3.7. Η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος

Στην εικόνα 8 φαίνεται ένα απλό κύκλωμα, που αποτελείται από μία ηλεκτρική πηγή, έναν αντιστάτη, που είναι μια λάμπα πυράκτωσης, από καλώδια σύνδεσης και από έναν ανοικτό διακόπτη.

Εικ. 8

Μόλις κλείσουμε το διακόπτη δ, συμβαίνουν τα εξής: 1. Σχεδόν ακαριαία σε κάθε σημείο του κυκλώματος δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο, που ασκεί δυνάμεις σε όλα τα ηλεκτρόνια του κυκλώματος, όπου και αν βρίσκονται. 2. Τα ηλεκτρόνια, ανταποκρινόμενα στις δυνάμεις που δέχονται, αρχίζουν να κινούνται όλα μαζί. Προσέξτε όμως: η ταχύτητα μετακίνησης των ηλεκτρονίων είναι εξαιρετικά μικρή. Δε θα ήταν υπερβολή να πούμε ότι η ομαδική ταχύτητα μεταφοράς των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι μικρότερη από την ταχύτητα μιας χελώνας.

Να μη γίνει, λοιπόν, σύγχυση ανάμεσα στην ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού πεδίου (που ισούται περίπου με την ταχύτητα του φωτός στο κενό) και την ταχύτητα μεταφοράς των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Για να κατανοήσετε καλύτερα τη διαφορά ανάμεσα στην ταχύτητα με την οποία διαδίδεται το ηλεκτρικό πεδίο στους αγωγούς, όταν κλείσουμε το διακόπτη σε ένα κύκλωμα, και στην ταχύτητα με την οποία κινούνται τα ηλεκτρόνια, σκεφτείτε το επόμενο μηχανικό ανάλογο. Φανταστείτε ότι είσαστε σταματημένοι με το αυτοκίνητο σας μπροστά στο κόκκινο φως ενός σηματοδότη της Τροχαίας μαζί με μια μεγάλη σειρά από άλλα αυτοκίνητα. Κάποια στιγμή το φως γίνεται πράσινο. Όλοι οι οδηγοί αντιλαμβάνονται σχεδόν ακαριαία ότι το φως έγινε πράσινο. Οι ταχύτητες, όμως, που μπορούν να αναπτύξουν με τα αυτοκίνητα είναι πολύ μικρότερες. Να αντιστοιχίσετε την ταχύτητα του φωτός με την ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού πεδίου και την ταχύτητα των αυτοκινήτων με τη μεταφορική ταχύτητα των ελεύθερων ηλεκτρονίων. Όταν, λοιπόν, σε ένα κύκλωμα κλείσουμε το διακόπτη, όλα τα ηλεκτρόνια, σε όποιο σημείο του κυκλώματος και αν βρίσκονται, αντιλαμβάνονται ακαριαία τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου πάνω τους. Οι ταχύτητες, όμως, που αποκτούν εξαιτίας της συνεχούς δράσης του ηλεκτρικού πεδίου είναι εξαιρετικά μικρές.

3. Τα ηλεκτρόνια που είναι κοντά στο θετικό πόλο της πηγής παίρνουν ενέργεια από την πηγή και μετακινούνται προς τον αρνητικό πόλο της. Από εκεί και πέρα κινούνται μέσα στον αντιστάτη από χαμηλό δυναμικό (άκρο α) προς υψηλό δυναμικό (άκρο β).

Στην πραγματικότητα μέσα από την ηλεκτρική πηγή δεν κινούνται ελεύθερα ηλεκτρόνια. Υιοθετήσαμε αυτή την άποψη, για να μη διακοπεί η συνέχεια της υποθετικής κίνησης.

Από αυτά που είπαμε έως τώρα είναι φανερό ότι στα ηλεκτρικά κυκλώματα κινούνται ελεύθερα ηλεκτρόνια (τουλάχιστον στα μεταλλικά μέρη τους). Η φορά κίνησης αυτών των ελεύθερων ηλεκτρονίων ονομάζεται πραγματική φορά του ηλεκτρικού ρεύματος.

Η πραγματική φορά του ρεύματος μέσα σε μια ηλεκτρική πηγή είναι από το θετικό προς τον αρνητικό πόλο της. Η πραγματική φορά του ρεύματος σε αντιστάτη είναι από το άκρο με χαμηλό δυναμικό προς το άκρο με υψηλό δυναμικό.

Η πραγματική φορά του ρεύματος δε χρησιμοποιείται. Αντί αυτής χρησιμοποιείται η λεγόμενη συμβατική φορά, που είναι η φορά κίνησης θετικών φορέων. Προφανώς, για τη συμβατική φορά ισχύουν τα αντίθετα από αυτά που ισχύουν για την πραγματική φορά.

Η συμβατική φορά του ρεύματος μέσα σε μια ηλεκτρική πηγή είναι από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της.

Η συμβατική φορά του ρεύματος σε έναν αντιστάτη είναι από το άκρο με υψηλό δυναμικό προς το άκρο με χαμηλό δυναμικό.