ไฟฟ้าใช้วงจรใดบ้าง

การทำงานกับวงจรบางส่วนในฤดูร้อนนี้ฉันวิ่งเข้าไปในสิ่งที่ทุกคนทำในที่สุด: กระแสไหลจาก + ถึง - แม้จะมีอิเล็กตรอนไหลเข้ามา ฉันเข้าใจภูมิหลังทางประวัติศาสตร์สำหรับสิ่งนี้ แต่สำหรับฉันที่ทำให้เกิดคำถามนี้:

ถ้าฉันพันหลอดไฟหลอดไส้แบบสองทิศทางจำนวนหนึ่งโดยพลการโดยใช้ความยาวประมาณ 10 วินาทีแสงและติดเข้ากับแบตเตอรี่ที่ทรงพลังเพียงพอจะเกิดอะไรขึ้น หลอดไฟจะสว่างขึ้นพร้อมกันทั้งหมดหรือไม่ พวกเขาจะสว่างขึ้นจาก + ถึง - จาก - ถึง + หรือไม่ ขอบคุณล่วงหน้า. สิ่งนี้ได้ดักฟังฉันจริงๆ

คำตอบสั้น ๆ

หลอดไฟที่อยู่ใกล้กับเทอร์มินัลที่ปิดสวิตช์จะสว่างขึ้นก่อน หากปิดสวิตช์ทั้งสองพร้อมกันและวงจรนั้นถูกชาร์จในช่วงกลางของกำลังไฟและศักย์กราวด์หลอดไฟที่ปลายสายจะสว่างขึ้นก่อน มันเป็นไปไม่ได้สำหรับโคมไฟตรงกลางที่จะสว่างขึ้นก่อน อ่านต่อเพื่อขอคำอธิบายเกี่ยวกับสาเหตุ

คำชี้แจงปัญหา

สมมติว่าเรามีหลอดไฟสองดวงเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแหล่งจ่ายแรงดัน ระยะทางจากหลอดไฟถึงกันและแรงดันไฟฟ้าสูงมากจนความล่าช้าที่ต้องการสำหรับการแพร่กระจายของประจุไฟฟ้าเห็นได้ชัดเจน

สมมติว่าเรามีเครื่องตรวจจับในแต่ละหลอดที่มีความแม่นยำเวลาอนันต์และความแม่นยำแสงไม่สิ้นสุด นอกจากนี้ให้ถือว่าความส่องสว่างของหลอดไฟแต่ละหลอดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าผ่านขั้วของมันดังนั้นแม้ว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก แต่ก็จะมีแสงจิ๋วเกิดขึ้น การตั้งค่าการทดสอบนี้จะบอกเราว่าหลอดไฟใดติดไฟก่อน

การทิ้งแนวคิดที่ว่าสายไฟและส่วนประกอบต่าง ๆ นั้นเป็นวิธีที่ดีที่สุด เราจะจำลองสายเป็นสายส่ง ในกรณีนี้จะมีคลื่นแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นจากสถานีสุดท้ายที่เชื่อมต่อ ลองดูแต่ละกรณี แรงดันไฟฟ้าสัมพัทธ์จะแสดงด้วย + และ - ดังนั้นจากแรงดันไฟฟ้าสูงถึงแรงดันไฟฟ้าต่ำคำสั่งคือ +++, ++, +, -, -, ---

กรณีที่ 1: เชื่อมต่อภาคพื้นดินในขั้นต้น

ในกรณีนี้โหนดวงจรจะถูกชาร์จแรงดันไฟฟ้าจากพื้นดินในตอนแรก

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

เมื่อเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟคลื่นแรงดันไฟฟ้าจะเริ่มต้นจากขั้วแหล่งจ่ายไฟเมื่ออิเล็กตรอนถูกแหล่งจ่ายไฟจม LAMP1 เป็นเครื่องแรกที่มีความต่างศักย์ต่างกันดังนั้นมันจะสว่างขึ้นก่อน

^{จำลองวงจรนี้}

เมื่อคลื่นแรงดันไฟฟ้ามาถึงสถานีภาคพื้นดินส่วนหนึ่งของมันอาจสะท้อนกลับและเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้าม (ดูเสียงเรียกเข้า ) สมมติว่าค่าสัมบูรณ์ของสัมประสิทธิ์การสะท้อนมีค่าน้อยกว่า 1 ในที่สุดคลื่นก็จะหายไปหลังจากเวลาไม่สิ้นสุดและวงจรจะเสถียรเป็นแรงดันคงที่ที่แต่ละโหนดของวงจร ในทางปฏิบัติคลื่นควรสลายตัวเพื่อให้เกิดผลกระทบเล็กน้อยในทันที

