Як виходить, що два електричні струми можуть рухатися в протилежних напрямках по одному проводу одночасно, не заважаючи один одному?

23

Вступ до інформаційної теорії: Символи, сигнали та шум , Джон Р. Пірс, говорить наступне:

Хоча лінійність - це справді дивовижна властивість природи, вона аж ніяк не є рідкісною. Усі схеми, що складаються з резисторів, конденсаторів та індукторів, обговорених у главі I у зв'язку з теорією мережі, є лінійними, а також телеграфні лінії та кабелі. Дійсно, зазвичай електричні кола є лінійними, за винятком випадків, коли вони включають вакуумні трубки, або транзистори, або діоди, а іноді навіть такі схеми є по суті лінійними.

Оскільки телеграфні дроти є лінійними, що просто означає, що телеграфні дроти такі, що електричні сигнали на них поводяться незалежно, не взаємодіючи один з одним, два телеграфні сигнали можуть рухатися в протилежному напрямку на одному проводі одночасно, не заважаючи один одному . Однак, хоча лінійність є досить поширеним явищем в електричних ланцюгах, це аж ніяк не універсальне природне явище. Два поїзди не можуть їздити в протилежному напрямку по одній колії без перешкод. Імовірно, вони могли б хоч, якби всі фізичні явища, що складалися в поїздах, були лінійними. Читач може міркувати про нещасливу долю справді лінійної раси істот.

Думаючи про це з фізичної точки зору, мені було цікаво, як це так, що телеграфні дроти є лінійними, в тому сенсі, що два телеграфних сигнали (іншими словами, два електричні струми) можуть рухатися в протилежному напрямку на одному проводі одночасно , не заважаючи один одному?

Я наївно думав про дріт як про односмугову, двобічну дорогу. У цій аналогії автомобілі могли б подорожувати в будь-якому напрямку, але не одночасно. Як я розумію, в твердих тілах рух електронів виробляє електричний струм, тож електронами будуть машини. З огляду на авторське пояснення лінійності, що тут відбувається з електронами, що дозволяє цей паралельний, двосторонній потік струму?

Я не знайшов нічого на сторінці Вікіпедії для лінійних схем, що пояснює цю фізичну властивість лінійності.

Я був би дуже вдячний, якби люди могли, будь ласка, знайдіть час, щоб уточнити це.

PS Я не маю досвіду в електротехніці, тому в принципі цінуються пояснення.

EDIT: На підставі коментарів з попередньої теми я розумію, що моя аналогія була б точнішою, якби я представляв електрони як двосторонні бамперні машини, а потім уявив двостороння смуга, яку вони населяють як заповнену цими автомобілями, так що рухи в будь-якому напрямку (електричний струм в будь-якому напрямку) представляється послідовним "штовхаючим / штовхаючим" рухом, як хвиля, що утримується кожним автомобілем, що "натикається / штовхає" у той, що знаходиться "перед ним" (у напрям струму).

EDIT 2: Я бачу багато відповідей, які говорять мені про те, що ядро мого непорозуміння походить від того, що я вважаю, що електричний струм і сигнал - це одне і те ж. І ці відповіді правильні, я був в припущенні , що електричний струм і сигнал одне і те ж, тому що автор продовжує маючи на увазі , що вони одне і те ж в тексті (або він не в змозі чітко розрізняти два)! Дивіться наступні уривки з цієї ж глави:

Поки Морз працював з Альфредом Вейлом, старе кодування було відмовлено, і те, що ми тепер знаємо як код Морзе, було розроблено до 1838 року. У цьому коді букви алфавіту представлені пробілами, крапками та тиреми. Простір - це відсутність електричного струму, крапка - електричний струм короткої тривалості, а тире - електричний струм більш тривалої.

$⋮$ $\vdots$

Важкою проблемою залишалися труднощі, з якими Морзе стикався зі своїм підземним проводом. Різні схеми, які однаково добре проводять постійний електричний струм, не обов'язково однаково підходять для електричного зв'язку. Якщо хтось надсилає крапки і тире занадто швидко над підземним або підводним контуром, вони збираються разом у приймальному кінці. Як зазначено на малюнку II-1, коли ми відправляємо короткий сплеск струму, який різко включається і вимикається, ми отримуємо в дальньому кінці ланцюга більш тривалий, згладжений підйом і падіння струму. Цей більший потік струму може перекривати струм іншого символу, що надсилається, наприклад, як відсутність струму. Таким чином, як показано на малюнку II-2, коли чіткий і чіткий сигнал передається, він може бути сприйнятий як невиразно блукаючий підйом і падіння струму, який важко інтерпретувати.

Звичайно, якщо ми зробимо наші крапки, пробіли та тире досить довгими, струм на дальньому кінці буде краще слідувати за струмом на кінці відправки, але це сповільнює швидкість передачі. Зрозуміло, що певним ланцюгом передачі якимось чином пов'язана обмежувальна швидкість передачі для крапок і пробілів. Для підводних кабелів ця швидкість настільки повільна, що може непокоїти телеграфів; для проводів на полюсах це так швидко, що не турбувати телеграфів. Ранні телеграфісти знали про це обмеження, і воно теж лежить в основі теорії комунікацій.

Навіть за умови обмеження швидкості, можна зробити різні речі, щоб збільшити кількість листів, які можуть бути надіслані по даній схемі за певний проміжок часу. Тире займає три рази довше, щоб надіслати як крапку. Незабаром було зрозуміло, що можна отримати за допомогою подвійної телеграфії. Ми можемо зрозуміти це, уявивши, що на приймальному кінці гальванометр, прилад, який виявляє і вказує напрямок потоку малих струмів, з'єднаний між телеграфним проводом і землею. Щоб вказати на крапку, відправник підключає позитивний клем своєї батареї до дроту, а негативний - до заземлення, а голка гальванометра рухається праворуч. Щоб надіслати тире, відправник підключає негативний термінал своєї батареї до проводу, а позитивний - до місця, і голка гальванометра рухається ліворуч. Ми говоримо, що електричний струм в одному напрямку (в провід) являє собою крапку, а електричний струм в іншому напрямку (поза дроту) являє собою тире. Жоден струм (відключений акумулятор) не представляє пробілу. У фактичній телеграфії з подвійним струмом використовується інший прийом приймача.

