Vitesse de la lumière vs vitesse de lélectricité

La vitesse de lélectricité est conceptuellement la vitesse de lélectromagnétique signal dans le fil, qui est quelque peu similaire au concept de la vitesse de la lumière dans un milieu transparent. Elle est donc normalement inférieure, mais pas trop inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide. La vitesse dépend également de la construction du câble. La géométrie du câble et lisolation réduisent la vitesse. Les bons câbles atteignent 80% de la vitesse de la lumière; dexcellents câbles atteignent 90%. La vitesse ne dépend pas directement de la tension ou de la résistance. Cependant, différentes fréquences ont une atténuation différente. Dans votre exemple, le moment même de lallumage représente un front haute fréquence qui sera atténué. Alors quà lentrée la tension augmenterait très rapidement, à la sortie elle augmenterait progressivement, comme avec un retard. Ce nest pas vraiment un retard en soi, car le signal de bas niveau initial y arriverait presque avec la vitesse de la lumière, mais son amplitude naugmenterait que progressivement et natteindrait la pleine tension avec un retard substantiel qui dépendrait de limpédance du câble et du circuit. (principalement sur linductance du câble). Si vous utilisez un câble coaxial haute vitesse (comme un câble de télévision par satellite 3GHz) au lieu dun fil, le délai serait beaucoup plus court (80-90% de la vitesse de la lumière à la pleine tension). Jespère que cela vous aidera.

Commentaires

• La lumière dans une fibre de verre est également plus lente que la vitesse daspiration de la lumière.
• I ‘ je suis curieux de savoir  » excellent coaxial  » donc je ‘ ve demandé Existe-t-il des types de câble coaxial standard avec une vitesse de propagation de 0,9c? Quelle serait lapplication? .
• @uhoh: Ce document affiche des vitesses standard jusquà 91% cdn.shopify.com/s/ files / 1/0986/4308 / files / Cable-Delay-FAQ.pdf – Il existe également des méthodes pour les augmenter, car jai ‘ testé avec succès (vous pouvez modifier leffet diélectrique en appliquant une polarisation haute tension). Le besoin de vitesses élevées est élevé non pas pour la valeur de vitesse en soi, mais parce que les câbles avec des vitesses plus élevées ont également une bande passante plus élevée et une gigue plus faible, ce qui est essentiel dans les applications de télécommunications et daudio numérique.
• It ‘ est un compromis entre le coût, laspect pratique et les performances. Si vous voulez un coaxial avec une vitesse de propagation proche de c, alors le diélectrique devra être principalement de lair. Cependant, lair ne retient pas le conducteur central au centre, ce qui est dune très grande importance dans un câble coaxial.Des supports diélectriques sont donc nécessaires. Le diélectrique peut être une mousse de PTFE, par exemple, entre autres.
• Cependant, presque personne ne sintéresse à la vitesse de propagation la plus rapide possible dans un coaxial. La raison pour laquelle les diélectriques  » principalement aériens  » sont utilisés est qu’ils ont de très faibles pertes, ce qui est important si la puissance transmise est énorme (donc les pertes feraient fondre le diélectrique) ou la distance est très longue …

De plus, la vitesse de lélectricité dépend-elle de la tension appliquée ou de la résistance du conducteur?

Pas seulement la résistance des conducteurs, mais linductance. Et aussi la capacité à la masse et / ou à lautre conducteur.

Rappelez-vous quun circuit électrique nécessite une boucle complète, contrairement à un laser. Le câblage pour transporter lélectricité comprend normalement 2 conducteurs (et parfois un 3e conducteur de terre). Cest le cas pour le câblage domestique.

Une ligne de transmission peut être modélisé comme une  » échelle  » déléments résistifs et inductifs avec des condensateurs vers lautre conducteur. (Image de larticle wikipedia lié). Il sagit dun  » bloc  » dune ligne de transmission. Une vraie ligne de transmission peut être modélisée en répétant ceci, et en prenant la limite lorsque le nombre va à linfini tandis que la résistance / inductance / capacité va à zéro. (Vous pouvez généralement ignorer Gdx, la résistance de lisolant séparant les conducteurs.)

Ce modèle de ligne de transmission est appelé les équations du télégraphiste . Il suppose que la ligne de transmission est uniforme sur sa longueur. Différentes fréquences dans le même câble  » voir  » différentes Valeurs $ R $ et $ L $ , principalement en raison de l effet skin ( résistance plus élevée à une fréquence plus élevée) et effet de proximité . Cest malheureux pour nous, car une impulsion de basculement dun interrupteur est en fait une onde carrée, qui en théorie a des composants à des fréquences infiniment élevées.

Larticle de Wikipédia sur la ligne de transmission dérive cette équation pour le déphasage dun signal CA dans une ligne de transmission de longueur $ x $ . (Ils soulignent quune avance en phase de $ – \ omega \ delta $ équivaut à un délai de $ \ delta $ .)

$ V_out (x, t) \ approx V_in (t – \ sqrt {LC} x) e ^ {- 1 / 2 \ sqrt {LC} (R / L + G / C) x} $

Le résultat final de tout cela est que les signaux électriques se propagent à une certaine fraction de la vitesse de la lumière . Cela a du sens, car la force électromagnétique est portée par des photons (virtuels) ( https://en.wikipedia.org/wiki/Force_carrier ).

Lectures complémentaires:

• https://practicalee.com/transmission-lines/ montre pratique contre idéal ( lossless) et affiche la formule du délai de propagation $ t_ {PD} = \ sqrt {L_0 \ cdot C_0} $ et $ \ displaystyle Z_ {0} = {\ sqrt {\ frac {L_0} {C_0}}} $ impédance caractéristique, et quelques trucs sur la géométrie des traces sur un circuit imprimé.

