2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5  След.
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение01.05.2015, 23:44 
Заслуженный участник


20/08/14
11867
Россия, Москва
Amw
Одно дело если время нестрого меньше.
Второе если много-много больше (и тут ничего интересного нет, ток фактически постоянный во всей цепи).
И третье промежуточные варианты.
Kosterik вполне может интересоваться и первым вариантом, и третьим. Но если первый простой (волна пошла, лампочки в каком-то порядке загорелись, с перемигиванием и прочим), то третий намного сложнее. У меня сложилось впечатление что его интересовал как раз первый вариант, первоначальный порядок зажигания лампочек, а не последующие их перемигивания.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 00:22 


06/12/14

617
Dmitriy40 в сообщении #1010169 писал(а):
Kosterik, итак, на каких характерных временах Вы рассматриваете поведение лампочек? Много-много больше времени прохода ЭМ волны по всей цепи (длина цепи поделённая на скорость света) или меньше?

Конечно "на много-много меньше". Образно выражаясь - я как бы (глазами "наблюдателя" который в центре кольца) пытался отследить как бежит первый фронт импульса тока с момента замыкания ключа.
Но подмечу в чем я вижу причину разногласия (с тем что мне Munin пытался втолковать и другие уважаемые форумчане-специалисты) - она в том, что мало кто обратил внимание, что "наблюдатель" расположен строго в центре кольца, именно относительно него (центра!) я и интересовался процессом, что увидят его (центра!) "глаза".
Мне вот Amw нарисовал графики (компьютерной симуляции) - так мне они понятны, я даже не спорю с ними (ибо много раз на практике видел их на живых осциллографах, а не на компьютерных мультиках), но проблемка-то в том, что они относительно самой цепи(!), т.е одной (любой) точки на проводе, вот, для примера, как -
Изображение
но не относительно центра кольца.
Вот в моей голове тогда все укладывается - как бежит волна тока если я сам рядом с цепью по которой она бежит - именно так и будет задержка, ведь свету надо разное время чтобы долететь до моих "глаз" (в случае на рис.выше информация о состоянии ламп Л1 дойдет до меня быстрее чем информация о состоянии ламп Л2, от Л3 еще позднее и т.д).
В общем дело в относительности.
И, по моей версии, то что "наблюдатель" в центре увидит именно одновременное зажигание ламп - в моем понимании никак не противоречит утверждению "волна (ток) по проводу распространяется со скоростью света", ведь это утверждение сделано относительно "наблюдателя" который сам - часть этой цепи за которой он наблюдает.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 05:50 
Заслуженный участник


20/08/14
11867
Россия, Москва
Kosterik
Извините, но бред.
Раз уж вы в центре кольца, то и все времена прохождения информации от всех ламп до вас (наблюдателя) одинаковы. А значит последовательность зажигания ламп не меняется, несмотря на ненулевое время прохождения света от них до наблюдателя. И все рисуемые вам графики были правильны именно с этой точки зрения.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 07:10 


06/12/14

617
Dmitriy40 в сообщении #1010237 писал(а):
Kosterik
Извините, но бред.

Ну, может быть и так с точки зрения теории.
Хотя вот для меня бредом выглядит ситуация когда в первый момент замыкания ключа К с "минуса" источника питания Е вытекает какое-то Х кол-во зарядов (например электронов), в этот же самый момент точно такое же Х кол-во зарядов втекает в "плюс" источника, но при этом совершенно непонятна физическая связь Х=Х между "минусом" и "плюсом" в источнике питания при этом переходном процессе (моменте включения).
Может Вы мне сможете пояснить каким физическим образом Х=Х именно в первый момент времени?
Вот представим, после замыкания ключа К с "минуса" источника Е вытек один первый электрон. Ровно в этот же момент времени в "плюс" источника Е втек такой же самый но другой тоже один первый электрон. Пока я всё верно рассуждаю? Можем мы такую модель представить?
Если верно, тогда поясните - по какой физике эти два электрона узнали друг о друге если волна еще даже не успела толком начать свой бег со скоростью $c$ по проводу? Они что, "спутанные-запутанные" друг с другом? один "жил" в металле минусового контакта источника Е, а другой "жил" в металле медной жилы провода? когда один двинулся из источника Е, то мгновенно другой двинулся в источник Е?
Моя версия - все электроны цепи (строго - с точки зрения наблюдателя в центре! но не с точки зрения любой точки на самой цепи!) движение начинают совершенно одновременно. Если забраковать эту версию, то у меня останется лишь физической версии объяснения эффекта - "запутанности двух электронов". Ну а эту версию я считаю полным бредом. Вот и получается что я остался вообще без какой либо версии. :oops:
Может Вы чего подскажете, направите меня на (физический) путь истинный?