У одноточній телеграфії є два елементи, з яких можна побудувати наш код: струм і без струму, який ми могли б назвати 1 і 0. У подвійній струмовій телеграфії насправді є три елементи, які ми могли б охарактеризувати як прямий струм, або струм в провід; немає струму; зворотний струм або струм із дроту; або як +1, 0, -1. Тут знак + або - вказує напрям потоку струму, а число 1 дає величину або силу струму, яка в цьому випадку дорівнює потоку струму в будь-якому напрямку.

У 1874 році Томас Едісон пішов далі; у своїй чотириплексній телеграфній системі він використав дві інтенсивності струму, а також два напрямки струму. Він використовував зміни інтенсивності, незалежно від зміни напрямку потоку потоку для надсилання одного повідомлення, а зміни напрямку потоку струму незалежно від змін інтенсивності, щоб надіслати інше повідомлення. Якщо вважати, що струми відрізняються однаково від наступних, ми можемо представити чотири різні умови потоку струму, за допомогою яких два повідомлення передаються по одному ланцюгу одночасно як +3, +1, -1, -3. Інтерпретація їх у приймальному кінці показана в таблиці I.

На малюнку II-3 показано, як точки, тире та пробіли двох одночасних незалежних повідомлень можуть бути представлені послідовністю чотирьох різних поточних значень.

Зрозуміло, що кількість інформації, яку можна надіслати по ланцюгу, залежить не тільки від того, наскільки швидко можна надсилати послідовні символи (послідовні значення струму) по ланцюгу, але і від того, скільки різних символів (різних поточних значень) можна вибрати серед . Якщо в якості символів у нас є тільки два струму +1 або 0 або, що так само ефективно, два струми +1 і - 1, ми можемо передати приймачеві лише одну з двох можливостей одночасно. Однак ми вже бачили, що якщо ми можемо одночасно вибрати одне з чотирьох поточних значень (будь-який із чотирьох символів), наприклад +3 або + 1 або - 1 або - 3, ми можемо передати це за допомогою ці поточні значення (символи) два незалежні частини інформації: чи маємо на увазі 0 або 1 у повідомленні 1 і чи маємо на увазі 0 або 1 у повідомленні 2. Таким чином, для заданої швидкості надсилання послідовних символів, використання чотирьох поточних значень дозволяє нам надсилати два незалежні повідомлення, кожне так швидко, як два поточні значення дозволяють нам надіслати одне повідомлення. Ми можемо надсилати вдвічі більше листів на хвилину, використовуючи чотири поточних значення, ніж ми могли використовувати два поточні значення.

І цей підручник не передбачає жодних передумов фізичних чи електротехнічних знань, тому, мабуть, читачам не вдасться розмежувати сигнал і електричний струм - особливо зважаючи на те, що автор, здається, постійно має на увазі, що вони однакові ( або не вдасться, будь-яким зрозумілим чином, розділити їх для людей без такого походження).

electromagnetism signal-processing linearity

— Покажчик
джерело

1

Потрібно повернутися пізніше з поясненням класу відповідей, але, по суті, внески двох відправників просто додають туди, де вони передають один одного, завдання в кінці. Якщо ви знаєте, що ви надсилаєте, ви можете відняти це і подивитися, що надіслала інша людина. Привід - це ефекти лінії передачі та можливість бачити відображення минулої передачі. Якщо ви просиділи лекцію на лініях передачі, ідея про імпульси, що йдуть у кожному напрямку, що проходять один через одного, зрозуміла, намагаючись подумати, як це зрозуміти без цього.

— Кріс Страттон

2

Спочатку уявіть собі дуже великий парк автомобілів на бампері ...

— Кріс Страттон

11

Зауважте, що у вашій цитаті підручника написано "два сигнали телеграфа ...", тоді як у вашому запитанні сказано "два електричних струму ...", що рухаються в протилежному напрямку. Але за законом Ома, $ V = IR $, струм пропорційний падінню напруги по дроту. Таким чином, ви ніколи насправді не будете спостерігати течії >> одночасно <<, що протікають у протилежних напрямках. Однак, як і відповіді пропонують, форма хвилі, представлена дуже швидко змінюється напругою, може кодувати повідомлення в обох напрямках.

4

Чесно кажучи, я не думаю, що автор цієї книги не розуміє, що означає "лінійний". Це, звичайно, не означає, що він описує у цитаті, який ви цитували. Конденсатори та індуктори, безумовно, нелінійні. @JohnForkosh правильно це зрозумів; Вам не доведеться демонструвати струм, що протікає в обох напрямках, щоб кодувати двосторонні сигнали. Насправді телеграфна схема, яка демонструє дуплексинг (зв’язок в обох напрямках), майже абсурдно проста. Все, що йому потрібно, - це котушка з центральним відступом і реостат. Дивіться mysite.du.edu/~jcalvert/tel/morse/morse.htm#H1

— Роберт Харві

3

Існує два різних значення "лінійності" - електричне, яке цитує Джон Форкош, і інше, яке використовується в контексті радіосигналу, яке використовує цей автор: "Правило лінійності є загальним серед багатьох математичних та інженерних аспектів. Очевидно, лінійність описує, що ви можете описати ефекти системи, розділивши вхідний сигнал на прості частини та використовуючи суперпозицію на виході, щоб відновити загальний вихід системи ". - dspillustrations.com/pages/posts/misc/…

12

Фізичне пояснення полягає в тому, що хвилеводи (включаючи вільний простір) мають ортогональні режими для двох напрямків поширення. Це означає, що два сигнали, що рухаються в протилежних напрямках, не будуть заважати. (Це не наближення, чи не буде ні перешкод).

Пристрій, який розділяє сигнал "переданий" і "прийнятий", є циркулятором . Він також існує в оптичному домені і може використовуватися для здійснення дуплексного зв'язку через одне оптичне волокно. У радіочастотному домені він може використовуватися для здійснення розділення сигналів передачі та прийому по одній антені (одночасно і з однаковою частотою, звичайно). Практично людина часто використовує різні частоти для передачі та прийому, в основному з технічних причин. Циркулятор не має ідеальної ізоляції і розділення не працює так добре для дуже слабких прийнятих сигналів. Але якби в когось був ідеальний пристрій циркуляції, це облаштування спрацювало б.

У старій аналоговій телефонній системі існувала лише одна дротяна пара, але можна було говорити і чути одночасно.