^{จำลองวงจรนี้}

กรณีที่ 2: เชื่อมต่อสายไฟในตอนแรก

ในกรณีนี้โหนดวงจรจะถูกชาร์จเข้ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟในตอนแรก

^{จำลองวงจรนี้}

เมื่อเชื่อมต่อกราวด์แรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นจากสถานีภาคพื้นดินเนื่องจากอิเล็กตรอนมาจากพื้น LAMP2 เป็นคนแรกที่มีความต่างศักย์ต่างกันดังนั้นมันจะสว่างขึ้นก่อน

^{จำลองวงจรนี้}

เมื่อคลื่นแรงดันไฟฟ้ามาถึงขั้วแหล่งจ่ายไฟอีกครั้งส่วนหนึ่งของมันอาจสะท้อนกลับและเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้ามก่อนที่วงจรจะเสถียรกับแรงดันคงที่ที่แต่ละโหนด

^{จำลองวงจรนี้}

กรณีที่ 3: เชื่อมต่อขั้วทั้งสองพร้อมกัน

ที่จริงแล้วกรณีนี้ขึ้นอยู่กับแรงดันเริ่มต้นของวงจร หากอยู่ในระหว่างแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟและภาคพื้นดินคลื่นแรงดันไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟจะดึง (จม) อิเล็กตรอนออกจากวงจรในขณะที่คลื่นแรงดันไฟฟ้าจากพื้นดินจะดันอิเล็กตรอน (แหล่งที่มา) เข้าสู่วงจร โดยสรุปการรวมกันของทั้งสองกรณีก่อนหน้านี้มีสองคลื่นเดินทางไปในทิศทางตรงกันข้าม

หลอดไฟใดเปิดก่อน

จากสัญชาตญาณจากไดอะแกรมเรารู้ว่าหลอดไฟที่อยู่ใกล้กับสวิตช์จะสว่างขึ้นก่อน ไฟอาจเปลี่ยนจากปิดเป็นเปิดเพียงครั้งเดียวหรืออาจเปิดและปิดเนื่องจากคลื่นแรงดันสะท้อนกลับไปมาทั่ววงจร พวกเขาอาจเปลี่ยนทีละน้อยหรือทันทีมาก พฤติกรรมขึ้นอยู่กับความต้านทานของวงจรโดยรวม สิ่งนี้จะกำหนดความคมชัดของคลื่นแรงดันไฟฟ้า (การสลับอย่างช้าๆกับการสลับอย่างกะทันหัน) รวมถึงจำนวนและความเข้มของการสะท้อน (กะพริบ)

คุณสามารถเข้าสู่สมการของแมกซ์เวลล์และทฤษฎีสายส่งและหาว่าแสงใดที่จะเปิดซึ่ง femptosecondและรับความรู้เกี่ยวกับมัน แต่ทำไมต้องใช้เวลาหลายปีในการตอบคำถามนี้เมื่อคุณได้รับสัญชาติญาณในเวลาไม่กี่นาที สิ่งที่คุณต้องรู้คือแรงดันไฟฟ้านั้นเป็นความต่างศักย์ไฟฟ้าเคลื่อนที่เป็นคลื่น ! นั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องรู้!

สมมติว่าตัวนำไร้ความสูญเสียโดยไม่มีประจุ / ตัวเหนี่ยวนำ : อิเล็กตรอนไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ไม่ จำกัด ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่สมบูรณ์แบบที่จะจินตนาการได้ว่าการพลิกสวิตช์จะทำให้เกิดคลื่นพลังงานที่เดินทางผ่านลวดอย่างช้าๆ อย่างไรก็ตามเนื่องจากหลอดไฟสว่างขึ้นเมื่อกระแสไหลและเนื่องจากกระแสจะไหลเมื่ออิเล็กตรอนเริ่มเคลื่อนที่เท่านั้นไฟจะไม่สว่างจนกว่าสนาม EM จะแพร่กระจายอย่างสมบูรณ์ หลอดไฟทั้งหมดจะสว่างขึ้นในเวลาเดียวกัน

แต่! รูปแบบในอุดมคตินั้นเป็นเรื่องไร้สาระ ในความเป็นจริงสายไฟของคุณมีประจุและตัวเหนี่ยวนำ สิ่งเหล่านี้จะส่งผลกระทบต่อวงจร ลองจินตนาการว่าหลอดไฟนั้นต่อสายขนานกัน ในกรณีนี้เมื่อคุณพลิกสวิตช์ (ซึ่งสามารถติดตั้งได้ทั้งด้านบวกหรือด้านลบหลอดไฟที่อยู่ใกล้กับสวิตช์มากที่สุดจะเปิดก่อน)