Wer (und warum) hat die “ Elektronen gestartet, die negativ sind, Protonen sind positiv ” Konvention? [duplizieren]

Der Wortlaut der Frage legt nahe, dass die Elektronen die ersten Objekte oder Teilchen waren, deren Ladung es erforderlich machte, dass die Menschen die Zeichenkonvention aufstellten. Aber das ist offensichtlich nicht der Fall.

Das Elektron wurde 1897 von JJ Thomson entdeckt, aber viel mehr als ein Jahrhundert vor diesem Moment hatten die Menschen bereits elektrische (und magnetische) Phänomene untersucht, sogar quantitativ und sie hatten bereits eine Konvention festgelegt, welche geladenen Objekte oder Seiten einer Batterie positiv und welche negativ sind.

Da diese Konvention bereits festgelegt wurde, gab es absolut keine Freiheit bei der Entscheidung über das Zeichen der Ladung des Elektrons. Es wurde einfach in den Kathodenstrahlen usw. gemessen und stellte sich als negativ heraus.

Historisch gesehen war Benjamin Franklin im 18. Jahrhundert wahrscheinlich der erste Mann, der sich für eine Zeichenkonvention für die elektrische Ladung entschied. Sein Elektrizitätsmodell ging davon aus, dass geladene Objekte etwas Flüssigkeit enthalten – es ist die elektrische Ladung eines kontinuierlichen Typs (die Ähnlichkeit mit Phlogiston, der Flüssigkeit, von der angenommen wurde, dass sie Wärme verkörpert, kann nicht übersehen werden). Wenn zu viel von dieser Flüssigkeit vorhanden ist, die natürlich mit dem Pluszeichen gekennzeichnet ist, würde er über die positive elektrische Ladung sprechen und umgekehrt.

Bis zu dem Moment, als die Elementarteilchen entdeckt wurden, Es gab keine Möglichkeit zu beweisen, dass eine der beiden Zeichenkonventionen besser war als andere. Selbst heute ist es nicht wahr, dass die entgegengesetzte Zeichenkonvention in irgendeiner Weise „besser“ wäre. Elektronen könnten in der entgegengesetzten Konvention eine positive Ladung tragen, aber Protonen und Kerne (und Up-Quarks), die gleich wichtig (und im Fall von Up-Quarks gleichermaßen grundlegend) sind, würden negativ geladen, während sie in der Welt schön positiv geladen sind um uns herum.

Sobald eine Konvention für die elektrische Ladung festgelegt ist, entsteht eine natürliche Konvention für das Vorzeichen des Stroms, der Spannung und vieler anderer elektrischer Observablen. Es kommt einfach vor, dass in den Schaltkreisen die Pfeile für den Strom haben die entgegengesetzte Richtung als die Geschwindigkeiten der Elektronen, aber diese Diskrepanz wurde erst sichtbar, als die Leute wussten, dass die Ströme aus den negativ geladenen Elektronen zusammengesetzt waren, was eine lange Zeit – ein Jahrhundert – nach Benjamin Franklins Einstellung der Konvention. Diese offensichtliche Diskrepanz verursacht keine Probleme, solange wir sie sorgfältig befolgen und erkennen (und gegebenenfalls betonen), dass die Pfeile den Strom gemäß den festgelegten Konventionen und nicht die Geschwindigkeit der Elektronen darstellen.

Man sollte weisen auch darauf hin, dass es Leiter gibt, bei denen die Leitfähigkeit durch positiv geladene Ladungsträger (oder beides) gewährleistet ist, beispielsweise in Lösungen (positiv geladene Ionen) oder Halbleitern (Löchern). In diesen Leitern stimmen die Vorzeichen des Stroms mit dem Vorzeichen von überein die Geschwindigkeit der (positiv geladenen) Träger.

Kommentare

• Tolle Antwort! Ich denke, Symbole helfen bei dem Argument, dass die andere Zeichenkonvention dies nicht tun würde " besser sein ": Der (lokale) Strom kann als $ \ vec {I} = nq \ vec {v} A geschrieben werden $, wobei $ n $ die (lokale) Trägerdichte ist, $ q $ die Trägerladung, $ \ vec {v} $ die (momentane, netto) Trägergeschwindigkeit und $ A $ die Oberfläche senkrecht zu $ \ ve c {v} $.
• Da es ' " Elektrizität " heißt, ist es erscheint sinnvoller, wenn " Elektronen " so definiert werden, dass sie eine positive Ladung haben. Ich denke, alternativ könnten wir anfangen, es " Protonität " zu nennen … aber es ist nicht ' Ist es der Elektronenfluss von Kern zu Kern, der den elektrischen Strom erzeugt?
• Ein anonymer Benutzer hat versucht, den Beitrag zu bearbeiten, um einen Kommentar hinzuzufügen. Ich ' werde den Kommentar hier posten: Im vorletzten und letzten Absatz, wo " Elektronengeschwindigkeit " wird erwähnt, der Autor ' kann bedeuten, " zu sagen, die Pfeile für den Strom werden eingezeichnet die entgegengesetzte Richtung als die Bewegung der Elektronen ", obwohl weder dieser noch der von ihm verwendete Satz sinnvoll sind, da es nur einen " Vorzeichen " für Geschwindigkeit, da es keine " negative Geschwindigkeit ". Ich glaube, der Autor sollte richtig festlegen, was er sagen will, seinen Eintrag bearbeiten und dann diesen ersten Absatz löschen.
• fährt fort: Zweitens " positiv geladene Träger " ist ein verwirrender Begriff, wobei der korrekte Begriff " positive Ladungsträger . Und im Fall von Halbleitern sind " Löcher " nicht in der Lage, sich selbst zu bewegen. Es ist ein Elektron-Loch-Paar, das in diesem Fall als Ladungsträger bezeichnet wird, dh wenn ein Elektron vom Valenzband in das Leitungsband angeregt wird.

• @intuited Das Wort " Elektron " wurde 245 Jahre nach dem Wort " Elektrizität . Elektrizität war ursprünglich eine Eigenschaft eines Materials (wie " Elastizität "), insbesondere " die Fähigkeit eines Materials, eine elektrische Ladung aufzunehmen, wie ein Stück Bernstein ( electrum auf Griechisch) ". " elektrick " war lange Zeit ein Substantiv, was " ein Isolator ", während " ein Nicht-Elektriker " ein Dirigent war.