Flux d'électrons conventionnel versus flux d'électrons

« Ce qui est bien avec les normes, c'est qu'il y a tellement de beaucoup d'entre eux parmi lesquels choisir. » —Andrew S. Tanenbaum, professeur d'informatique

Charge d'électrons positive et négative

Lorsque Benjamin Franklin a fait sa conjecture concernant la direction du flux de charge (de la cire lisse à la laine rugueuse), il a créé un précédent pour la notation électrique qui existe à ce jour, malgré le fait que nous savons que les électrons sont les unités constitutives de la charge, et qu'elles se déplacent de la laine à la cire, non de la cire à la laine, lorsque ces deux substances sont frottées l'une contre l'autre. C'est pourquoi on dit que les électrons ont un négatif charge :parce que Franklin a supposé que la charge électrique se déplaçait dans la direction opposée à celle qu'elle fait réellement, et donc les objets qu'il a appelés « négatifs » (représentant un déficit de charge) ont en fait un surplus d'électrons.

Au moment où la véritable direction du flux d'électrons a été découverte, la nomenclature de « positif » et « négatif » était déjà si bien établie dans la communauté scientifique qu'aucun effort n'a été fait pour la changer, bien qu'appeler les électrons « positifs » rendrait plus sens en se référant à des frais « excédentaires ». Vous voyez, les termes « positif » et « négatif » sont des inventions humaines et, en tant que tels, n'ont aucun sens absolu au-delà de nos propres conventions de langage et de description scientifique. Franklin aurait tout aussi bien pu qualifier un surplus de charge de « noir » et une déficience de « blanc », auquel cas les scientifiques parleraient d'électrons ayant une charge « blanche » (en supposant la même conjecture incorrecte de position de charge entre la cire et la laine).

Notation de flux conventionnelle

Cependant, parce que nous avons tendance à associer le mot « positif » avec « surplus » et « négatif » avec « déficience », l'étiquette standard pour la charge électronique semble en arrière. Pour cette raison, de nombreux ingénieurs ont décidé de conserver l'ancien concept d'électricité avec « positif » se référant à un excédent de charge, et d'étiqueter le flux de charge (courant) en conséquence. Cela est devenu connu sous le nom de flux conventionnel notation :

Notation de flux d'électrons

D'autres ont choisi de désigner le flux de charge en fonction du mouvement réel des électrons dans un circuit. Cette forme de symbologie est devenue connue sous le nom de flux d'électrons notation :

En notation de flux conventionnelle, nous montrons le mouvement de la charge selon les étiquettes (techniquement incorrectes) de + et -. De cette façon, les étiquettes ont un sens, mais le sens du flux de charge est incorrect. En notation de flux d'électrons, nous suivons le mouvement réel des électrons dans le circuit, mais les étiquettes + et - semblent en arrière. La façon dont nous désignons le flux de charge dans un circuit importe-t-elle vraiment ? Pas vraiment, tant que nous sommes cohérents dans l'utilisation de nos symboles. Vous pouvez suivre une direction imaginaire du courant (flux conventionnel) ou réelle (flux d'électrons) avec le même succès en ce qui concerne l'analyse des circuits. Les concepts de tension, de courant, de résistance, de continuité et même de traitements mathématiques tels que la loi d'Ohm (chapitre 2) et les lois de Kirchhoff (chapitre 6) restent tout aussi valables avec l'un ou l'autre style de notation.

Notation de flux conventionnelle vs notation de flux d'électrons

Vous trouverez une notation de flux conventionnelle suivie par la plupart des ingénieurs électriciens et illustrée dans la plupart des manuels d'ingénierie. Le flux d'électrons est le plus souvent observé dans les manuels d'introduction (celui-ci s'en éloigne cependant) et dans les écrits de scientifiques professionnels, en particulier les physiciens du solide qui s'intéressent au mouvement réel des électrons dans les substances. Ces préférences sont culturelles, en ce sens que certains groupes de personnes ont trouvé avantageux d'envisager le mouvement du courant électrique de certaines manières. Étant donné que la plupart des analyses de circuits électriques ne dépendent pas d'une représentation techniquement précise du flux de charge, le choix entre la notation de flux conventionnelle et la notation de flux d'électrons est arbitraire. . . presque.