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 07:52 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Kosterik в сообщении #1010250 писал(а):
Может Вы мне сможете пояснить каким физическим образом Х=Х именно в первый момент времени?...
...Может Вы чего подскажете, направите меня на (физический) путь истинный?
В этой теме есть ответ на Ваш вопрос. Или Вы пришли сюда не читать, а писать? :mrgreen: Впрочем вряд ли Вы поймете, если уж не понимаете нелепость своей идеи наблюдателя в центре... и прочие простые вещи.

(Оффтоп)

Мой "осциллограф" подключен к лампочкам проводами одинаковой длины. :idea:
Dmitriy40 в сообщении #1010190 писал(а):
Одно дело если время нестрого меньше.
Второе если много-много больше (и тут ничего интересного нет, ток фактически постоянный во всей цепи).
И третье промежуточные варианты.
Kosterik вполне может интересоваться...
Давно прошу, дайте конкретные значения параметров, чтобы не гадать. Что Вы пишете -"промежуточные варианты между нестрого-много и строго-немного"... Смешно же. :mrgreen:
Dmitriy40 в сообщении #1010190 писал(а):
...первоначальный порядок зажигания лампочек, а не последующие их перемигивания.
Первая лампочка мигнет, когда придет отражение от второй, т.е. намного раньше, чем волна добежит до конца линии.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 08:09 
Заслуженный участник


20/08/14
11867
Россия, Москва
Kosterik
Забудьте про умные слова типа запутанности.

Сначала по вашим экспериментам.
Эксперимент 1. Источник подключается плюсом к красному проводу от Л1к и минусом к синему проводу от Л1с, провода от Л6к и Л6с соединены. После замыкания ключа волна нарастания тока проходит от плюса источника в красный провод и движется по нему со скоростью чуть меньше $c$. Такая же волна, только с другим знаком, движется от минуса источника по синему проводу с той же скоростью. При этом если ток в красный провод натекает (ну позитроны туда наливаются!), то из синего провода ток утекает в источник. Когда эти две волны доходят до ламп Л1к и Л1с (а это произойдёт практически одновременно), то обе эти лампы загорятся (т.к. лампам не важно направление тока, только его величина). Потом волны дойдут до Л2к и Л2с, потом до Л3, потом Л4, потом Л5, потом Л6. Когда обе волны дойдут до точки замыкания, то совершенно спокойно пройдут одна мимо (сквозь) другую не взаимодействуя и пойдут по противоположным проводам дальше. При прохождении каждой пары ламп они будут увеличивать яркость свечения. Когда они дойдут до источника на нём они должны бы скомпенсироваться, но вот почему - я объяснить пока не готов.
Итого, порядок зажигания ламп: Л1к+Л1с, Л2, Л3, Л4, Л5, Л6.

Эксперимент 2. Источник включается в разрыв длинного провода с лампами. В момент включения в обе стороны от источника пойдут те же две волны увеличения тока (разного знака), дойдут до Л1 и Л6, они зажгутся, пойдут дальше, потом зажгутся Л2 и Л5, потом спустя чуток времени Л3 и Л4. Потом волны пройдут дальше и яркость лапм ещё увеличится, в порядке: Л3 и Л4, Л2 и Л5, Л1 и Л6. Волны дойдут до источника и погасятся.
Итого, порядок зажигания ламп: Л1 и Л6, потом Л2 и Л5, потом Л3 и Л4.

Если лампы не идеальные (вносят хоть какое-то ненулевое воздействие), то картина усложняется за счёт отражений части волн обратно от каждой лампы (неоднородности линии).

Предлагаю Вам рассматривать такую простую аналогию токов и проводов: провода это открытые каналы постоянного сечения с водой, лампы - датчики движения воды, ток - движение/поток воды, источник - насос перекачивающий воду с минуса на плюс. В начале в каналах есть сколько-то воды (к примеру половина), но она никуда не течёт т.к. везде одинаковый уровень. Лампы не горят. Включаем насос. В плюсе образуется избыток воды, в минусе - недостаток воды. И то и другое начинается распространяться вдоль каналов с некоторой скоростью (скорость звука в воде). Причём раз источник (насос) работает, то по каналам идёт не просто одиночная волна (нарастание и спад) и всё, а именно фронт (или спад) потока воды, за фронтом есть и просто поток воды от источника (или к источнику в минусе).
Аналогия конечно весьма условна, но для объяснения интересных Вам явлений вполне достаточна и адекватна.
Можете даже стоять в центре и наблюдать и фронты волн, и сам поток в любой точке, и порядок срабатываний датчиков (ламп). Никакой запутанности молекул воды не требуется. :-)
Как с водой разберётесь можно переходить к электронам и металлам. :-)

