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 Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней. На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 7  След.
 
 Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 09:40 
Заблокирован


29/07/12

84
Немножко запутался, прошу помочь.
Из вики:
Скорость света - ... По современным представлениям, скорость света в вакууме — предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий....
...Вообще, информация или энергия не может передаваться быстрее, чем со скоростью света. ...

С частицами всё понятно, даже трогать не будем. А вот с информацией не совсем ясно. То есть я да, верю что теория не ошибается. Но как происходит этот физический процесс ограничения скорости передачи информации в ниже описанной системе - не могу понять :(
И так, система представляющая из себя два параллельных канала связи, схема:
Изображение
Представим что это достаточно большой виток (кольцо) провода с врезанным в него элементом электропитания (батарейкой) Е. Пусть он будет где-то в далеком космосе, чтобы ничего не мешало эксперименту. Можно так же смело считать что провод, благодаря низкой температуре в космосе, приобрел качества сверхпроводника.
Передающая сторона TX содержит: К - ключ, замыкание которого будем считать передачей бита информации; ограничительный резистор R поддерживающий некоторый ток в цепи даже когда ключ разомкнут; лампа (или лазер) L как источник света, излучающая за счет падения напряжения на R, т.е когда ключ разомкнут, и, соответственно, гаснущая когда ключ замкнут.
Приемная сторона RX содержит: Rн - нагрузочный резистор на котором мы можем измерить падение напряжения; датчик фотоприемник F дающий нам возможность фиксировать наличие или отсутствие светового луча; двух-лучевой осциллограф подключенный, соответственно, к Rн (синий луч) и F (красный луч).
Проводной (электрический) канал связи (он и является целью эксперимента) образуют R, Rн, Е и провод (за счет манипуляции с током i), его протяженность, если измерять её по длине провода, составляет примерно пи х S.
Световой (воздушный) канал связи образуют L и F, его протяженность равна прямому расстоянию в пространстве между TX и RX, т.е равна S. Используется просто как эталонный, для возможности сравнения с проводным.
Надеюсь со схемой эксперимента все понятно.
Тогда при проведении эксперимента осциллограф нам покажет какой-то один из вариантов:
Изображение
(есть еще вариант-3 когда оба импульса придут одновременно)

Сам вопрос: верю что осциллограф покажет вариант-1. Но не понимаю как тогда побежит ток на участках цепи (количество электронов в сечении провода). Прошу тех, кто хорошо разобрался в физике этого процесса:
1. подтвердить, что действительно вариант-1
2. тогда или ответить на мои конкретные вопросы (сформулирую их позже) или подсказать, что мне почитать чтобы самому разобраться именно в этой описанной мной ситуации.
Спасибо.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 10:06 
Заслуженный участник


16/02/13
4214
Владивосток
Что-то не пойму вашего недоумения. Распространение тока по проводу — это ж и есть электромагнитная волна в чистом виде, нет? Как и свет. Расстояние по диаметру меньше, а скорость та же.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 10:28 
Заблокирован


29/07/12

84
iifat в сообщении #807893 писал(а):
Что-то не пойму вашего недоумения. Распространение тока по проводу — это ж и есть электромагнитная волна в чистом виде, нет? Как и свет. Расстояние по диаметру меньше, а скорость та же.

В принципе я, наверно, и сам разберусь, если подскажете мне что говорит теория вот в такой упрощенной ситуации, схема:
Изображение
Когда ключ К разомкнут, то все лампы горят в полнакала (такой ограниченный ток обеспечивает резистор R). Соответственно когда ключ замкнут лампы горят в полный накал.
В центре кольца находится наблюдатель (прибор фиксирующий силу света сразу от всех ламп, т.е различающий горит лампа в полнакала или в полный накал).

Сам вопрос: какую последовательность зажигания ламп в полный накал увидит наблюдатель после замыкания ключа? просьба просто перечислить последовательно их номера.
Или все лампы зажгутся в полный накал одновременно?

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 10:44 
Заблокирован
Аватара пользователя


23/07/13

491
Komarnik в сообщении #807896 писал(а):
Или все лампы зажгутся в полный накал одновременно?



Инерцию нити накаливания учитываем?

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 11:11 
Заблокирован


29/07/12

84
samodelkin_5 в сообщении #807900 писал(а):
Komarnik в сообщении #807896 писал(а):
Или все лампы зажгутся в полный накал одновременно?



Инерцию нити накаливания учитываем?

Нет. Считаем что идеальная система, без задержек.
(по сути лампами я просто как бы заменил амперметры на участках цепи, просто для наглядности. Они нам показывают где сейчас какой ток (плотность электронов в сечении провода) относительно наблюдателя в центре)

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 12:03 


11/12/13

173
Эту задачу нужно упростить на составляющие:
1. Линия связи - уточнить геометрию. Если она имеет указанную форму, то большая часть энергии просто уйдёт в пространство в виде электромагнитного поля.
2. Индуктивность такого канала связи будет максимально возможной, что резко ограничит полосу пропускания канала связи.
3. Нужно разделить понятия скорости света, скорости перемещения фронта волны поля при замыкании ключей и скорости потока информации.
4. Обязательно предусмотреть согласование нагрузки с волновым сопротивлением линии передачи.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 12:22 
Заблокирован


29/07/12

84
Klark в сообщении #807916 писал(а):
Эту задачу нужно упростить на составляющие:
1. Линия связи - уточнить геометрию. Если она имеет указанную форму, то большая часть энергии просто уйдёт в пространство в виде электромагнитного поля.
2. Индуктивность такого канала связи будет максимально возможной, что резко ограничит полосу пропускания канала связи.
3. Нужно разделить понятия скорости света, скорости перемещения фронта волны поля при замыкании ключей и скорости потока информации.
4. Обязательно предусмотреть согласование нагрузки с волновым сопротивлением линии передачи.

