Так в каком-же всё-таки направлении течёт ток?

"Электрический ток, направленное (упорядоченное)
движение заряженных частиц: электронов , ионов и др.
Условно за направление электрического тока принимают
направление движения положительных зарядов".
Большой энциклопедический словарь.



От условностей к определённостям.

Со времён начала познания электричества и описания электрических явлений с помощью связанных между собой законов, относительно направления движения тока рассматривались только два взаимно противоположных предположения:
- ток течёт от "+" к "-",
- ток течёт от "-" к "+",
и до настоящего времени никто и никогда не выдвигал третье предположение: электрический ток есть перемещение противоположных электрических зарядов в замкнутой цепи НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ!
А ведь это предположение имеет такое же право на существование, как и два предыдущих, так как ни одно из них (двух первых) до настоящего времени так безусловно и не доказано. Теперь это можно рассматривать следующим образом - на вопрос: "В каком направлении течёт электрический ток?" - есть три предполагаемых ответа:
1.Ток течёт от "+" к "-".
2.Ток течёт от "-" к "+".
3.Электрический ток есть перемещение противоположных электрических зарядов в замкнутой цепи НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.
Выберете из них тот, в котором отсутствуют противоречия. Этим правильным ответом как раз и должен стать третий вариант, который и выносится на обсуждение с целью, наконец, расставить все точки над i.

В каком направлении течёт электрический ток по проводнику?

Вопрос о том, в каком направлении течёт электрический ток, далеко не праздный, и может иметь существенное практическое значение, а именно: если удастся этому явлению дать логичное аргументированное объяснение, отличное от существующего, это позволит во-первых, грамотно объяснить многие до сих пор непонятные электрические явления; во-вторых, создавать новые технические решения во многих областях применения электричества и в-третьих, наконец, делать новые открытия.
Такие объяснения типа: "так сложилось исторически" или "так нас учили в школе на уроках физики" нормального, любознательного человека, а "технаря" в особенности, удовлетворить не могут. Или ещё: "нам безразлично в каком направлении течёт ток, главное, какое действие он совершает". Это кому-то безразлично, а мне нет!
Отмечу сразу: во всех более-менее научных трактатах эта тема старательно замалчивается.