TL / DR: Дуже елементарне пояснення полягає в тому, що в проводі є напруга і струм, і їх можна використовувати для передачі окремої інформації в двох напрямках. Розглянемо наступне:

На одній стороні дроту є джерело керованої напруги, а інформація, що передається, - це миттєва напруга. З іншого боку проводу є кероване джерело струму (а краще «раковина»). Інформація, що передається тут, - це миттєвий струм. Зрозуміло, що станція 1 (та, яка має джерело напруги) може прочитати сигнал від джерела 2, просто вимірявши струм через провід. Станція 2 також може приймати сигнал зі станції 1, вимірюючи напругу на клемах джерела струму. Це доводить, що ви можете передавати інформацію в двох напрямках одночасно по одній дротяній парі. І якщо ви сумніваєтесь, що підключити джерело струму / раковину до джерела напруги може бути неможливо. Це цілком можливо,

EDIT: Існує також елементарне пояснення хвиль: хвиля вільного простору має коливальне електричне та магнітне (E та H) поле. Вони орієнтовані під кутом 90 ° в просторі і мають часовий зсув фази 90 °. Це + 90 ° вперед і -90 ° для напрямку поширення назад (це може бути навпаки, залежно від вибору системи координат або знаку фази). Також співвідношення амплітуди магнітного та електричного поля фіксується до хвильового опору середовища (що становить 377 Ом для вакууму). Якщо у нас зараз поширюється хвиля, яка поширюється назад і вперед, ми матимемо суперпозицію електричного та магнітного полів скрізь у просторі та часі. Однак можливе ідеальне розділення обох хвиль. Простіше кажучи: електричні поля будуть додаватися, тоді як магнітні поля будуть відніматися (за рахунок загального зсуву фази на 180 °). Оскільки амплітуди поля E і H кожного компонента мають фіксоване відношення, ми можемо замінити H на поле E (або навпаки) і вирішити для двох амплітуд поля E четвертої і задньої хвилі, що поширюється. Це свідчить про те, що можливе ідеальне розділення двох напрямків поширення.

І саме абстрактне пояснення фізики, що стоїть за цим, - як я вже писав раніше, - що режими, відповідні двом напрямкам поширення, завжди є ортогональними, і сигнали не заважають.

— Андреас Х.
джерело

3

In the old analog telephone system there was only a single wire pair, yet it was possible to speak and hear at the same time.

- Так, але це тому, що два голосові сигнали були змішаними, одне і те ж явище, що дає можливість помістити декілька інструментів у пісню за допомогою мікшера.

— Роберт Харві

4

@RobertHarvey ні. Кожен кінець чує інший кінець свого диктора, не чуючи власного голосу (або, принаймні, чуючи сильно ослаблену його версію; невідповідність системи завжди викликає трохи відбитого сигналу).

— панно

2

@hobbs Ваш коментар не повністю відповідає моєму досвіду. Я, безумовно, чую власний голос, коли розмовляю по сухопутній лінії, голосно і чітко, і навіть на лінії без тональності набору, а не акумулятора (48 В, що постачається телефонною компанією), я чую, як дихаю в тестовий телефон. Ось так я знаю, що на лінії є акумулятор. Цей останній пункт підкреслює те, що я погоджуюся з вашим коментарем: чути себе на стаціонарній лінії - це не через те, що ви чуєте власний сигнал на лінії , це саме телефон, який змішує сигнал з мікрофона вашого телефону і сигнал з лінії .

— Тодд Вілкокс

1

Дивіться також "sidetone"

— Немо

1

@kostas "множинні неточності": ви могли б бути більш конкретними? Якби ви прочитали початок відповіді ("- як я писав раніше -"), ви помітили б, що я посилався на "режими" поширення. Але правда, останнє речення в цій формі було неточним. Я відредагував це, щоб бути точним і відповідати змісту відповіді.

— Андреас Х.

23

в тому сенсі, що два телеграфних сигналу (іншими словами, два електричні струми) можуть рухатися в протилежних напрямках по одному проводу одночасно, не заважаючи один одному

$0~V$ $0~A$

Якщо дві хвилі струму подорожують у протилежному напрямку, хвилі не матимуть ніяких труднощів проходити одна одну, так само як дві звукові хвилі здатні рухатись у протилежних напрямках у тому ж середовищі.

(Тут синій рухається ліворуч, зелений - праворуч, а червона хвиля - результат їх суперпозиції. Червона хвиля - це розподіл струму / напруги, яке вимірюється в проводі з часом.)

$x^2$ $x^3$ $U(x, t)$ $I(x,t)$

\frac{\partial}{\partial х} U (х, т) = - L \frac{\partial}{\partial т} Я (х, т) - R Я (х, т)

$\frac{\partial}{\partial x} U(x,t) = -L \frac{\partial}{\partial t} I(x,t) - R I(x,t)$

\frac{\partial}{\partial х} Я (х, т) = - С \frac{\partial}{\partial т} U (х, т) - Г U (х, т)

$\frac{\partial}{\partial x} I(x,t) = -C \frac{\partial}{\partial t} U(x,t) - G U(x,t)$

$L, C, G$ $R$ $x$ $t$ .

$U$ $I$ $U_1(x,t)$ $U_2(x,t)$

U (х, т) = α \cdot U_{1} (х, т) + β \cdot U_{2} (х, т)

$U(x,t) = \alpha \cdot U_1(x,t) + \beta \cdot U_2(x,t)$

α

$\alpha$

β

$\beta$

Бічна примітка про DC:

Наявність двох струмів, що протікають в протилежних напрямках, скасує їх внески і призведе до відсутності струму. Крім того, ви можете переконати себе, що постійний струм (постійний струм) не може текти в обох напрямках одночасно, просто Законом Ома :

$R$ $U = \varphi_2 - \varphi_1$ $I = \frac{U}{R}$ текти. Струм (складається з переміщення позитивних зарядів) переходить від більш позитивного потенціалу до більш негативного потенціалу.

U^{'} = φ_{1} - φ_{2} = - U .

$U' = \varphi_1 - \varphi_2 = -U.$

Я^{'} = \frac{U^{'}}{R} = \frac{- U}{R} = - Я .

$I' = \frac{U'}{R} = \frac{-U}{R} = -I.$

Якщо ми зробимо обидва потенціали рівними, різниці не буде, а струм буде нульовим.

