Por unos días, yo estaba pensando en esta pregunta.
Supongamos tenemos un circuito simple que es de 100 metros de largo. Y digamos que tenemos bombillas de a, B y C conectado al circuito de 30, 60 y 90 metros relativamente (desde el lado+). Cuando se cambie el sistema, todas las bombillas de la luz al mismo tiempo? O Una luz de primera y C pasado (o lo contrario)?
Estoy asumiendo que usted está imaginando un largo, flaco, circuito en serie con tres simples resistiva lámparas, como este:
switch A B C
__/ _____________^v^v^v_________________^v^v^v_________________^v^v^v________
| |
= battery short |
|_____________________________________________________________________________|
(Lo siento por la terrible ASCII diagrama).
La historia nos diga a los niños acerca de las corrientes eléctricas --- que la energía en los circuitos eléctricos es llevado por cargas eléctricas en movimiento --- está en algún lugar entre una simplificación y una ficción. Esta es una línea de transmisión de problema. Las bombillas iluminan con el fin de $A\to B\to C$, pero las reflexiones de la señal en la línea de transmisión de complicar el asunto.
La velocidad de una señal en una línea de transmisión se rige por la inductancia y la capacitancia $L,C$ entre los conductores, que depende a su vez de su geometría y los materiales en sus proximidades. Para una línea de transmisión de hechos de los cables coaxiales o adyacentes alambres paralelos, señal típica de velocidades se $c/2$ donde $c=30\rm\,cm/ns=1\rm\,foot/nanosecond$ es el vacío la velocidad de la luz.
Así que vamos a imaginar que, en lugar de cerrar el interruptor en $x=0$ y dejarlo cerrado, cerrar el interruptor de diez nanosegundos y abrirlo de nuevo. (Esto no es difícil de hacer con transistores de conmutación, y no es difícil de medir utilizando un buen osciloscopio.) Hemos creado un pulso en la línea de transmisión que es de alrededor de 1,5 metros de largo, o el 5% de la distancia entre el interruptor y el $A$. El pulso alcanza el $A$ $200\rm\,ns$ después de que el interruptor está cerrado y se ilumina $A$$10\rm\,ns$; alcanza, $B$ $400\rm\,ns$ después de que el interruptor está cerrado, y $C$$600\rm\,ns$.
Cuando el pulso alcanza el corto en el $100\rm\,m$ sobre $670\rm\,ns$ después de que el interruptor se cierra, se obtiene una restricción que falta en el resto de la línea de transmisión: la diferencia de potencial entre los dos conductores en el corto debe ser cero. El campo electromagnético conspira para obedecer a esta condición de frontera mediante la creación de una hacia la izquierda-mover el pulso con el mismo signo y la polaridad opuesta: una reflexión. Suponiendo que las lámparas son bidireccionales (a diferencia de, digamos, LEDs, que se realizará en una sola dirección) se encenderá de nuevo, como la refleja el pulso pasa: $C$ a $730\rm\,ns$, $B$ en $930\rm\,ns$, $A$ en $1130\rm\,ns$.
Usted recibe un adicional de reflexión desde el interruptor abierto, donde la corriente debe ser igual a cero; voy a dejar que usted averiguar la polaridad de la segunda hacia la derecha-mover el pulso, pero las lámparas de la luz de nuevo en $A, 1530\,\mathrm{ns}; B, 1730\,\mathrm{ns}; C, 1930\,\mathrm{ns}$.
(A menos que usted tome el cuidado de cambiar el cable de la geometría en las lámparas, usted también consigue los reflejos de los cambios de impedancia cada vez que un pulso pasa a través de $A$, $B$, o $C$; esos reflejos interferir unos con otros en una forma complicada.)
¿Cómo podemos extender este análisis a su pregunta, donde nos cierre el interruptor y dejar cerrado? Por la ampliación de la duración del pulso. Si el pulso es de más de $1330\rm\,ns$ larga, reflexiones se aproxima el interruptor de ver a una tensión constante de la condición de límite, en lugar de un cero-condición actual; la adaptación de la salida de corriente para mantener constante el voltaje es como la batería, finalmente, se llena el circuito con el estado de corriente directa.
Tenga en cuenta que si el circuito no es largo y flaco, pero tiene algunos otros geometría, entonces la transmisión de la línea de aproximación de constante $L,C$ por unidad de longitud que no tienen y que uno de sus otras respuestas pueden ocurrir.
Depende de la Impedancia Característica de $Z$ de los cables, la resistencia de salida $Z_0$ de la fuente de voltaje y la resistencia total $R$ de las tres luces. Podemos suponer que la resistencia de los cables es insignificante.
Tenga en cuenta que la Impedancia Característica es una función de la geometría del cable y el dieléctrico aislante (creo que de un 75 ohmios co-ax cable) y no es la resistencia del alambre. Un superconductor de 75 ohm co-ax con resistencia cero cables todavía tiene una Impedancia Característica de 75 ohmios.
Por qué?
Porque cuando se aplica una tensión a un cable, la corriente fluye a través de la auto inductancia del cable y de los cargos que el auto de la capacitancia del cable. Por lo tanto la corriente inicial es determinado por la relación de la auto inductancia/metro para el auto de capacitancia/metro. Esta función se llama a la Impedancia Característica del cable.
