara.

Dispozitive polarizate si dispozitive nepolarizate

Multe dispozitive electrice suporta curenti electrici in ambele directii fara nicio diferenta de functionare. Becurile cu incandescenta, de exemplu, produc lumina cu aceeasi eficienta indiferent de sensul de parcurgere al curentului prin ele. Functioneaza chiar foarte bine in curent alternativ, acolo unde directia se modifica rapid in timp. Conductorii si intrerupatoarele sunt de asemenea exemple din aceasta categorie. Termenul tehnic pentru aceasta "indiferenta" la curgere este de dispozitive nepolarizate. Invers, orice dispozitive ce functioneaza diferit in functie de directia curentului se numesc dispozitive polarizate.

Simbolul dispozitivelor polarizate

Exista multe astfel de dispozitive polarizate folosite in circuitele electrice. Multe dintre ele sunt realizate din substante denumite semiconductoare. Ca si in cazul intrerupatoarelor, becurilor sau bateriilor, fiecare din aceste dispozitive este reprezentat grafic de un simbol unic. Simbolurile dispozitivelor polarizate contin de obicei o sageata, undeva in reprezentarea lor, pentru a desemna sensul preferat sau unic al directiei curentului. In acest caz, notatia conventionala si cea reala conteaza cu adevarat. Deoarece inginerii din trecut au adoptat notatia conventionala ca si standard, si pentru ca inginerii sunt cei care au inventat dispozitivele electrice si simbolurile lor, sagetile folosit in aceste reprezentari, indica sensul conventional de deplasare al electronilor, si nu cel real. Ce vrem sa spunem este ca toate aceste dispozitive nu indica in simbolurile lor deplasarea reala a electronilor prin ele.

Probabil ca cel mai bun exemplu de dispozitiv polarizat o reprezinta dioda.O dioda este o "valva" electrica cu sens unic. Ideal, dioda ofera deplasare libera electronilor intr-o singura directie (rezistenta foarte mica), dar previne deplasarea electronilor in directia opusa (rezistenta infinita). Simbolul folosit este acesta:

Introdusa intr-un circuit cu o baterie si un bec, se comporta astfel.

Cand dioda este plasata in directia curgerii curentului, becul se aprinde. Altfel, dioda blocheaza curgerea electronilor precum oricare alta intrerupere din circuit, iar becul nu va lumina.

Notatia conventionala

Daca folosim notatia conventionala, sageata diodei este foarte usor de inteles: triunghiul este asezat in directia de curgere a curentului, de la pozitiv spre negativ.

Notatia reala

Pe de alta parte, daca folosim notatia reala de deplasare a electronilor prin circuit, sageata diodei pare asezata invers.

Din acest motiv simplu, multi oameni tind sa foloseasca notatia conventionala atunci cand reprezinta directia sarcinii electrice prin circuit. Dispozitivele semiconductoare precum diodele sunt mai usor de inteles astfel in cadrul unui circuit. Totusi, unii aleg sa foloseasca notatia reala pentru a nu trebui sa-si reaminteasca lor insusi de fiecare data faptul ca electronii se deplaseaza de fapt in directia opusa, atunci cand aceasta directie de deplasare devine importanta dintr-un oarecare motiv.