Часть 1.
Итак, обратимся к нашим электронам, а точнее к "свободным электронам". Именно с них всё и началось. Одна из небольших фирм решила наладить производство приборов для защиты металлических конструкций от коррозии. Прибор состоял всего из одной единственной радиолампы любого типа в диодном включении. Анод лампы подключается к защищаемой металлической конструкции, на накал подаётся соответствующее напряжение и всё! Эффект потрясающий! При нахождении во влажной среде, не подключенный контрольный образец металла уже через несколько часов покрывается ржавчиной, а на подключенном, только через несколько недель появляются едва заметные следы коррозии. Автор и разработчик этого прибора был абсолютно убеждён в том, что свободные электроны (в лампе), покинувшие катод и долетевшие до анода, перейдя на металлическую конструкцию, распределяются по поверхности, и образуют защитный слой из свободных электронов. На практике же, после установки этих приборов на автомобили, нужного эффекта не последовало. Причина была в том, что применявшаяся лампа прямого накала запитывалась напрямую от аккумулятора. Достаточно было развязать накал лампы через трансформаторный преобразователь напряжения и обеспечить гальваническую связь катода с поверхностью земли через изолированный от корпуса машины антистатический заземлитель, после чего всё заработало соответствующим образом. Вот тогда-то и возник вопрос: а почему всё это работает? Ответ даже искать не пришлось - ведь это же всего-навсего источник тока, только с бесконечно большим внутренним сопротивлением, то есть источник э.д.с., что в сущности одно и то же. Такой источник (лампа 1Ж24Б, на аноде "-", на катоде "+") выдаёт всего несколько сотен милливольт, то есть ровно столько, сколько требуется для нейтрализации процессов окисления.
Однако эти явления и эффекты известны давно и изучены достаточно, но до настоящего времени никто и никогда не причислял электронную лампу к классу источников тока.
Она (электронная лампа) всегда считалась устройством особым, с наделёнными ей свойствами (детектирование, усиление, генерирование и т.п.) и никогда не считалась источником тока, а именно это обстоятельство являлось поводом для диаметрально противоположных толкований относительно направления течения тока и не позволяло привести классическую электронную теорию к законченному виду.
Чтобы внести полную ясность в вопрос о направлении течения тока следует выделить следующее: как известно, в природе и в практической деятельности известны два вида токов:
- ток во внутренней цепи источника тока - то есть принуждение электронов двигаться под воздействием сторонних сил, что обеспечивает образование разнополярных зарядов,
- ток во внешней (замкнутой) цепи, где происходит утилизация этих самых зарядов, которые стремятся прийти в равновесное состояние, да ещё совершить какую-то работу.
Эти токи, если они в одной цепи, равны по величине, но совершенно различны по природе.
Итак, попытаемся разобраться, рассуждаем логически: если утверждается, что электрический ток в металлическом проводнике есть упорядоченное движение заряженных частиц от одного полюса к другому, это предполагает, что один из полюсов главнее другого. Представьте себе такую картину: мы замкнули электрическую цепь, например, очень длинную, "плюс" лежит и ждёт пока к нему "минус" пробирается сквозь кристаллические решётки проводника, или наоборот "минус" лежит, а "плюс" летит к нему! Вот как об этом пишут в учебниках физики:
"Электрический ток в цепи устанавливается за время t = L/c, где L - длина цепи,
с - скорость света в вакууме. Время t совпадает с временем установления вдоль цепи стационарного электрического поля и появлением упорядоченного движения электронов сразу во всей цепи. Поэтому электрический ток возникает практически одновременно с замыканием цепи". (Справочник по физике, Б.М.Яворский, А.А.Детлаф, 1985г.)
Обратите внимание: "практически одновременно" - то есть это означает, что быстрее скорости света! Да уж... Дедушка Максвелл от такого уже точно в гробу переворачивается.
Теперь представим себе ещё раз (для наглядности с конкретными значениями):
Уединённый металлический проводник, достаточно высокой проводимости, длинной, например, 300 км., а также источник тока достаточного напряжения и мощности. Выводы проводника располагаются вблизи источника тока. Источник тока и проводник находятся в равновесном состоянии по отношению к друг другу и окружающего их диэлектрика, нам также известна скорость света. Время для преодоления этого расстояния светом и соответственно электрическим током, составляет 1 (одну) миллисекунду.
Итак, вопрос: как будут распределяться электрические заряды по времени вдоль проводника, если мы произведём одновременное подключение выводов проводника к выводам источника тока?
Ответ: 1. В момент подключения выводы проводника получат потенциалы соответствующих полюсов источника тока, тока в цепи ещё нет.
2. Далее, по обоим выводам проводника электрические заряды не встречая препятствий (за исключением затрат энергии на поляризацию окружающего проводник диэлектрика) со скоростью света устремляются к противоположным полюсам, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, стремясь привести в равновесное состояние замкнутую цепь.
3. С середины пути (т.е. через 0,5 мс) заряды начинают перемещаться как бы друг через друга, испытывая при этом сопротивление и затрачивая запасённую энергию на преодоление этого сопротивления, что проявляется в виде выделения теплоты и образования магнитного поля вокруг проводника.
4. И наконец, нарастая, ещё через 0,5 мс, ток достигнет своей максимальной величины, а результатом становится та работа, которую он (ток) совершает в виде выделения теплоты и образования магнитного поля.
Так что же всё-таки такое, электрический ток, и в каком направлении он течёт?
Итак, определение:
Электрический ток во внешней замкнутой электрической цепи есть перемещение разнополярных электрических зарядов в проводящей среде, направленное к противоположным полюсам источника тока, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.
А куда же девался электрон, который движется по металлическому проводнику?
А электрон остался там, в источнике тока, куда же ему тихоходному угнаться за
скоростью света. Вернёмся снова к электронной лампе: получив дополнительную энергию за счёт нагрева, электрон став свободным, долетает до нейтрального анода (анод становится отрицательным полюсом такого источника тока) и попадает в объятия атомов металла и вынужден отдать им свою энергию, а без энергии он уже никто, и здесь лишний, поэтому его выталкивают к диэлектрикам, у них места освободились, потому что соседние электроны полетели свободные места на катоде занимать. Короче говоря, количество электронов в равновесной среде: один полюс источника тока - диэлектрик - другой полюс источника тока, всегда остаётся постоянным, электроны в источнике тока служат всего лишь переносчиками зарядов и быстро (со скоростью света) передвигаться в металлах никак не могут - факт доказанный.
Ещё одно определение:
Источник тока есть устройство или среда состоящее всегда из двух полюсов, где выполняются условия образования и хранения разнополярных электрических зарядов под воздействием сторонних сил путём однонаправленного перемещения полусвободных электронов с одного полюса на другой.
Вывод: признание вышеприведённых утверждений справедливыми, устранит все противоречия существующие до настоящего времени в классической электронной теории.

