Dacă ar fi organizat un experiment în care lumina ar concura pe electricitate care ar fi rezultatele? Să spunem că un laser roșu este declanșat în același timp cu un comutator închis care aplică 110 volți la o buclă de 12 de sârmă de cupru cu un contor la o distanță de zece metri. De asemenea, viteza electricității depinde de tensiunea aplicată sau rezistența conductorului? Pentru acest test, să spunem că distanța este de zece metri prin aer. „Nu caut un răspuns exact. O aproximare este în regulă.
Comentarii
- O demonstrație standard este trimiterea unui impuls electric într-un cablu a câteva sute de metri. Impulsurile incidente și reflectate pot fi vizualizate pe un osciloscop, separat de aproximativ o microsecundă, puternic dependentă de lungimea cablului, permițându-i să se determine viteza de propagare a semnalului în cablu.
- putea să facă acest experiment cu un televizor, înainte de vremea televiziunii digitale. Un televizor acordat la un canal local pe o linie de cablu de televiziune slab protejată putea uneori să obțină o imagine fantomă ușor sincronizată cu imaginea principală. cauzat de semnalul de difuzare locală prin antenă care ajunge ușor mai repede decât semnalul peste fir mai puternic. Îmi imaginez că, cu echipamentul potrivit, ați putea măsura diferența de latență până la un grad destul de ridicat de precizie.
- Relevant: ibiblio.org/h arris / 500milemail.html
- răspunsul Victor Storm ‘, pe care l-ați ales ca ” cel mai bun „, vorbește despre ” cabluri bune ” și ” cabluri excelente. ” Dar, răspunsul lui Peter Cordes ‘ este singurul care vorbește de fapt despre fizica linii de transmisie . Teoria liniilor de transmisie vă permite să calculați efectiv ce este un ” bun ” cablu și ce este un ” cel mai bun ” cablu pentru orice aplicație dată și vă permite să calculați efectiv viteza cu care se va propaga un semnal.
- Am crezut că fantomele TV analogice a fost cauzată de efecte pe mai multe căi.
Răspuns
Viteza electricității este conceptual viteza electromagnetică semnal în fir, care este oarecum similar conceptului de viteză a luminii într-un mediu transparent. Deci, în mod normal, este mai mică, dar nu cu mult mai mică decât viteza luminii în vid. Viteza depinde și de construcția cablului. Geometria cablurilor și izolația reduc ambele viteza. Cablurile bune ating 80% din viteza luminii; cablurile excelente ating 90%. Viteza nu depinde direct de tensiune sau rezistență. Cu toate acestea, frecvențe diferite au atenuare diferită. În exemplul dvs., chiar momentul pornirii reprezintă un front de înaltă frecvență care va fi atenuat. În timp ce la intrare tensiunea ar crește foarte repede, la ieșire ar crește treptat, ca și cum ar fi cu o întârziere. Nu este cu adevărat o întârziere în sine, deoarece semnalul inițial de nivel scăzut ar ajunge acolo aproape cu viteza luminii, dar amplitudinea sa ar crește treptat și ar atinge tensiunea maximă cu o întârziere substanțială care ar depinde de impedanța cablului și circuitului (mai ales pe inductanța cablului). Dacă utilizați un cablu coaxial de mare viteză (cum ar fi un cablu TV prin satelit 3GHz) în loc de un fir, întârzierea ar fi mult mai scurtă (80-90% din viteza luminii până la tensiunea maximă). Sper că acest lucru vă va ajuta.
Comentarii
- Lumina dintr-o fibră de sticlă este de asemenea mai lentă decât viteza de vid a luminii.
- I ‘ Sunt curios de ” excelent coaxial ” așa că ‘ am întrebat Există tipuri de cablu coaxial standard cu o viteză de propagare de 0,9c? Care ar fi aplicația? .
- @uhoh: Acest document arată viteze standard de până la 91% cdn.shopify.com/s/ files / 1/0986/4308 / files / Cable-Delay-FAQ.pdf – Există, de asemenea, metode pentru a le crește în timp ce eu ‘ am fost testat cu succes (puteți modificați efectul dielectric aplicând o polarizare de înaltă tensiune). Nevoia de viteze mari este mare nu pentru valoarea vitezei în sine, ci pentru că cablurile cu viteze mai mari au, de asemenea, o lățime de bandă mai mare și o jitter mai mică, ceea ce este esențial în aplicațiile de telecomunicații și audio digitale.