Polarisation et non polarisation

De nombreux appareils électriques tolèrent des courants réels dans les deux sens sans différence de fonctionnement. Les lampes à incandescence (du type utilisant un filament métallique mince qui brille à blanc avec un courant suffisant), par exemple, produisent une lumière avec une efficacité égale quelle que soit la direction du courant. Ils fonctionnent même bien sur le courant alternatif (AC), où la direction change rapidement au fil du temps. Les conducteurs et les interrupteurs fonctionnent également indépendamment du sens du courant. Le terme technique pour cette non-pertinence du flux de charge est non polarisation . On pourrait alors dire que les lampes à incandescence, les interrupteurs et les fils sont non polarisés Composants. A l'inverse, tout appareil qui fonctionne différemment sur des courants de sens différents serait appelé un polarisé appareil.

Il existe de nombreux dispositifs polarisés de ce type utilisés dans les circuits électriques. La plupart d'entre eux sont faits de soi-disant semi-conducteur substances, et en tant que telles ne sont pas examinées en détail avant le troisième volume de cette série de livres. Comme les interrupteurs, les lampes et les batteries, chacun de ces appareils est représenté dans un schéma de principe par un symbole unique. Comme on peut le deviner, les symboles de dispositifs polarisés contiennent généralement une flèche à l'intérieur, quelque part, pour désigner une direction de courant préférée ou exclusive. C'est là que les notations concurrentes de flux conventionnel et d'électrons importent vraiment. Parce que les ingénieurs ont depuis longtemps choisi le flux conventionnel comme notation standard de leur « culture », et parce que les ingénieurs sont les mêmes personnes qui inventent les appareils électriques et les symboles qui les représentent, les flèches utilisées dans les symboles de ces appareils pointent toutes dans le direction du flux conventionnel, pas du flux d'électrons . C'est-à-dire que tous les symboles de ces appareils ont des flèches qui pointent contre le flux réel d'électrons à travers eux.

Le meilleur exemple d'appareil polarisé est peut-être la diode . Une diode est une "valve" unidirectionnelle pour le courant électrique, analogue à un clapet anti-retour pour ceux qui connaissent la plomberie et les systèmes hydrauliques. Idéalement, une diode fournit un flux sans entrave pour le courant dans un sens (peu ou pas de résistance), mais empêche le flux dans l'autre sens (résistance infinie). Son symbole schématique ressemble à ceci :

Placé au sein d'un circuit batterie/lampe, son fonctionnement est ainsi :

Lorsque la diode est orientée dans la bonne direction pour permettre le courant, la lampe s'allume. Sinon, la diode bloque le passage du courant tout comme une coupure dans le circuit, et la lampe ne s'allumera pas.

Si nous étiquetons le courant du circuit en utilisant la notation de flux conventionnelle, le symbole de la flèche de la diode est parfaitement logique :la pointe de flèche triangulaire pointe dans le sens du flux de charge, du positif au négatif :

D'autre part, si nous utilisons la notation de flux d'électrons pour montrer le vrai sens du déplacement des électrons autour du circuit, la symbologie de la flèche de la diode semble à l'envers :

Pour cette seule raison, de nombreuses personnes choisissent de faire du flux conventionnel leur notation de choix lors du dessin de la direction du mouvement des charges dans un circuit. Si pour aucune autre raison, les symboles associés aux composants semi-conducteurs comme les diodes ont plus de sens de cette façon. Cependant, d'autres choisissent de montrer la véritable direction du voyage des électrons afin d'éviter d'avoir à se dire :« souvenez-vous simplement que les électrons sont en réalité se déplaçant dans l'autre sens" chaque fois que la véritable direction du mouvement des électrons devient un problème.

Devez-vous utiliser un flux de courant conventionnel ou un flux d'électrons ?

Les deux modèles produiront des résultats précis s'ils sont utilisés de manière cohérente, et ils sont également « corrects » dans la mesure où ce sont des outils qui nous aident à comprendre et à analyser les circuits électriques. Cependant, dans le contexte du génie électrique, le courant conventionnel est beaucoup plus courant. Ce manuel utilise du courant conventionnel, et toute personne qui a l'intention d'étudier l'électronique dans un environnement universitaire ou professionnel devrait apprendre à penser naturellement au courant électrique comme quelque chose qui passe d'une tension plus élevée à une tension plus basse. »

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail sur le flux électronique par rapport au flux conventionnel