Єдиний спосіб вивести струм з обох кінців - це джерело посередині, що насправді не цікаво.

— амеметр
джерело

Власне кажучи, хвилі можуть поширюватися і в одному напрямку, не зачіпаючи одна одну, наприклад хвилі різної частоти. Деякі подібні рівняння (хоча я не думаю, що це) можуть дозволяти хвилям різної частоти подорожувати з різною швидкістю і обганяти один одного, як поїзди в книзі, яку цитував ОП.

@Kostas Звичайно, вони взагалі просто не взаємодіють.

— ахіметтер

Здається, у вашої анімації є останній останній кадр, який порушує плавність анімації при повторенні (в основному, два наступні однакові кадри).

— Руслан

11

У вас проблема: телеграфні сигнали - це не електричні струми. (Ми можемо також сказати, що натомість телеграфні сигнали є напругою.) Що правильно? Ні.

Щоб вирішити це, відмовтеся від електроніки і замість цього відкиньтесь на фізику, що стоїть за нею. Насправді телеграфні сигнали (і навіть усі електричні сигнали скрізь) - це насправді електрична енергія; те саме, що і світлові та радіохвилі. Сигнали - це зміна , і мінливий струм передбачає напругу, таке ж, як зміна напруг за участю струму. Сигналами є ватти, а не просто ампери і не просто вольти.

Сигнал-енергія поводиться інакше, ніж струми в ланцюгах. У той час як енергія перескакує по ланцюгу, натомість ампер або зарядний потік не роблять. Заряди просто обертаються через цикл в цілому, або, можливо, трохи хитаються вперед і назад, але струм не летить вперед на світловій швидкості. Щось літає разом у світловій швидкості, хоча. Ми вимірюємо це і обговорюємо його з точки зору ваттів або «потужності». Ампер не літає швидко, підсилювачі різні, підсилювачі - це повільні рухи "середовища"; це море заряду, знайдене всередині кожного дроту. Хвилі по відношенню до середніх. Дещо як звукові хвилі проти вітру. Електричний струм - як вітер, тоді як сигнали - як звукові хвилі. (І, звичайно, звукові хвилі - це вітер назад і назад! Повітря хитається, а хвилі поширюються вперед.)

Як два електричні сигнали можуть пройти через електричну ланцюг? Спочатку запитайте себе, як дві незалежні звукові хвилі здатні проходити через одну і ту ж область повітря. А на ставку киньте два камінчики і запитайте себе, як два пульсацій бичачих очей проходять один через одного, не взаємодіючи. Чому один лазерний промінь не блокує іншого, коли вони перетинаються? Це просто те, що можуть зробити всі хвилі, якщо середовище лінійне. У лінійній системі хвилі можуть додавати і знову віднімати, так що вони перетинаються одна з одною, не взаємодіючи. Він працює на світло всередині оптичного волокна. Він працює для звуку всередині органної труби. Він працює для коаксіального кабелю з імпульсами, що йдуть у протилежних напрямках, і він працює для телеграфних сигналів, що поширюються на світлових швидкостях по одній парі, одному контуру.

Відповідь на ваше запитання стосується хвильової глави вашої книги з фізики. Відповідь на ваші конкретні схеми ланцюга відкриває ціле захоплююче поле електроніки: кабельні відбиття та стоячі хвилі на проводах.

З іншого боку, два постійних струму не можуть займати один і той же ланцюг, оскільки вони втрачають свою ідентичність, поєднуючись, утворюючи сум-струм. (Не забувайте, що кожен ланцюг є однооборотним індуктором. Так само два різних напруги не можуть займати один і той же конденсатор! В обох випадках вони поєднуються, і їх не можна знову відняти.) Два постійних струму можуть займати один провід, всякий раз, коли цей провід є загальною секцією двох інакше окремих ланцюгів. Але вони роблять це шляхом додавання, щоб утворити третій струм у цьому загальному розділі. (Наприклад, вони можуть відняти нульовий струм у цьому розділі, якщо вони трапляться рівними і протилежними. Один електрон не може насправді текти в двох напрямках одночасно.)

Але в той же час дві цілком незалежні енергетичні хвилі (сигнали) можуть поширюватися по одному єдиному ланцюгу. ЯК? Він включає в себе і E, і M, і містить секрет: щоб зрозуміти це, ми повинні дивитись на обидва дроти довгої пари, і ми повинні включати напругу , а також струм. На ваше запитання не можна відповісти, якщо ми зосередимось на одиночному проводі та струмі, одночасно ігноруючи два дроти та напругу на них.

В одному ланцюзі струм - замкнене коло, як маховик. Він не починається в одному місці і перетікає в інше (замість цього він просто йде за годинниковою стрілкою, CW або, можливо, CCW, подібно до приводного ременя.) Струм у ланцюзі схожий на закручений маховик, замкнутий контур. Але щось впевнене йде в один бік, правда? Щоразу, коли батарея запалює лампочку, щось повинно переходити від акумулятора до лампи, а не повертатися назад до акумулятора. Що щось не є поточним. Натомість це енергія ЕМ, де витрата енергії вимірюється у ватах; вольт разів ампер. У ланцюзі ліхтарика потужність - це швидкий односторонній потік від акумулятора до лампочки. Але течія дуже повільнакруговий потік. Знову ж таки, "сигнал", що йде від акумулятора до лампочки, складається з енергії ЕМ, а не амперів і не електронів.

Тож ось початок вашої відповіді: в одному ланцюзі, як ми можемо знати, в якому напрямку тече електрична енергія ? Просто: подивіться на величину потужності. Конкретно: помножте напруги між проводами на ампер через них. Якщо результат позитивний, то енергія тече в одному напрямку, а якщо негативна, то тече в іншому. За допомогою ліхтарика підключіть свій вольтметр і амперметр, щоб вони давали позитивну потужність, коли ми множимо їх разом. Потім, коли ви виймете лампочку і встановите замість неї зарядний пристрій, струм повертається назад, тому ми отримуємо енергію, що йде назад, до акумулятора. (Ця ідея є критичною для змінного струму, коли, якщо хвилі V і I синхронізуються, енергія постійно тече вперед, але якщо V і я знаходяться на 180deg, енергія замість цього тече назад.)