Después las cosas se han calmado, el actual $I = \frac{V}{R+Z_0}$. Asumir la bombilla de las necesidades de esta corriente a la luz.
Antes de que las cosas se han calmado un paso de voltaje viaja de izquierda a derecha de carga hasta el auto de la capacitancia del cable y obstaculizado por la auto inductancia del cable. El voltaje es forzada a cero cuando se alcanza el corto circuito y un segundo paso, se refleja de vuelta a la fuente. Debido a $Z_0 = Z$ sin más reflexión. Así, el estado estacionario se alcanza después de 2 x tiempo de viaje a lo largo del alambre.
La luz viaja aproximadamente 1 pie en 1 nanosegundo, y de la electricidad en alrededor de 2/3 de esta velocidad, por lo que esto tomará alrededor de 300 nanosegundos de 100 pies de largo por cable.
En el cierre el interruptor de función de paso de Voltaje $V_s = V\times \frac{Z}{Z+Z_0}$ viaja de izquierda a derecha. La función de paso de la corriente que fluye es $I = (V\times Z /(Z+Z_0) / Z.$
Si la Impedancia Característica de $Z$ y la resistencia de salida $Z_0$ son mucho menos que la resistencia a $R$, esta corriente es mayor que el de $I = V /(R+Z_0).$ cerca de La bombilla de las luces de la primera. No tenemos que considerar lo que sucede cuando el frente de onda pasa de la primera lámpara, como se ha respondido la pregunta. Es un poco más complejo cuando se cuenta para las lámparas.
Si la Impedancia Característica Z es mucho mayor que la resistencia R, esta corriente es mucho menor que la de $I = V /(R+Z_0).$ Sin bombillas de luz, hasta que la corriente/tensión frente de onda es reflejada por el corto circuito. El extremo de la bombilla de las luces de la primera. Como $Z_0 = Z$ ninguna reflexión tiene lugar cuando este paso se llega a la fuente de voltaje y la corriente en estado estable $I = V/(R+Z_0)$ está ahora fluyendo a lo largo del alambre. Podemos ignorar la lámpara de resistencia, puesto que hemos dicho $Z_0$ es mucho mayor que la de R.
Es mucho más complejo si $Z$ es de la misma orden de R como usted tendrá que permitir la caída de voltios como la corriente fluye a través de las lámparas. Si la impedancia de salida de la fuente de voltaje no es igual a $Z$ habrá un montón de reflexiones, de ida y vuelta. De hecho, por juicioso ajuste de los valores, que probablemente podría arreglar las cosas para que cualquier bombilla encendida primera. Habría también probablemente haya situaciones en las que una bombilla encendida y, a continuación, salió, posiblemente varias veces, hasta que finalmente el resto de encendido.
En la búsqueda de un libro en la Línea de Transmisión de la Teoría y todo será explicado. Trate de Pulso y de Conmutación Digital de formas de Onda por Millman y Taub - está disponible como un archivo PDF.
Consulte el Capítulo 3 de Pulso, Transformadores y Líneas de Retardo y el Apéndice C - Agrupados de Parámetros de Líneas de Retardo.
La información acerca de usted presionar el interruptor se tiene que propagar de manera que la corriente puede fluir. Así, la bombilla, el más cercano al interruptor de la luz de seguridad en primer lugar.
Pensar en el agua analogía. Tiene un canal largo, con una puerta en el medio. Un lado de la puerta está inundado (alta tensión), el otro es seco (baja tensión). Si aprietas el botón (abrir la puerta), donde el flujo de corriente en el primer lugar? Por supuesto, el agua, el más cercano a la puerta.
Ninguna de esas opciones,de hecho
C, a continuación, entonces B sería la luz con muy pequeños intervalos de tiempo. Ningún humano podría directamente aviso de estos retrasos.
La energía que emerge de la batería tanto en términos de suministro de electrones desde el terminal negativo y la deficiencia de electrones en el terminal positivo. Estos se "aplique presión a" y "quitar la presión de los cables adyacentes segmentos en direcciones opuestas. La aplicación de la presión y de la reducción en la presión continúa en todo el circuito de la formación de un pequeño movimiento de carga, es decir, una corriente. El alambre y otras condiciones de ser uniforme, la velocidad de la electricidad constante (en algún lugar entre el 50% y el 99% de la velocidad de la luz en el vacío, C, se siente algo actual primera, ya que es el más cercano a la batería, y antes de que la electricidad incluso ha comenzado a fluir por todo el circuito. El más cercano es el de A. por lo Tanto C y Un recibirá anterior térmica de excitación, y (a igualdad de otras circunstancias), se comienzan a irradiar antes que B.
Cada electrón experimenta tanto la inercia y el efecto de la inductancia de resistirse a la dirección de viaje, esto hace que los electrones de transición de un átomo a otro retraso con respecto a el tiempo que el interruptor está cerrado. Los electrones de salida del circuito en la misma proporción que lo escriba por lo tanto, todos los globos de luces simultáneamente, sino que toma un período de tiempo para alcanzar el brillo máximo. Así que estoy de acuerdo con la última respuesta.
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