Je nai pas eu beaucoup de chance pour trouver des chiffres sur les caractéristiques de la ligne de transmission du câblage domestique. Ils « ne conviennent pas à lenvoi de signaux haute fréquence, donc ce nest pas quelque chose que la plupart des gens prennent la peine de mesurer.

Le câblage Ethernet (comme Cat5e) tord les conducteurs ensemble et a des restrictions strictes sur luniformité des torsions par mètre (et autres caractéristiques). Ceci est important pour transporter des signaux haute fréquence, car les variations du câblage modifient limpédance caractéristique (pour les signaux CA) et provoquent des réflexions du signal. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Impedance_matching ). Les câbles dalimentation CA ne tordent généralement pas du tout les fils, donc les signaux haute fréquence perdent de lénergie en émissions RF.

Même si linterrupteur dalimentation ne se trouve que dans un seul conducteur, le basculement du commutateur applique une différence de tension à une extrémité de la ligne de transmission. Ce que nous voulons savoir, cest quand (et sous quelle forme) cette impulsion apparaîtra à lautre finir.

Lalimentation domestique est de 50 ou 60 Hz CA, donc si vous lancez linterrupteur alors que la différence de tension est (presque) nulle, votre compteur gagne  » t mesurer nimporte quoi pour le délai de transmission + la fraction de seconde pour que la phase change au-delà du seuil de sensibilité du compteur. Cest plus facile si vous supposez que cela ne se produit pas et modélisez simplement cela comme un pic CC (puisque la phase de puissance change beaucoup plus lentement que le délai de la ligne de transmission sur 10 m de fil.)

Ainsi, les caractéristiques de la ligne de transmission du fil sont ce qui détermine le délai entre le basculement dun interrupteur dalimentation vers lalimentation  » apparaissant  » à lautre bout dun fil.

Si quelquun veut discuter de relativité / simultanéité, alors faites lexpérience avec un miroir et une ligne de transmission qui place physiquement le détecteur à côté du interrupteur, mais toujours séparé électriquement par 10 mètres de câblage.

Commentaires

• Sonnerie de l’échange de pile électronique: je vote pour cela parce que vous ‘ est le seul à mentionner les lignes de transmission, qui sont la vraie réponse à la question … alors ici ‘ est cinq.

C onsider par analogie, de leau dans un tuyau, avec une valve à une extrémité.

Si le tuyau est vide, lorsque vous ouvrez la vanne, les molécules deau doivent parcourir toute la longueur du tuyau avant de voir de leau émerger à lextrémité. Le temps pris représente la vitesse de leau dans le tuyau.

En revanche, si le tuyau est déjà chargé deau, dès que vous ouvrez la vanne, leau commence à sécouler du loin finir. Cette période de temps beaucoup plus courte représente la vitesse à laquelle linformation (ouverture de la vanne) a parcouru le tuyau – essentiellement la vitesse du son dans leau.

Alignement de lanalogie entre leau et lélectricité:

Le premier cas correspond à la vitesse des électrons eux-mêmes (ou dérive électronique); le second cas correspond à la propagation des ondes électromagnétiques.

Dans le cas dun circuit électrique, lanalogie correcte de leau serait le tuyau déjà rempli deau. Les électrons transportant lénergie le long du fil sont toujours présents; le commutateur applique ou supprime simplement le potentiel de les pousser. Mesurer la « vitesse » de lélectricité par le temps nécessaire à la fermeture dun interrupteur pour avoir un effet quelque part le long du conducteur, cest mesurer la vitesse des ondes électromagnétiques dans le milieu (conducteur électrique) qui est comparable à (presque) la vitesse de la lumière dans le vide.

Tout dépendrait des circonstances du milieu traversé par la lumière et du type de lélectricité filaire passe. Cependant, si les deux peuvent être négligés, la vitesse de la lumière sera plus rapide. La raison en est que la lumière est une onde électromagnétique, ce qui signifie quelle na pas de masse, puisque les photons nont pas de masse. Dautre part, lélectricité est un flux délectrons, qui ont une masse, et bien que peu, elle affectera la vitesse globale. Cependant quand dans ce cas, on parle de la vitesse des électrons. Si on parle de la vitesse de lénergie qui circule sera toujours égale à la vitesse de la lumière, peu importe ce que . Habituellement, la vitesse est calculée en fonction de lénergie qui la traverse le fil, qui est alors plus lent que celui de la lumière. Une explication plus claire est donnée ici:

https://www.quora.com/Does-electricity-travel-at-the-speed-of-light

espérons que cela vous aidera!

Commentaires

• Nous ‘ ne parle pas de la vitesse des électrons, mais de la vitesse du signal. Les électrons eux-mêmes sont très lents. Voir en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity et en.wikipedia.org/wiki/Drift_velocity
• La vitesse de le signal sera plus lent que la vitesse de la lumière, mais la vitesse de lénergie sera la même.

Au sens strict, il ny a pas de $ « $ vitesse de lélectricité $ » $. Il doit être distingué entre la charge et le champ EM. La vitesse de lélectricité peut être soit la vitesse de dérive des électrons (de lordre de quelques mm / s), soit la vitesse du champ EM entourant le câble, proche de c. Lénergie électrique est exclusivement transmise par le champ EM comme indiqué par le vecteur de Poynting $ S = E \ times H $. (E et S sont nuls dans un conducteur parfait). Pour DC, la règle est simplement: a) Dans un conducteur, il y a transmission de charge (courant), mais pas de transmission de puissance. b) Dans un isolateur, il y a transmission de puissance, mais pas de transmission de charge.