Отже, на довгому кабелі з електричним імпульсом, який має позитивну потужність, імпульс збільшується ліворуч, а якщо потужність негативна, імпульс йде вправо. Якщо ми раптом підключимо і від'єднаємо акумулятор ліхтарика, ми запустимо енергетичну хвилю по двох дротах. Він подорожує на швидкості світла і поглинається лампочкою ліхтарика, яка загоряється. Якщо ми будемо залишати акумулятор постійно приєднаним, то все-таки енергетична хвиля тече до колби, навіть якщо зовсім немає пульсацій. Це перша концепція в базовій хвилебудуванні: поширення електричної енергії по ланцюгах ... і ідея про те, що "DC" насправді просто "AC" на дуже низькій частоті.

Назад до початку: як два сигнальні імпульси можуть літати в протилежних напрямках уздовж однієї пари дротів? (Зверніть увагу, що це повинна бути дротяна пара з включеним вольт. Не один провід.) Це може статися, якщо один з імпульсів має позитивну потужність і йде ліворуч, а інший імпульс має негативну потужність і йде вправо. Один імпульс може складатися з позитивних вольт і позитивних амперів, а інший імпульс - від негативних вольт і позитивних амперів. Обидва імпульсу - ЕМ-хвилі.

PS

Ага, я бачу інший підхід! (Проігноруйте це, якщо хочете, оскільки це дуже довго.) Припустимо, у нас є два окремих ланцюга, два ліхтарики, але тоді ми з'єднуємо один короткий провід з кожної? Дві схеми мають спільний шматочок дроту. Чи взаємодіють вони? Ні, тому що всередині загального проводу струми просто додають і віднімають знову. Кожна батарея засвічує свою власну лампочку незалежно, тому що у кожного контуру ланцюга є своя окрема напруга акумулятора та свій окремий струмовий струм. І все-таки в цьому загальному проводі, здається, ніби тече два різних електричних струму! Їх немає, не дуже, тому що один "струм ланцюга" - це струм в цілому циклі, включаючи одну батарею, лампочку і все закрите кільце провідників. У цьому комбінованому проводі два струми додаються на одному кінці дроту, потім знову віднімають у іншого. Дві енергетичні хвилі в кожному ланцюзі залишаються незалежними, навіть незважаючи на те, що струми в їх загальному проводі можуть додавати і віднімати.

Це показує нам, що відповідь на ваше первісне запитання не може містити жодного дроту. На це можна відповісти, лише відступивши та розширивши погляд; також включаючи напругу по двох проводів.

Це також показує, як працює "лінійний" проти "нелінійний". У загальному проводі на одному кінці два струми об'єдналися шляхом додавання. Але потім вони ідеально віднімають один від одного на іншому кінці. Це дозволяє дві петлі залишатися незалежними. Але що робити, якщо цього не сталося, і натомість струми в одному проводі не були простою комбінацією сум? Ага, це було б "НЕЛІНІЧНО". У цьому випадку ми не змогли чисто розділити їх один раз разом. "З'єднання" на одному кінці дроту не було б абсолютно рівним "відніманню" на іншому кінці, і в цьому випадку два окремі ланцюги почнуть взаємодіяти. Одна батарея почне трохи освітлювати другу лампочку. Сигнали двох ланцюгів справді змішалися б.

PPPPS

Таке питання має давню історію, і популярна книга про нього - "MAXWELLIANS", BJ Hunt. Ганебний Олівер Хевісайд зрозумів, що сигнали телеграфа насправді є хвилями ЕМ, але потім його майже придушив Вільям Прайс, керівник телеграфного бюро у Великобританії, який "знав", що крапки і тире - це просто течія, період, кінець історії та не задавай питань, або ЧЕ Прайс буде тобі шкода! :) Хевісайд застосував свою нову теорію ЕМ про кабельні хвилі, щоб вирішити величезну проблему з телеграфією: для будь-яких сигналів, що рухаються по телеграфних лініях розміром 100 км, точки або зникнуть, або "пульсують", а для телефонних ліній передача на великі відстані була повністю спотворена і неможливо. (Була виявлена проблема - хвильова дисперсія або "щебетання", де низькі частоти рухаються швидше, ніж високі.) Хевісайд " s "рівняння телеграфа" та його "завантажувальні котушки" виправили це, дозволяючи телеграфії стати широкосмуговою, навіть коли на величезних відстанях. Він власноруч створив міжміський телефон. Але Прайс швидко призупинив цю єресь, використовуючи свою політичну силу, щоб розпочати кампанію проти тяжкої боротьби з преси в пресі та кампанію шепіту серед інженерів. Тоді у США Пупін Колумбійський прикинувся винахідливими котушками Heaviside, запатентував їх і заробив мільйони за допомогою Bell Telephone, тоді як Heaviside залишився майже без грошей, не здобувши слави до того моменту, коли помер. (Хе, історія Тесла / Марконі задовго до Тесла і Марконі. Пупін навіть зіграв велику роль у падінні Тесли!) Тож тепер ви бачите, чому я закоханий у історію телеграфних хвиль. Одержимий. Навіть не запускайте мене! На жаль, запізно. :)

— хитрий
джерело

Дякую за відповідь. На початку цієї ж глави автор встановлює контекст, посилаючись на електричну телеграфію (код Морзе та ін.), І говорить наступне: «Простір - це відсутність електричного струму, крапка - електричний струм короткий тривалість, а тире - електричний струм більш тривалої. "Отже, схоже, автор каже, що сигнали телеграфа є електричними струмами?

— Покажчик

Це хоча б натякає на правильну ідею, але має деякі проблемні аспекти. Також "Втрата ідентичності" - це не фізика, а інженерна проблема застосування, яку в деяких випадках можна вирішити.

— Кріс Страттон

Моя проблема з цією відповіддю полягає в тому, що він, схоже, не відповідає на моє запитання. Натомість він просто стверджує, що явище можливе через лінійність, але це не пояснює фізиці, чому це можливо, що було суть мого питання. І абзац, що починається з "Щоб вирішити це, відмовтеся від електроніки і замість цього відкиньтесь до фізики за нею ...", схоже, не пояснює фізиці, як це можливо взагалі; скоріше, це просто продовжує дотичну, яка уникає відповіді на моє запитання цілком.