-- 02.05.2015, 08:25 --

Kosterik
Про "запутанные" электроны (в кавычках потому что бред).
Цитата:
Вот представим, после замыкания ключа К с "минуса" источника Е вытек один первый электрон. Ровно в этот же момент времени в "плюс" источника Е втек такой же самый но другой тоже один первый электрон. Пока я всё верно рассуждаю?
Нет, разумеется неверно! Ни в какой не в "этот же момент". А сначала электрон утёк, от этого возникло электрическое поле, уже оно потянуло другой электрон на замену первому. И тоже всё не мгновенно, а со скоростью не выше $c$ (света).

Как только из минуса источника ушёл хоть один электрон, так внутри источника электрическое поле (между плюсом и минусом) увеличится и будет пытаться вытолкнуть ещё электроны из плюса в минус. Поля от ухода одного электрона может и не хватить для отбирания одного электрона у плюса, но когда-нибудь (и очень быстро! на то он и источник тока, думаю уже после ухода второго электрона) поле вырастет достаточно и электроны придут в движение и в плюсе источника.
Как только это произошло и из плюса источника ушёл электрон (в минус источника) - возникнет поле между плюсом источника и подключенным к нему проводом. Которое потянет электроны из провода в плюс источника. И т.д по проводу.
А ушёдший в минусовой провод электрон создаст аналогичное поле и в минусовом проводе.
Так и возникнут две волны нарастания электрического поля, которое тянет электроны по цепи. И эти волны нарастания поля и пойдут по проводам с огромной скоростью (близкой к световой).
А после прохождения фронта этой волны поле так и останется, его же источник создаёт "перекачивая" электроны из минуса в плюс внутри себя. И ток в проводах и внутри источника останется. Причём ток будет во всей цепи, по которой уже прошли волны изменения электрического поля (от нейтрального состояния). Т.е. ток не возникнет везде сразу, а будет захватывать всё большую и большую часть цепи, пока не захватит всю цепь.
Никаких запутанностей или мгновенных изменений тока во всей цепи не будет и не требуется.
Опять таки, совершенно не учитывал всевозможные неоднородности проводов и ламп, с ними всё сложнее и разнообразнее.

-- 02.05.2015, 08:35 --

Amw в сообщении #1010253 писал(а):
Dmitriy40 в сообщении #1010190 писал(а):
...первоначальный порядок зажигания лампочек, а не последующие их перемигивания.
Первая лампочка мигнет, когда придет отражение от второй, т.е. намного раньше, чем волна добежит до конца линии.
Вы опять слишком смело (или слишком неточно) выражаетесь. Если лампы идеальны и не вносят неоднородностей (да-да! вот такие идеальные лампы! как и амперметры :mrgreen: ), то промежуточных отражений не будет. И даже если они не такие идеальные, всегда можно подобрать такую ЭДС источника, чтобы вносимая лампами погрешность стала пренебрежимо малой. Ну и Kosterik интересовался не точной функцией яркости ламп от времени, а лишь порядком их зажигания. Причём надеюсь в предположении что вносимые ими погрешности малы, т.е. пусть хоть обперемигиваются, главное порядок зажигания. А при малых погрешностях порядок не изменится.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:17 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Вы опять слишком смело (или слишком неточно) выражаетесь. Если лампы идеальны и не вносят неоднородностей (да-да! вот такие идеальные лампы! как и амперметры :mrgreen: ), то промежуточных отражений не будет.
Я в предложенную задачу предложил подставить конкретные параметры - никто не возразил. А Вы сначала даете какое-то произвольное решение, а потом придумываете условия задачи (если...), чтобы его оправдать.
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
И даже если они не такие идеальные, всегда можно подобрать такую ЭДС источника, чтобы вносимая лампами погрешность стала пренебрежимо малой
Глупости - величина ЭДС на погрешность не влияет.
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Если лампы идеальны и не вносят неоднородностей (да-да! вот такие идеальные лампы! как и амперметры :mrgreen: ), то промежуточных отражений не будет.
Тогда вообще о чем речь на научном форуме, о подключении батарейки к короткозамкнутой линии? Да ещё в течение времени, пока волна не дошла до её конца - очень умнО... :mrgreen:

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:28 


06/12/14

617
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Сначала по вашим экспериментам.

