Определение скорости сигнала в проводе

[shaxel]

Здравствуйте, господа!
Итак, имеется однослойная катушка алюминиевого эмалированного провода. Длина провода 190м, длина самой катушки около 1м. Есть необходимость точного (или почти точного) определения скорости распространения электрического сигнала по этому проводу от одного конца до другого. Предполагаю, что для эмальпровода это будет около 95-98% от скорости света.
Через кнопку я подключаю плюсовой вывод батареи к ближнему концу катушки, по идее, информация, что батарея подключена (потенциал) дойдет до дальнего конца с задержкой. Зная эту задержку и длину провода несложно посчитать скорость, время задержки должно быть больше либо равно 640нс.
Только вот замер дает странные результаты. То ли прибор слабый, то ли опыт поставлен с ошибкой.Помогите разобраться.





Подсоединил дальний конец на минус через нагрузку 280 Ом. Все-равно та же петрушка.

[nds]

С чего вы взяли что электромагнитный сигнал будет разматывать провод в вашей катушке индуктивности? Расстояние от одного конца до другого для электромагнитной волны всего 1 метр. Вот если бы вы намотали вашу теслу коаксиальным кабелем - там можно будет померить задержку сигнала.

[Klark]

Схема от начинающего электротехника, вопросы на том же уровне начинающего физика и картинки с экрана цифрового осциллографа - какой-то электротехнический кроссворд...

По геометрическим размерам катушки, диаметру провода и шагу намотки можно рассчитать значение индуктивности. Произведение значения индуктивности в Генри на сопротивление нагрузки в Омах позволяет вычислить время переходного процесса установления тока в обмотке катушки -
http://shemabook.ru/vse-dlya-studenta-radiolyubitelya
Осталось только ознакомится с дребезгом контактов и установить электронный ключ для исключения названного дребезга и помех с ним связанных...

[amon]

Klark в сообщении #1452433 писал(а):

Произведение значения индуктивности в Генри на сопротивление нагрузки в Омах позволяет вычислить время переходного процесса установления тока в обмотке катушки -

А спрашивали разве об этом? Спрашивали про другое время - время появления сигнала, оно к индуктивности никакого отношения не имеет, и на этот вопрос ответил, на мой взгляд, правильно nds.

[Klark]

shaxel в сообщении #1452270 писал(а):

...Только вот замер дает странные результаты. То ли прибор слабый, то ли опыт поставлен с ошибкой.Помогите разобраться.

ТС просил разобраться...
Ответ был конкретный - измерялось время переходного процесса установления тока в катушке индуктивности и дополнительно сказано о дребезге механических контактов. Последнее и является причиной появления "странных результатов"...

[Alex-Yu]

С принципиальной точки зрения, катушка -- это спиральный волновод. Для такой катушки, как на рисунке, возможна и хорошо работает приближенная теория, основанная на том, что обмотка рассматривается как анизотропно проводящая поверхность (вдоль витков проводимость бесконечность, попрек -- ноль). Правда, при этом все равно приходится дисперсионное уравнение решать численно, оно трансцендентное.

С некоторыми уточнениями (но не без них, как делает ТС!) в принципе можно говорить о скорости распространения волны по такому волноводу, для некоторых частот она будет много меньше скорости света . Хорошо наблюдаются стоячие волны, просто с помощью неоновой лампочки, если генератор достаточно мощный. Я когда-то наблюдал и сравнивал с упрощенной теорией, совпадало хорошо.

Но рассуждать о скорости распространения сигнала столь примитивно, как это делает ТС, нельзя. Дело в том, что имеется довольно сильная дисперсия этой самой скорости (для разных частот она разная). При примитивной постановке эксперимента, в духе описанного, будет наблюдаться сложный переходной процесс, имеющий очень отдаленное отношение к скорости распространения сигнала (и вообще, что за "зверь" это такой, "скорость распространения сигнала" в данной конфигурации???? Нет такого однозначного параметра у этой системы!!!).

P.S. Смутно вроде помню (много десятилетий прошло с тех пор, когда я этим развлекался), что в каком-то предельном случае, я уже забыл в каком именно, скорость волны приближается к определенной через длину провода, будто он прямой. Но это только для специального предельного случая. И весьма грубо-приближенно.

P.P.S. А ТС здесь можно посоветовать только одно: бросить заниматься глупостями и пойти, если есть такая возможность, в приличный университет поучиться. Делать эксперименты -- это совсем не такое простое занятие, как кажется профанам. Если, конечно, хотеть, чтобы эксперименты были разумными, а не придурочными. Сделать корректный эксперимент --- это намного сложнее, чем изучить, к примеру, электродинамику со всеми ее интегралами, роторами, дивергенциями и пр.. По сравнению с экспериментом (корректным) роторы-интегралы -- это намного проще.

[Amw]

Klark в сообщении #1452433 писал(а):

Произведение значения индуктивности в Генри на сопротивление нагрузки в Омах позволяет вычислить время переходного...