— Вказівник

@ThePointer У автора є неправильне уявлення про телеграфію або, принаймні, навчає "брехні дітям", спрощеному опису для початківців. Щоб зрозуміти, що відбувається, спробуйте відкинути думку про те, що телеграфні сигнали - це струми, а не хвилі. Насправді ми не можемо пульсувати телеграфним звуковим сигналом або шумувати в телефонному гучномовці, спалаху лампочок, не направляючи енергію та виконуючи роботу. Це передбачає потужність, яка є вимірюванням світлодіодних електромагнітних хвиль на дротах. Крапками / штрихами керуються ЕМ-хвилі: імпульси напруги / струму.

— wbeaty

@ThePointer> взагалі відповідь на моє запитання. Правда! Відповіді немає, тому змініть питання. "Всі хвилі діють так" не стосується чистих струмів. Але точки-тире - це напруга, вольт І ампер, тому включіть у питання вольт. Або запитайте це: в одному скляному стрижні, як два світлових сигнали можуть проходити в протилежних напрямках, не взаємодіючи? Відповідь також стосуватиметься телеграфних сигналів на дротяних парах. Моя відповідь "хвилі роблять це" - це лише початок цілої глави: відбиття кабелю та стоячі хвилі, де сигнали вольт-підсилювачів йдуть у протилежному напрямку по одному довгому контуру. Я додам більше вище.

— wbeaty

8

Андреас Н згадав про циркулятор хвилеводів. В аналогових телефонах цю роботу виконує недосконала гібридна схема під назвою Анти-сидетонова індукційна котушка (ASTIC). Ідеальна гібридна котушка передаватиме та приймати мовлення одночасно та окремо, тобто сигнал від вашого передавача буде проходити по дротах до приймача на іншому кінці, а сигнал від віддаленого передавача поступатиме до вашого приймача по одній і тій же дроті проводів. Рано було зрозуміло, що людям потрібно почути, як вони говорять, тому ASTIC дозволяє частині сигналу від місцевого передавача перейти до місцевого приймача.

У локальній області аналогового обміну ланцюг буде двома проводами, повністю від одного телефону, через реле в обміні на інший телефон. Як тільки ви почнете подорожувати між біржами, сигнал буде розділений гібридною котушкою при обміні, і мова в одному напрямку буде рухатися по іншому ланцюгу до мови в іншому напрямку (4-провідна схема з'єднання). Це дозволило посилити мовлення, оскільки підсилювачі однонаправлені (лише в один спосіб). На віддаленому обміні два окремі шляхи були б рекомбіновані гібридною котушкою, а остання частина дзвінка була б на парі проводів.

Виступ на аналогових телефонах та обмінах був від 300 Гц до 3400 Гц, тому це низькочастотні ЕМ хвилі.

Однак якщо ви передаєте живлення змінного чи постійного струму, ми не маємо різних струмів, що йдуть різними шляхами в одному проводі. Наприклад, у певній державі енергопостачальні компанії зобов’язані постачати відсоток "зеленої" енергії, але вони не мають достатніх "зелених" ресурсів для генерації, тому вони купують енергію поза державою. У той же час вони продають надлишки незеленої енергії поза державою. Якщо вони купують та продають енергію через один і той же провідний з'єднувач (дроти), то немає двох конкуруючих потоків живлення, що рухаються в протилежному напрямку на одному проводі. Якщо штат А купує потужність 500 МВт у штату Б, а штат Б купує потужність 400 МВт у штату А, то поток 100 МВт із штату В в стан А. Облік може сказати, що 500 МВт і 400 МВт, але електрична реальність - 100 МВт.

5

Вони втручаються.

Електричні сигнали рухаються по дротах, як хвилі на воді. а коли дві хвилі зустрічаються, ви отримуєте інтеференцію .

Але оскільки дроти лінійні, інтерференція набуває форми додавання, і тому вона не є руйнівною для інформації, і, таким чином, якщо ви знаєте, що є одним із сигналів, ви можете знайти інший сигнал шляхом віднімання.

Телефонні лінії використовують (використовується?) Ланцюг, який називають гібридом, який ізолює вхідні та вихідні сигнали, що дозволяє одному мідному ланцюгу передавати голосові сигнали в обох напрямках.

Телеграф, ймовірно, використовував щось подібне, завдяки чому відправник віднімає власний сигнал від того, що він бачить на лінії, що дозволяє йому визначати, що надходить з іншого кінця одночасно з передачею власного сигналу.

— Ясен
джерело

1

Це неправильно. Хвилі, що поширюються в протилежних напрямках, взагалі не заважають. У будь-який момент часу та простору обидва ідеально можна відновити. Пристрій, що робить це, є циркулятором.

— Андреас Х.

можливо, ви використовуєте інше визначення втручання? циркулятор - це мікрохвильовий гібрид.

— Ясен

Можливо: Моє визначення інтерференції полягає в тому, що амплітуда хвиль (ив) ослаблена (можливо, повністю) у певних положеннях у просторі. Це не стосується хвиль, що поширюються вперед і назад. Ви маєте рацію щодо гібриду.

— Андреас Х.

Я використовую визначення на сторінці вікіпедії intererfance, сигнали просто додаються разом із нічого втраченого.

— Ясен

1

Це правильна відповідь. Зверніть увагу, що струм буде текти лише в одному напрямку за один раз (де напрямок визначається напругою, яку кожен відправник подає на свій кінець); і книга, на яку посилається, стосується теорії інформації, а не електроніки (і, ймовірно, правильна теорія інформації та електрична / електроніка абсолютно неправильні).

— Брендан

4

Ви написали:

Як виходить, що два електричні струми можуть рухатися в протилежних напрямках по одному проводу одночасно, не заважаючи один одному?

але в оригінальному тексті сказано:

два телеграфні сигнали можуть рухатися в протилежному напрямку по одному проводу одночасно, не заважаючи один одному

Ось суперечність: телеграфний сигнал і електричний струм - це не одне і те ж. Електричний струм - це лінійна суперпозиція хвиль, що рухаються по лінії перетворювачами на кожному кінці. Струм в одну мить в одній точці на лінії може мати лише одне значення, але ми можемо обчислити це значення, обчисливши внесок хвиль від сигналів, накладених на кожен кінець лінії, і склавши їх разом.

