Cała prawda o elektronice, czy niedoskonałe modele?

Poniższy artykuł jest ważną częścią Radiowej Oślej Łączki. Przypomina, że nie znamy jeszcze „całej prawdy o elektronice”. Pokazuje, dlaczego w procesie edukacji wykorzystujemy mniej i bardziej uproszczone modele, po części wzajemnie sprzeczne, przeszkadzające w zrozumieniu trudniejszych zagadnień.

W poprzednim artykule tej serii, zatytułowanym Ewidentnie bezprzewodowe przesyłanie energii, podałem szereg argumentów, że także przy wykorzystaniu przewodów, energia ze źródła do odbiornika energii wcale nie jest przekazywana wewnątrz przewodów, tylko „przez powietrze”. To zaskakujące, bardzo dziwne, a dla wielu wręcz nie do przyjęcia. Ale mówimy teraz o Radiowej Oślej Łączce i zaakceptowanie tego niewyobrażalnego wręcz faktu już niedługo okaże się kluczem do techniki radiowej – kluczem i przepustką na radiowe 3. piętro gmachu elektroniki. Podkreślam, że ten cykl artykułów nie ma na celu „zgłębiania całej prawdy o elektronice”, lecz ma pokazać, po pierwsze, dlaczego fałszywe wyobrażenia dotyczące prądu, napięcia i prawa Ohma utrudniają zrozumienie trudniejszych aspektów elektroniki. Po drugie, ma w łatwy i przystępny sposób wprowadzić do zagadnień „radiowych”.

Dlatego znów musimy wrócić do historii. Otóż od ponad dwustu lat uczeni intensywnie badali elektryczność: najpierw „elektryczność naturalną” – statyczną, następnie elektryczność galwaniczną, potem elektromagnetyzm. Kolejno tworzyli rozmaite, bardziej i mniej uproszczone, wyobrażenia i teorie.

Szczegóły dotyczące elektryczności okazały się zaskakująco dziwne. Czym dokładniej je badano, tym bardziej okazywały się skomplikowane. Dziś mamy fizykę kwantową i potwierdza się powiedzenie: „czym dalej w las, tym więcej drzew”. I nawet dziś nie wiemy wszystkiego! A to, co wiemy, nie mieści się w głowie i jest tak skomplikowane, że tylko garstka ludzi nadąża za aktualnymi odkryciami.

Zawiła i pokrętna historia elektryczności

Badane od ponad dwustu lat zagadnienia dotyczące elektryczności, a raczej elektromagnetyzmu, od początku budziły fałszywe wyobrażenia i wnioski. Niemniej elektryczność wykorzystujemy praktycznie od połowy XIX wieku i wtedy do takiej praktyki wystarczyły bardzo proste wyobrażenia dotyczące natury elektryczności. Wiele z tych starych, przestarzałych teorii z czasów dziadka Jurka Ohma pokutuje do dziś, bo… są łatwe do zrozumienia, choć nieścisłe i mylące. Omawiam to szerzej w serii czterech artykułów zaczynającej się od Niezwykle skromne prapoczątki elektroniki, a szczególnie w czwartym Jedno, czy raczej… dwa prawa Ohma?. A teraz, w ogromnym skrócie opowiem o różnych niedoskonałych, ułomnych wyobrażeniach. Otóż najpierw były to teorie tak zwanych fluidów elektrycznych: dwóch fluidów, szklanego i żywicznego (DuFay – rysunek 1) lub jednego (Franklin rysunek 2). Były to wczesne prymitywne wyobrażenia, słabo odzwierciedlające rzeczywistość. Później odkrycia Luigi Galvaniego wzbudziły gorące dyskusje na temat tak zwanej elektryczności zwierzęcej. Długo nie było jasności, czy tak zwana elektryczność galwaniczna jest znaną wcześniej „zwykłą elektrycznością”. Omawiam to m.in. we wspomnianej właśnie serii czterech artykułów „historycznych”. Kwestię „jednej elektryczności” wyjaśnił dopiero Faraday w roku 1832.

Nieco wcześniej, mniej więcej dwieście lat temu, wprowadzono pojęcia prądu i napięcia elektrycznego (A. M. Amper) oraz powstało prawo Ohma, którego uzasadnienie oparte było właśnie na fałszywej teorii fluidów (a także na bazie prac Fouriera i Poissona dotyczących przepływu ciepła).

Od połowy XIX wieku pojęcia napięcia i prądu elektrycznego są wyjaśniane za pomocą analogii hydraulicznej. Prąd elektryczny jest tam przedstawiany jako analogia przepływu, ruchu wody w rurach. Natomiast napięcie elektryczne jest przedstawiane jako elektryczny odpowiednik ciśnienia, czy nieco ściślej mówiąc, jako różnica ciśnień w poszczególnych punktach instalacji hydraulicznej.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze grudniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 12/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 12/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 12/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.