Спасибо за подробное пояснение.
Но все же я вынужден конкретизировать вопрос на который я ищу ответ.
Изображение
Вот на рис.1 - длинная линия. Мне с ней всё совершенно понятно, в том числе физические процессы как переходные (в момент включения), так и устоявшиеся режимы (фильтров-пробок из линий я наделал за жизнь много).
Но теперь мы эту линию разгибаем в идеальное кольцо (виток провода) - рис.2. И вот здесь я начинаю тормозить. Для меня это обычная катушка (радиодеталь "индуктивность", ну или магнитная антенна), вроде как зная на практике свойство этого примитива я даже не могу допустить, что, в пространстве, поле в центре катушки возникает при включении не сразу строго из центра(!), а как бегущая в пространстве точка (имеющая начало от источника). От этого рушится всё моё понимание функционирования радиодетали, её принципиальная физика.

Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Как только из минуса источника ушёл хоть один электрон, так внутри источника электрическое поле (между плюсом и минусом) увеличится и будет пытаться вытолкнуть ещё электроны из плюса в минус. Поля от ухода одного электрона может и не хватить для отбирания одного электрона у плюса, но когда-нибудь (и очень быстро! на то он и источник тока, думаю уже после ухода второго электрона) поле вырастет достаточно и электроны придут в движение и в плюсе источника.

Разрешите я уточню - из этого вашего объяснения я понял, что существует (пусть и мизерно малый) промежуток времени когда один электрон уже покинул (вытек из) "минус" источника, а электрон на "плюс" источника еще не прибыл (не втек).
Подтвердите, пожалуйста, однозначно.
Потому что тогда получается что я и не понимаю как функционирует радиодеталь конденсатор. Ведь заряженный конденсатор та же самая батарейка в моём понимании, в смысле фундаментальная физика рождения силы движения электронов у них одинаковая.

П.С Ой чую горе мне, горе!
Четыре авторских изобретения за плечами, два из них по электронике (одно по ВЧ, другое по ЭМ импульсам), а оказываться я физику примитивов понимал всю жизнь неправильно. :facepalm:

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:36 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
лампам не важно направление тока, только его величина
И какая же величина тока нужна для зажигания ламп и какая будет в вашем эксперименте? :mrgreen:
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
...они дойдут до источника на нём они должны бы скомпенсироваться, но вот почему - я объяснить пока не готов.
Бред. Просто потому что не понимаете, как работает длинная линия.
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Эксперимент 2. Источник включается в разрыв длинного провода с лампами. В момент включения в обе стороны от источника пойдут те же две волны увеличения тока (разного знака), дойдут до Л1 и Л6, .они зажгутся..
Опять "стого-немного..." - а я скажу - не зажгутся. Потом долго и муторно будем выяснять кто что "имел ввиду" и что при этом "подозревал".

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:37 


06/12/14

617
Dmitriy40 в сообщении #1010254 писал(а):
Ну и Kosterik интересовался не точной функцией яркости ламп от времени, а лишь порядком их зажигания. Причём надеюсь в предположении что вносимые ими погрешности малы, т.е. пусть хоть обперемигиваются, главное порядок зажигания.

Вообще-то я изначально подразумевал что лампы олицетворяют "идеальный визуальный амперметр (датчик) имеющий внутреннее сопротивление ноль и откалиброванные на зажигание строго на одинаковый ток (1А, 1мА, мкА, нА... неважно)", т.е они вообще ни как не влияют на линию. Именно что искомый вопрос был - как увидит свет этих ламп наблюдатель в центре кольца (витка), одновременно или в последовательности.
Извините что сразу этого не уточнил.
А вот провод (кольца) по которому протекает ток я как раз подразумевал совершенно реальный, например медь. Причем сечение провода пренебрежительно (мизерно) мало по сравнению с диаметром кольца. (тем самым все свойство длинной линии мы сводим практически к нулевому эффекту)

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:44 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Kosterik в сообщении #1010274 писал(а):
Вообще-то я изначально подразумевал что лампы олицетворяют "идеальный визуальный амперметр (датчик) имеющий внутреннее сопротивление ноль и откалиброванные на зажигание строго на одинаковый ток (1А, 1мА, мкА, нА... неважно)", т.е они вообще ни как не влияют на линию. Именно что искомый вопрос был - как увидит свет этих ламп наблюдатель в центре кольца (витка), одновременно или в последовательности.
Извините что сразу этого не уточнил.
Надо четче формулировать. Тогда зачем Вы в первой задаче замкнули конец линии?
Kosterik в сообщении #1010274 писал(а):
А вот провод (кольца) по которому протекает ток я как раз подразумевал совершенно реальный, например медь.