Як простішу, але безпосередньо помітну систему, розгляньте стереову музику в кімнаті. Один динамік не змінює, як хвилі тиску від іншого динаміка поширюються. Градієнт чистого тиску в будь-якій точці простору і миті є результатом додавання хвиль тиску від кожного динаміка.

Навіть незважаючи на те, що фізичні величини, такі як струм чи тиск, можуть мати лише одне значення, якщо ми знаємо, що на ці величини впливає адитивна комбінація причин, принцип лінійного суперпозиції дозволяє розбити систему на більш дрібні частини, які можна розглядати окремо: у цьому випадку телеграфної станції на кожному кінці лінії, і хвилі, які вона генерує, які поширюються вниз по лінії.

— Філ Мороз
джерело

4

Сигнали складаються з хвиль. Хвилі проходять один одного, а після проходження змінюються. Електромагнітні хвилі. Хвилі на морі також пропускають один одного (хоча вони іноді мають наслідки, в які я не потрапляю). "Втручатися" був поганим вибором слова автором. Ніхто не може вам сказати, чому. Але ви вже інстинктивно знаєте, що хвилі можуть пропускати один одного. Подумайте лише про те, що світло виблискує з вікна і через вікно одночасно. Це, здається, не викликає здивування, чи не так?

У своєму запитанні ви використовуєте слово "поточний". Струми - інша справа. Струм у проводі в основному визначається як потік заряду через точку. Це буде чистий потік. Тож не має сенсу говорити про течії, які якимось чином пропускають один одного.

Я намагаюся уникати розмов про більш прогресивні ефекти лінії електропередачі, такі як ємність та індуктивність, бо боюся, що це просто замутить води ще більше. Суть полягає в тому, що сигнали можуть передавати один одного, і під час проходження, в місці проходження, вони впливають один на одного. Але після проходження вони продовжують так, ніби проходження ніколи не бувало. Подумайте, як світло проходить обома шляхами через вікно.

— Мікейт
джерело

3

Це не поточний, але SIGNAL, який рухається в будь-якому або в усіх напрямках. Ось чому телефонна трубка не повинна перебивати отриманий звук, коли ви говорите, і це нам більш звично, ніж протоколи телеграфу.

Це трохи хитрощі, званої "гібридом", яка подає на ваше вухо сигнал, який має сигнал переважно з далекого телефону, і створює сигнал (модуляція струму) відповідно до вашого голосу, застосованого до мікрофона. Те, що ви чуєте, не є "струмом в проводі", який однаково модулюється двома голосами, це 90% віддалений голос, який ви чуєте, і лише 10% від вашого власного. Подібний гібрид на іншому кінці з'єднання скасовує основну частину його / її голосового входу, щоб ваш голос був чутно сильно в цьому приймачі телефону.

Гібрид - це схема, що додає сигнал, яка має доступ як до вашого голосу, так і до комбінації двох голосів (на лінії) і поєднує їх для посилення повідомлення з відстані. Ніщо в цій схемі недоступне для телеграфного бюро, яке також може працювати як приймальна станція навіть під час передачі.

БЕЗПЛАТНИЙ передавач (нецифровий вид) НЕ легко доступний, який, як правило, має перериваючий перемикач "Натисни і говори" Наші мобільні телефони, що надсилають цифрові пакети, роблять багато перебоїв, досить швидко, що це рідко нас турбує, тому що ця гібридна функція погано взаємодіє з приймачем, який перевантажується під час передачі.

— Whit3rd
джерело

2

Ваша аналогія порушена. Не думайте про смугу автомобілів, якщо тільки ви не вважаєте, що автомобілі є бамперними автомобілями.

Фактична загальна середня швидкість руху електронів, що рухаються по дроту, досить повільна. Швидкість дрейфу електронів у дроті зазвичай становить кілька мікрометрів / секунду, зовсім не швидка.

Те, що поширюється по дроту, пересувається від електрона до електрона, від джерела до місця призначення. Цей процес відбувається дуже швидко, майже зі швидкістю світла. За аналогією на шосе було б аналогічно удару в перший автомобіль, і кожен автомобіль натикався на той, що знаходиться перед ним. Незважаючи на те, що кожен автомобіль рухається в цілому повільно, хвиля може поширюватися по ланцюгу за умови, що ви можете вдарити його досить сильно.

Кілька звукових хвиль очевидно можуть подорожувати по повітрю в декількох напрямках одночасно. Однак, коли ви щось кричите, одна молекула не обов'язково прямує прямо з уст до слухачів. Натомість, передача звуку між молекулами повітря. Те саме стосується електричних сигналів.

— whatsisname
джерело

Дякую за відповідь. Але навіть використовуючи цю виправлену версію аналогії, незрозуміло, як / якщо сигнал може поширюватися через той же провід, в протилежні сторони одночасно? Використовуючи цю аналогію, здавалося б, що електрони (бамперні машини) дозволяли б поширити сигнал лише в одному напрямку в будь-який час? Інакше можна було б зрозуміти, що сигнали стають «брудними / пошкодженими / скасованими / якими б то не було»?

— Вказівник

@ThePointer не зовсім бампер-автомобілі, але більше схожі на довго розтягнуті Slinkys (tm). Довгий стовпчик електронів всередині дроту може поводитись як довга гнучка пружина. Ви можете помахувати в будь-який кінець, і хвилі будуть блискати по весні. Хвилі, що йдуть ліворуч, пройдуть через будь-які хвилі, що йдуть праворуч, але лише якщо сили і рухи навесні можуть ідеально додавати і віднімати. (Далі завершіть аналогію, використовуючи Slinky як приводний ремінь із замкнутим контуром, пройдений навколо двох окремих шківів. Штуршок однієї шківи та "хвиля струмової напруги" збільшується по "дротяній парі" до іншого шківа. Не ідеальна аналогія , але близько.

— wbeaty

Насправді також працюють бамперні машини. Припустимо, що логічним є те, коли лінія автомобілів рухається на один метр, а в нуль, коли цього немає. Ви можете спостерігати за тим, як автомобілі рухаються до прийому, і натискайте на них для передачі. Якщо обидва потрапляють одночасно, лінія не рухається. Якщо рядок не переміщувався при натисканні на нього, ви знаєте, що отримали його.

