Elektrik hangi yönde bir devreyi güçlendiriyor?

Bu yaz bazı devrelerle çalışırken, herkesin sonunda ne yaptığını araştırdım: Akan elektronların akmasına rağmen (iyi, birbirinden çarparak) akıntıya + dan - kadar. Bunun tarihsel arka planını anlıyorum, ama benim için bu soruyu gündeme getiriyor:

İsteğe bağlı olarak 10 ışık saniyelik bir telin üzerine çok sayıda çift yönlü akkor ampul taktıysam ve yeterince güçlü bir bataryaya bağlarsam ne olur? Ampuller aynı anda yanar mı? + - -, - - + arasında yanarlar mı? Şimdiden teşekkür ederim. Bu beni gerçekten rahatsız ediyor.

Kısa cevap

Kapatılan terminale en yakın lamba ilk önce yanacaktır. Her iki terminal de aynı anda kapatılırsa ve devre ilk önce güç ve toprak potansiyellerinin ortasında şarj edilirse, önce tellerin uçlarındaki lambalar yanar. Önce ortadaki bir lambanın yanması imkansızdır. Neden olarak bir açıklama için okumaya devam edin.

Sorun bildirimi

Diyelim ki seri olarak bir gerilim kaynağına bağlı iki lambamız var. Lambalardan birbirine ve gerilim kaynağına olan mesafe o kadar yüksektir ki, şarjın yayılması için gereken gecikme göze çarpmaktadır.

Diyelim ki her lambada sonsuz zaman hassaslığına ve sonsuz parlaklık hassasiyetine sahip bir dedektörümüz var. Ayrıca, her bir ampulün parlaklığının, terminaller arasındaki voltajla doğru orantılı olduğunu varsayalım, böylece bir minik voltaj olsa bile, üretilen bir minik ışık olacaktır. Bu test kurulumu bize hangi ampulün yandığını söyleyecektir.

Kabloların ve bileşenlerin ideal şekilde davrandığı kavramını ortadan kaldırmak yardımcı olacaktır. Telleri iletim hattı olarak modelleyeceğiz . Bu durumda, bağlanan son terminalden başlayan bir gerilim dalgası olacaktır. Her davaya bakalım. Bağıl gerilimler + ve - ile gösterilir. Bu yüzden yüksek voltajdan düşük voltaja kadar sipariş +++, ++, +, -, -, ---.

Durum 1: başlangıçta bağlanmış topraklama

Bu durumda, devre düğümleri başlangıçta toprak gerilimine yüklenir.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Güç kaynağı bağlandığında, elektronlar güç kaynağı tarafından batırıldığı için güç kaynağı terminalinden bir voltaj dalgası başlar. LAMP1, üzerinde voltaj farkı olan ilk kişidir, bu nedenle ilk önce yanacaktır.

^{bu devreyi simüle et}

Gerilim dalgası toprak terminaline ulaştığında, bir kısmı geri yansıtılabilir ve zıt yönde hareket edebilir (bkz. Zil sesi ). Yansıma katsayısının mutlak değerinin 1'den az olduğu varsayıldığında, dalga sonunda sonsuz bir süre sonra kaybolacak ve devre, devrenin her bir düğümünde sabit bir voltaja stabilize olacaktır. Uygulamada, dalga neredeyse anında ihmal edilebilir bir etkiye sahip olmalı.

^{bu devreyi simüle et}

Durum 2: başlangıçta bağlı güç

Bu durumda, devre düğümleri başlangıçta güç kaynağı voltajına yüklenir.

^{bu devreyi simüle et}

Toprak bağlandığında, elektronlar topraktan alındığı için toprak terminalinden bir voltaj dalgası başlar. LAMP2, üzerinde voltaj farkına sahip olan ilk kişidir, bu nedenle ilk önce yanacaktır.

^{bu devreyi simüle et}

Gerilim dalgası güç kaynağı terminaline ulaştığında, yine bir kısmı devre her düğümdeki sabit gerilimlere dengelemeden önce geri yansıtıp ters yönünü hareket ettirebilir.

^{bu devreyi simüle et}

Durum 3: Her iki terminal aynı anda bağlandı

Aslında bu durum devrenin ilk voltajına bağlıdır. Güç kaynağı voltajı ile toprak arasındaysa, güç kaynağından gelen bir voltaj dalgası elektronları devreden çeker (elektronları) alırken, topraktan gelen bir voltaj dalgası elektronları devreye sokar (kaynak). Özet olarak, önceki iki durumun bir araya gelmesiyle birlikte, ters yönde hareket eden iki dalganın birleşimidir.

İlk önce hangi lamba yanar?

Şemalardan gelen sezgilerden, anahtara en yakın olan ampulün önce yanacağını biliyoruz. Işıklar sadece bir kez kapalıdan açılabilir veya voltaj dalgaları devre boyunca ileri geri yansıdıkça yanıp sönebilir. Yavaş yavaş veya çok ani değişebilirler. Davranış, genel devrenin empedansına bağlıdır. Bu, gerilim dalgalarının keskinliğini (kademeli ve ani anahtarlama gibi) ve ayrıca yansımaların sayısını ve yoğunluğunu (titreyerek) belirleyecektir.

Sen içine alabilir Maxwell denklemleri ve iletim hattı teorisi ve en açmak hangi ışık tam olarak bulmaktan hangi femptosecond ve bu konuda süper bilgiçlik olsun. Ancak neden sezgiyi birkaç dakika içinde alabiliyorsanız, bu soruyu cevaplamak için neden yıl harcıyorsunuz? Eğer bilmesi gereken tek şey, bu gerilimdir bir elektrik potansiyeli fark olarak, geçecek bir yer dalga ! Tüm bilmen gereken bu!

Kapasitans / endüktansı olmayan kayıpsız bir iletken olduğunu varsayalım : elektronlar sonsuz hızda hareket etmez, bu yüzden bir anahtarın yavaşça aşağıya doğru akan bir enerji dalgasını indüklediğini hayal etmek mükemmel bir şekilde geçerlidir; bununla birlikte, akım akarken ampuller yandığından ve elektronlar hareket etmeye başladığında akım yalnızca aktığından, EM alanı tamamen yayılana kadar ışıklar yanmaz. Tüm ampuller aynı anda yanacaktır.

Ancak! Bu ideal model saçmalık. Gerçekte, telleriniz kapasitans ve endüktansa sahiptir; bunlar devreyi etkiler. Ampullerin paralel olarak bağlandığını hayal edin. Bu durumda, düğmeyi çevirdiğinizde (pozitif veya negatif tarafa monte edilebilir), ilk önce sviçe en yakın ampul yanacaktır.