Часть 2.
Итак ещё раз о сути вопроса. Причиной радикально противоположных представлений о направлении движения тока явилась электронная лампа. А именно: разве мог кто-либо из теоретиков - физиков в те времена, когда электронная лампа считалась чуть не божеством, рискнуть "опустить" её до уровня источников тока?
А ведь именно отнесение вакуумной лампы (и не только) с термоэлектронной эмиссией к классу источников тока позволяет расставить всё по своим местам, потому что только в источниках тока имеет быть место движение электронов, а в проводниках происходит только перемещение разнополярных зарядов и обязательно НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, естественно при помощи этих самых электронов, но без их механического перемещения по проводнику.
Посредством движения электрона происходит всего лишь перенос полученной им энергии от стороннего воздействия и образование разнополярных зарядов на полюсах источника тока, а уже следствием перемещения этих зарядов в замкнутой цепи, опять же, НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, и является естественно электрический ток.
Следует особо отметить, что более 70-ти лет назад уже имелись документальные подтверждения того, что разнополярные электрические заряды действительно движутся в проводящей среде навстречу друг другу, (статья: "Измерение скорости молнии" в журнале "Наука и техника", № 34 (335), 24 августа 1929г., издание "Красной газеты" в Ленинграде).
Таким образом, в ближайшее время могут стать справедливыми (с нашей помощью) примерно следующие определения:
1). Источник тока - есть устройство или среда состоящее всегда из двух полюсов, где выполняются условия образования и хранения разнополярных электрических зарядов под воздействием сторонних сил путём однонаправленного перемещения полусвободных электронов с одного полюса на другой.
СЛЕДСТВИЕ: Везде, где наблюдается одностороннее перемещение электронов с одного полюса на другой, есть источник тока.
2). Электрический ток во внешней замкнутой электрической цепи - есть перемещение разнополярных электрических зарядов в проводящей среде, направленное к противоположным полюсам источника тока, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.

Приложение.
Статья в журнале "Наука и техника", № 34 (335), 24 августа 1929г., издание "Красной газеты" в Ленинграде:
"ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ МОЛНИИ. Скорость, с которой распространяется грозовой разряд, может быть легко измерена при помощи особого аппарата. Аппарат этот представляет собой фотокамеру с двумя быстро вращающимися объективами, укрепленными на общем диске. Согласно полученных при помощи этого прибора данных, время перекидки молнии с облака на землю составляет промежуток времени порядка 1/7000 секунды и все явление продолжается не более 1/359 секунды. Этим же аппаратом разрешается старый спор о том, ударяет ли молния сверху или из земли в облако. Фотография показывает, что молния одновременно возникает в облаке и из земли и обе половины соединяются в середине пути. Все вместе это продолжается 1/7000 секунды. В виду того, что фотографическая камера имеет два объектива, получается сразу два снимка, несколько отличающиеся один от другого, что дает возможность исчислять расстояние, на котором произошел грозовой разряд".

Шерешевец Александр Иванович,
г. Воронеж, 3 сентября 2003г.
Отредактировано 9 февраля 2004г.
e-mail: retrodar@mail.ru