— TemeV

Струм в дроті складається з електронів (струм не повинен бути електроном, але в проводі це). Але сигнал - електромагнітна хвиля. Хвиля рухається з релятивістською швидкістю. Але електрони рухаються дуже повільно. Будь-які електрони, що виходять з дроту в дальньому кінці, не є тими ж, що входили в найближчий кінець.

— mkeith

2

Розглянемо таку ситуацію:

Припустимо, у нас є одна дротяна пара з керованим джерелом напруги на одному кінці та керованим потоком раковини на іншому. Оскільки обидва кінці можуть вимірювати сигнал іншого кінця (на джерелі напруги ми можемо виміряти струм, а на джерелі струму ми можемо виміряти напругу), ми можемо передавати інформацію в обох напрямках. Ніякого частотного чи часового мультиплексування не бере участь. І є втручання немає, і нам не потрібно посилатися на хвильову теорію.

Більш детально у моїй відповіді на фізику SE .

— Андреас Х.
джерело

Дуже добре. A - це модулювання напруги для передачі, коли B слухає напругу для прийому. Тим часом B модулює струм для передачі, а A слухає струм для прийому.

— Харпер - Відновіть Моніку

1

Повітряний кабель для супутникової антени здійснює струми в двох напрямках - тюнер подає сигнал 18 вольт постійного струму для живлення ЛНБ у фокусному місці тарілки, і в той же час LNB посилає сигнал 4-12 ГГц назад до тюнера, над тим же дротом.

Обидва є електричними струмами, але один - постійний і плоский, інший - радіочастотний і змінюється.

— Кріггі
джерело

0

Це тому, що будь-яка хвиля може проходити одна через одну. Інтерференція буде відбуватися, але це не зупиняє хвиль.

Це як запитати, чому дві хвилі у ставку можуть пропускати одна одну. Якщо хвилі будуть абсолютно протилежні, вони знищуються, інакше вони ослабнуть один одного і продовжуватимуть далі.

"Оскільки телеграфні дроти є лінійними, що просто сказати, оскільки телеграфні дроти такі, що електричні сигнали на них ведуть себе незалежно, не взаємодіючи один з одним , два телеграфні сигнали можуть рухатися в протилежному напрямку на одному проводі одночасно, не заважаючи одному інший ".

— Вказівник

Автор помиляється?

— Вказівник

1

@ThePointer Ви можете буквально взяти дві хвилі і скласти струми та напруги від кожної хвилі, щоб дізнатися, як виглядає поєднана хвиля, якщо вона вас бентежить. Що вважається перешкодою? Кожен кінець буде бачити, що послав другий кінець, але якщо ви подивитеся на середину, ви отримаєте змішання.

— користувач253751

0

Багато інженерів та дослідників (у тому числі я) помітили, що металеві провідники мають лінійну поведінку щодо електричних струмів та напруг. Однак, як і у більшості матеріалів, лінійна поведінка існує лише у певному діапазоні. Високий рівень струму призведе до нелінійної поведінки. З такими хорошими провідниками, як мідь, срібло та золото, діапазон лінійної поведінки досить великий. Ці метали мають низьку (але не нульову) стійкість. (Якщо ви вважаєте, що метали мають нульовий опір, тоді ви закінчитеся дивними прогнозами, які не відповідають дійсності)

При низькій щільності струму в металі є багато вільних просторів, для яких електрони можуть просуватися, і вони не натикаються один на одного і не застряють дуже часто. тому не так багато енергії поглинається металом, а поведінка виглядає лінійною (бампер машини лежать далеко)

Коли щільність струму в металі стає достатньо високою, ток струму передає значну енергію металу, що змінює його опір, і величина стає нелінійною. Як простий приклад - підключення тонкого дроту (як 28 калібру) через клеми великого автомобільного акумулятора 12В. Метал нагрівається, з часом він плавиться і розриває ланцюг. Це ДУЖЕ нелінійна поведінка. Цей провід, ймовірно, несе 50 Ампер або близько того. (НЕ пробуйте цього самостійно - ви можете отримати шматочки розплавленого металу, що летять навколо, можуть спричинити пожежі та серйозну шкоду вашим очам) З іншого боку, якщо я покладу два сигнали на цей же провід (перед тим, як розплавити його), по 0,001 ампер кожен , поведінка буде досить лінійною.

0

Цей хлопець помахує руку, щоб зробити більш екзистенційну точку. Це працює в принципі, але не так, як він каже. І з сигналом, не струмом .

Хек, навіть у радіо, два передавачі можуть і блокувати використання конкретних дій . Прослухайте це о 1:25. Цей "Booooop" - це обидва літаки, які визнають "свій" дозвіл на зліт, але наступають один на одного, щоб принаймні одного не почути.

Якщо ви використовуєте телеграфну систему постійного струму, така ж проблема. Якщо будь-яка телеграфна клавіша натиснута, це призведе до активації обох звукових сигналів. Насправді неможливо надсилати сигнали постійного струму в протилежних напрямках домену DC (за винятком випадків, коли люб’язно чекають, поки інша людина закінчиться, і з обережністю ставляться відразу дві людини).

Однак уявіть, якщо телеграфна станція 1 передає постійний струм, а телеграфна станція 2 має звуковий сигнал, з'єднаний через дросель, що блокує зміну. Станція 2 передає вмикання та вимикання змінного струму 1000 Гц, про що чує лише станція 1, оскільки в її звуковому апараті є конденсатор потрібного розміру, який пропускає зміну 1000 Гц, але блокує постійний струм.

Ви можете розширити це до декількох частот змінного струму, використовуючи фільтри "смугової смуги", які дозволяють лише через певну частоту. Розглянемо тон бах-бу-BEEP, який вітає пожежну станцію в телесеріалі « Чикаго Вогню» . Це шоу є величезною даниною і вигуком шоу 1970 року під назвою " Надзвичайна ситуація" , походження тонів. Надзвичайна ситуація зображує пожежну диспетчерську епоху 1960-х років, де саме так використовувались декілька частот.

Дві станції, що передають одразу, просто створюють акорд на дроті. Частоти потрібно вибирати грамотно, щоб акорди не заважали один одному.

Всі станції чують усі сигнали. Вони просто ігнорують "власну собачу їжу", тобто сигнал, який вони передають.

Він може бути складнішим, коли несучі хвилі модулюються. На даний момент ми говоримо про радіоспектр, але про провід .

— Харпер - Відновлення Моніки
джерело