Не совсем так. Реальную катушку более правильно представить не как индуктивность с резистором, а как линию с высоким волновым $\rho = \sqrt{\frac{L}{C}}$, где С - конструктивная емкость. Тогда постоянная времени всей конструкции можно определить как $\tau = \sqrt{L\cdot C}$

Alex-Yu в сообщении #1452524 писал(а):

С принципиальной точки зрения, катушка -- это спиральный волновод.

[EUgeneUS]

Amw в сообщении #1452650 писал(а):

Реальную катушку более правильно представить не как индуктивность с резистором, а как линию с высоким волновым

Всё зависит от соотношения геометрических размеров катушки и длины волны.
В одном крайнем случае - приближение элементами с сосредоточенными параметрами.
В другом - длинная линия.

[Amw]

EUgeneUS в сообщении #1452656 писал(а):

В одном крайнем случае - приближение элементами с сосредоточенными параметрами.
В другом - длинная линия.

Длинная линия всегда НЕ ХУЖЕ - либо также, либо лучше.

[EUgeneUS]

Amw в сообщении #1452659 писал(а):

Длинная линия всегда НЕ ХУЖЕ - либо также, либо лучше.

Нет. Длинная линия должна быть длинной.
Именно поэтому, например, не производят согласования импедансов для аудиокабелей (не путать с согласованием импедансов аудио компонент\устройств).

[Amw]

EUgeneUS в сообщении #1452662 писал(а):

Нет. Длинная линия должна быть длинной.
Именно поэтому, например, не производят согласования импедансов для аудиокабелей...

Странная мысль. Т.е. Вы думаете, что если я представлю двухпроводку или коаксиал длиной 10см на частоте 20 кГц как длинную линию, то это приведет к какой то ошибке?

[Alex-Yu]

EUgeneUS в сообщении #1452662 писал(а):

Длинная линия должна быть длинной.

Совсем не обязательно. Можно взять короткий отрезок линии. Правда, если он короткий, то можно проще: короткозамкнутый короткий отрезок заменить на индуктивность, разомкнутый -- на емкость. Но можно и не заменять.

-- Ср апр 08, 2020 15:07:38 --

EUgeneUS в сообщении #1452662 писал(а):

Именно поэтому, например, не производят согласования импедансов для аудиокабелей

Согласование -- это одно, а возможность описания в рамках теории длинных линий --- совсем другое. Ничего даже слегка общего. Вообще я замечал, что с этим преславутом согласованием наблюдается некоторое сумасшествие: вот дай согласование и все тут. А на самом деле оно совсем не всегда, далеко не всегда нужно. В некоторых очень частных случаях, конечно, нужно.

[Amw]

EUgeneUS в сообщении #1452662 писал(а):

...не производят согласования импедансов для аудиокабелей (не путать с согласованием импедансов аудио компонент\устройств).

Тут дело в том, что при "короткой" линии ее входной импеданс практически равен выходному и почти не зависит от волнового. Т.е. не обращая внимания на соединяющий провод, согласовываем вход одного устройства с выходом другого.

[EUgeneUS]

Amw в сообщении #1452671 писал(а):

Тут дело в том,

Да, уже разобрался\освежил в памяти. При выводе телеграфных уравнений при переходе от элементарных ячеек к погонным параметрам не нужно, чтобы линия была длинной, нужно, чтобы ячейка была маленькой

Спасибо. И уважаемому Alex-Yu - тоже.

[shaxel]

Ничего себе дискуссия развернулась. Только это не дискуссионная ветка. Господа, вы нарушаете правила форума. Теперь по делу: эту конструкцию я рассматриваю именно как цилиндр с анизотропной проводимостью. Когда я замыкаю кнопку, далее систему надо рассматривать через ступенчатую функцию Хевисайда. По длине провода будет распространяться "ступенька". В конце концов каждая точка провода должна иметь потенциал +12В, значит провод должен получить дополнительный заряд, он будет представлять собой уединенную емкость, это заряд берется от источника (плюсовая клемма батаре) и этот заряд должен дойти до самой крайней точки провода, но вдоль оси этот заряд не пройдет, его движение (ток) обусловлено путем проводимости. Неважно какая дисперсия, даже самая быстрая волна не дойдет до конца быстрее скорости света, а по факту доходит почти в 100 раз быстрее. Даже если волна идет вдоль оси, время все равно не совпадает. Вообще я думаю тут будет 2 волны (вернее 2 проекции одной и той же волны): одна с околосветовой скоростью по длине провода, и вторая со скоростью в 200 раз ниже скорости света вдоль оси. По-другому быть не может, Тесла конкретно и четко указывал, что длину пути надо брать именно как длину провода, а не оси.
Вижу, что некоторые вообще не поняли суть вопроса. Еще раз повторю, осциллографом я замеряю потенциал поверхности провода на дальнем конце, не получив дополнительный заряд, провод не изменит потенциал, а заряд берется в двнном случае от батареи на ближнем конце, проводимость вдоль оси исключена.
Все же думаю, что такое время получается из-за осциллографа, может нужны изолированные каналы, или прибор другой. Я поставил много элементарных экспериментов на переходные процессы, колебания, управление транзисторами, и это первый в котором результат отличается от предполагаемого.