Тут Вам давно сказали, что это пространственная задача электродинамики и расковырять её индуктивностями, лампочками и пальцами не удастся.
Вот с идеальной линией это возможно, хотя тоже надо кое-что знать...

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 09:54 


06/12/14

617
Amw в сообщении #1010276 писал(а):
Тогда зачем Вы в задаче замкнули конец линии?

Вы о первом эксперименте? (который я, собственно, привел просто для наглядности примера в котором мне всё ясно)
Так омическое сопротивление (меди) линии же есть. Кто мешает подобрать источник с таким же внутренним сопротивлением если уж я какое-то согласование цепи соберусь делать?
Вы, судя по всему, фильтров-пробок из линий тоже понаделали за жизнь немало, прекрасно знаете как может вести себя длинная линия и разомкнутая на конце и замкнутая, и как "кз" и как на "обрыв". Ну так вот, до режимов устоявшейся волны я даже не собирался доходить в своем вопросе. Меня интересовал исключительно первый фронт импульса после подключения источника.
Вот покажу на графике Muninа, выделю красным тот момент который меня интересовал -
Изображение

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 10:10 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Kosterik в сообщении #1010278 писал(а):
Меня интересовал исключительно первый фронт импульса после подключения источника.
Так зачем тогда замыкать? :mrgreen:
Kosterik в сообщении #1010278 писал(а):
Вы, судя по всему, фильтров-пробок из линий тоже понаделали за жизнь немало
Ни одной. :facepalm:
Kosterik в сообщении #1010278 писал(а):
Кто мешает подобрать источник с таким же внутренним сопротивлением если уж я какое-то согласование цепи соберусь делать?
Вынужден констатировать, что фильтры-пробки Вам тоже не помогли, как и авторские свидетельства.

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 10:11 


06/12/14

617
Amw в сообщении #1010276 писал(а):
Тут Вам давно сказали, что это пространственная задача электродинамики и расковырять её индуктивностями, лампочками и пальцами не удастся.

Да я уже понял что так сказали.
Но просто уточню о чем бы была эта несказанная мне задача (как я понял) - она о времени: через сколько времени с момента замыкания ключа зажгутся лампочки. Ну так я и сам знаю что будет задержка (да плюс еще задержка пока свет от лампочки долетит до глаз наблюдателя в центре). Мой-то вопрос был именно что (после какой-то задержки, неважно сколь долгой) лампочки (с точки зрения наблюдателя) зажгутся всё же одновременно, или всё же начнут зажигаться последовательно.
Вот моя версия, для двух случаев (один виток и два витка):
Изображение
и
Изображение
И как это не смешно, но вот мне физика почему так (бы было, результаты эксперимента) - совершенно понятна.
А вот версия на которой настаиваете вы (я в смысле Вас, Muninа и других) - мне совершенно непонятна, т.е сама фундаментальная физика происхождения эффектов электрического тока перестает быть мне понятной.
Заранее согласен что вы правы, а я ошибаюсь. Просто хотелось разобраться.
Никто же мне так и не объяснил очевидность что ведь по вашей версии получается должен существовать вот такой эффект -
Изображение
А разве он существует?

 Профиль  
                  
 
 Re: физика процессов в длинных линиях
Сообщение02.05.2015, 10:27 
Аватара пользователя


22/07/11
868
Kosterik в сообщении #1010282 писал(а):
...через сколько времени с момента замыкания ключа зажгутся лампочки...
...Вот моя версия, для двух случаев (один виток и два витка):
Ещё раз, если провода образуют длинную линию и влияние друг на друга несоседних участков пренебрежимо мало (первая задача) - ещё можно о чем-то говорить...
Если любое другое расположение проводов, то берите ур-ния Максвелла и считайте, какой ток когда потечет через какую лампочку. Это если задан ток, при котором лампочка загорается.
Если же Ваши "идеальные лампочки" загораются от любого, сколь угодно малого тока, то они вспыхнут через время, которое требуется свету, чтобы дойти от источника до лампочки ПО ПРЯМОЙ в пространстве. Независимо от схемы, витков и прочей Вашей чепухи.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 64 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group