- It ‘ un compromis între cost, caracter practic și performanță. Dacă doriți un coaxial cu viteză de propagare apropiată de c, atunci dielectricul va trebui să fie în mare parte aer. Cu toate acestea, aerul nu ține conductorul central în centru, ceea ce are o importanță foarte mare într-un dispozitiv coaxial.Deci sunt necesare niște suporturi dielectrice. Dielectricul poate fi spumă PTFE, de exemplu, printre altele.
- Cu toate acestea, aproape nimeni nu este interesat de cea mai rapidă viteză de propagare posibilă într-un coaxial. Motivul pentru care ” se utilizează în general ” dielectric este că au pierderi foarte mici și acest lucru este important dacă puterea transmisă este imens (deci pierderile ar topi dielectricul) sau distanța este foarte mare …
Răspuns
De asemenea, viteza electricității depinde de tensiunea aplicată sau de rezistența conductorului?
Nu doar rezistența conductorilor, ci inductanța. Și, de asemenea, capacitatea la masă și / sau la celălalt conductor.
Amintiți-vă că un circuit electric necesită o buclă completă, spre deosebire de un laser. Cablajul pentru transportul energiei electrice include în mod normal 2 conductori (și uneori un al 3-lea conductor de masă). Acesta este cazul cablajului de uz casnic.
A linia de transmisie poate fi modelat ca o ” scară ” de elemente rezistive și inductive cu condensatori către celălalt conductor. (Imagine din articolul legat de Wikipedia). Acesta este un ” bloc ” al unei linii de transmisie. O linie de transmisie reală poate fi modelată repetând acest lucru și luând limita pe măsură ce numărul merge la infinit, în timp ce rezistența / inductanța / capacitatea merge la zero. (De obicei, puteți ignora Gdx, rezistența izolatorului care separă conductorii.)
Acest model al unei linii de transmisie se numește ecuațiile telegrafer . Presupune că linia de transmisie este uniformă peste lungimea sa. Frecvențe diferite în același fir ” vezi ” diferite $ R $ și $ L $ valorile, în principal datorită efectului de piele ( rezistență mai mare la o frecvență mai mare) și efect de proximitate . Acest lucru este regretabil pentru noi, deoarece un impuls din răsucirea unui comutator este efectiv o undă pătrată, care în teorie are componente la frecvențe infinit de mari.
Articolul din linia de transmisie Wikipedia derivă această ecuație pentru defazarea unui semnal de curent alternativ într-o linie de transmisie de lungime $ x $ . (Ei subliniază că un avans în fază cu $ – \ omega \ delta $ este echivalent cu o întârziere cu $ \ delta $ .)
$ V_out (x, t) \ approx V_in (t – \ sqrt {LC} x) e ^ {- 1 / 2 \ sqrt {LC} (R / L + G / C) x} $
Rezultatul final al tuturor acestora este că semnalele electrice se propagă cu o fracțiune din viteza luminii . Acest lucru are sens, deoarece forța electromagnetică este purtată de fotoni (virtuali) ( https://en.wikipedia.org/wiki/Force_carrier ).
Lecturi suplimentare:
- https://practicalee.com/transmission-lines/ arată practic vs. ideal ( fără pierderi) și arată $ t_ {PD} = \ sqrt {L_0 \ cdot C_0} $ formula de întârziere a propagării și $ \ displaystyle Z_ {0} = {\ sqrt {\ frac {L_0} {C_0}}} $ impedanță caracteristică și câteva lucruri despre geometria urmelor pe o placă de circuite imprimate.
Nu am avut mult noroc să găsesc numere pentru caracteristicile liniei de transmisie a cablajului de uz casnic. Acestea „nu sunt potrivite pentru trimiterea de semnale de înaltă frecvență, deci nu este ceva ce majoritatea oamenilor se obosesc să măsoare.
Cablajul Ethernet (cum ar fi Cat5e) răsucește conductorii împreună și are restricții strânse asupra uniformității răsucirilor pe metru (și altele caracteristici). Acest lucru este important pentru transmiterea semnalelor de înaltă frecvență, deoarece variațiile cablajului modifică impedanța caracteristică (pentru semnalele de curent alternativ) și provoacă reflexii ale semnalului. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Impedance_matching ). Cablurile de alimentare de curent alternativ nu răsucesc deloc firele, astfel încât semnalele de înaltă frecvență vor pierde energie din cauza emisiilor de RF.
Chiar dacă comutatorul de alimentare este doar într-un singur conductor, răsucirea comutatorului aplică o diferență de tensiune pe un capăt al liniei de transmisie. Ce vrem să știm este când (și în ce formă) acel impuls va apărea la celălalt Sfârșit.
Puterea gospodăriei este de 50 sau 60 Hz AC, deci dacă se întâmplă să aruncați comutatorul în timp ce diferența de tensiune este (aproape) zero, contorul dvs. a câștigat ” t măsurați orice pentru întârzierea transmisiei + fracțiunea de secundă pentru ca faza să se schimbe după pragul de sensibilitate al aparatului. Este mai ușor dacă presupui că nu se întâmplă și doar îl modelezi ca un vârf de curent continuu (deoarece faza de putere se schimbă mult mai lent decât întârzierea liniei de transmisie de peste 10 m de sârmă.)
Astfel, caracteristicile liniei de transmisie a firului sunt cele care determină întârzierea de la trecerea unui comutator de alimentare la alimentare ” care apare ” la capătul îndepărtat al unui fir.
Dacă cineva vrea să se certe despre relativitate / simultaneitate, atunci faceți experimentul cu o oglindă și o linie de transmisie care pune detectorul fizic lângă comutator, dar totuși separat electric de 10 metri de cablare.
Comentarii
- Chiming din electronice stackexchange: votez în sus pentru că ‘ este singura care menționează liniile de transmisie, care reprezintă răspunsul real la întrebare … așa că aici ‘ sunt cele mai mari cinci.
Răspuns
C analizat, apă într-o țeavă, cu o supapă la un capăt.
Dacă conducta este goală, atunci când deschideți supapa, moleculele de apă trebuie să parcurgă întreaga lungime a conductei înainte de a vedea apă care iese la capătul îndepărtat. Timpul luat reprezintă viteza apei din conductă.
Pe de altă parte, dacă conducta este deja încărcată cu apă, de îndată ce deschideți supapa, apa începe să curgă din afară Sfârșit. Această perioadă de timp mult mai scurtă reprezintă viteza cu care informațiile (deschiderea supapei) au călătorit pe conductă – în esență viteza sunetului în apă.
Alinierea analogiei dintre apă și electricitate:
Primul caz corespunde vitezei electronilor înșiși (sau derivării electronilor); al doilea caz corespunde propagării undelor electromagnetice.
În cazul unui circuit electric, analogia corectă a apei ar fi conducta deja umplută cu apă. Electronii care transportă energia de-a lungul firului sunt întotdeauna prezenți; comutatorul pur și simplu aplică sau elimină potențialul de a le împinge de-a lungul. Măsurarea „vitezei” electricității până la timpul necesar închiderii unui întrerupător pentru a avea un efect undeva de-a lungul conductorului este măsurarea vitezei undelor electromagnetice din mediu (conductor electric) care este comparabilă cu (aproape) viteza luminii în vid.
Răspuns
Ar depinde de circumstanțele mediului prin care traversează lumina și de tipul de electricitate a firului trece. Cu toate acestea, dacă ambele pot fi neglijate, viteza luminii va fi mai rapidă. Motivul pentru aceasta este că lumina este o undă electromagnetică, ceea ce înseamnă că nu are masă, deoarece fotonii nu au masă. Pe de altă parte, electricitatea este un flux de electroni care au o masă și, deși mică, va afecta viteza totală. Cu toate acestea, atunci când, în acest caz, vorbim despre viteza electronilor. Dacă vorbim despre viteza energia care curge va fi întotdeauna egală cu viteza luminii indiferent de . De obicei, însă, viteza este calculată din energia care trece firul, care este apoi mai lent decât cel al luminii. O explicație mai clară este prezentată aici:
https://www.quora.com/Does-electricity-travel-at-the-speed-of-light
sper că acest lucru vă va ajuta!
Comentarii
- Noi ‘ nu vorbim despre viteza electronilor, ci despre viteza semnalului. Electronii înșiși sunt foarte încet. A se vedea en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity și en.wikipedia.org/wiki/Drift_velocity
- Viteza de semnalul va fi mai lent decât viteza luminii, dar viteza energiei va fi aceeași.
Răspuns
Într-un sens strict, nu există o viteză de $ „$ a electricității $” $. Trebuie să se distingă între sarcină și câmp EM. Viteza electricității poate fi fie viteza de deriva a electronilor (în valoare de câțiva mm / sec), fie viteza câmpului EM care înconjoară cablul, aproape de c. Puterea electrică este transmisă exclusiv de câmpul EM, așa cum este indicat de vectorul Poynting $ S = E \ ori H $. (E și S sunt zero într-un conductor perfect). Pentru DC, regula este pur și simplu: a) În cadrul unui conductor, există transmisie de sarcină (curent), dar nu există transmisie de putere. b) În cadrul unui izolator, există transmisie de putere, dar nu există transmisie de încărcare.