К сожалению я совершенно не понял зачем это нужно для ответа на вполне конкретные вопросы:
Komarnik в сообщении #807888 писал(а):
1. подтвердить, что действительно вариант-1

Komarnik в сообщении #807896 писал(а):
Сам вопрос: какую последовательность зажигания ламп в полный накал увидит наблюдатель после замыкания ключа? просьба просто перечислить последовательно их номера.
Или все лампы зажгутся в полный накал одновременно?

Но если нужно, я не против. Если надо что-то уточнить, спрашивайте, уточню.
(Можно переместить этот мой мысленный эксперимент из космоса на землю, в реальные условия, с конкретными значениями параметров. Современная высокоскоростная техника и приборы волне позволят поймать задержку и дать эмпирический ответ).
Но чтобы у меня начала своя голова соображать, мне надо уже "заглянуть в конец учебника, там где ответы" :)
Вот я и прошу специалистов пока просто ответить в той форме, в которой у меня сформулировано.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 15:55 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Опять вопросы по телеграфному уравнению. Больная тема какая-то.

Надо FAQ какой-нибудь составить по этому поводу.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 15:56 
Заблокирован
Аватара пользователя


23/07/13

491
Komarnik в сообщении #807888 писал(а):
С частицами всё понятно... А вот с информацией не совсем ясно


А что собственно вас смущает?

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 16:12 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Komarnik
Давайте пока допустим назад, что провод — не сверхпроводник, а обычный проводник, для которого справедлив здесь закон Ома. Сила тока пропорциональна напряжённости электрического поля в проводе, а та может меняться под действием изменений электромагнитного поля в других местах не быстрее чем со скоростью света. У меня нет достаточных знаний, чтобы описать переходный процесс, который будет при размыкании-замыкании ключа, но в результате каждая лампа сменят яркость не быстрее, чем за расстояние от неё до ключа, делённое на $c$.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 17:58 
Заблокирован


29/07/12

84
По прежнему не могу понять что мешает просто ответить на мои вопросы.

Очень на Мунина надеюсь (хотя, вроде помню, что он недолюбливает электрические темы)

Нынче я без всякого подвоха спрашиваю. Просто действительно самому стало интересно разобраться с процессом в этом случае, а теоретических знаний не хватает. Вот и попросил помощи у людей близких к науке.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 18:03 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Мне почему-то показалось, что хотя бы оценка вам уже что-то скажет. Ну тогда вместе ждём ответ Munin, да.

-- Пн дек 30, 2013 21:06:30 --

Может, я не совсем прозрачно написал. Чтобы лампа сменила яркость, нужно, чтобы электроны долбились, условно говоря, в атомы её нити с другой частотой. Для этого они должны сменить скорость. Для этого должно измениться электромагнитное поле в непосредственной близости от них. А его возмущения не могут распространяться быстрее, чем со скоростью $c$, откуда и нижняя граница времени.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 18:08 
Заблокирован


29/07/12

84
samodelkin_5 в сообщении #807967 писал(а):
А что собственно вас смущает?

Начинает смущать то, что вот, для примера, вы лично, не отвечаете прямо на вопрос поставленный в стартовом посте.
Может вопрос мой непонятный? Или он из области фантастики, а не физики?
Или это такая у вас привычка отвечать вопросом на вопрос?

-- 30.12.2013, 18:16 --

arseniiv в сообщении #808005 писал(а):
Мне почему-то показалось, что хотя бы оценка вам уже что-то скажет. Ну тогда вместе ждём ответ Munin, да.

-- Пн дек 30, 2013 21:06:30 --

Может, я не совсем прозрачно написал. Чтобы лампа сменила яркость, нужно, чтобы электроны долбились, условно говоря, в атомы её нити с другой частотой. Для этого они должны сменить скорость. Для этого должно измениться электромагнитное поле в непосредственной близости от них. А его возмущения не могут распространяться быстрее, чем со скоростью $c$, откуда и нижняя граница времени.

Что скажет-то собственно? я ведь не спрашивал что нужно чтобы лампа сменила яркость.
Вам вторая схема и вопрос понятен? Можете вы просто перечислить по номерам ламп ту последовательность с которой они зажгутся в полный накал в данном конкретном случае? Какие тут у вас могут быть трудности, если уж вы лучше меня понимаете что там происходит в проводе с электрическим током?
:?:

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 18:26 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Komarnik в сообщении #808004 писал(а):
Очень на Мунина надеюсь (хотя, вроде помню, что он недолюбливает электрические темы)

А я на profrotter-а :-)

Электрические темы - это хорошие темы, это раздолье и основа физического миропонимания. Но уж больно в них возни много, причём зачастую с точными графиками, а у меня с рисованием проблемы.

В общем, некоторое обсуждение (замыленное бредовыми репликами неучей) было в этой теме: «Скорость электрического тока».

Komarnik в сообщении #808004 писал(а):
Просто действительно самому стало интересно разобраться с процессом в этом случае, а теоретических знаний не хватает. Вот и попросил помощи у людей близких к науке.

Теоретические знания - это предмет
"Уравнения математической физики"
конкретно
телеграфное уравнение (уравнение длинной линии)
и его решения при начальных и граничных условиях, отвечающих нулевому току вначале, и включению ключа на одной или двух границах в начальный момент времени.

-- 30.12.2013 19:47:08 --

В общем, хорошую картинку увидел в англоязычной Википедии:

Изображение

Пояснение:
$R$ - погонное сопротивление
$L$ - погонная индуктивность
$C$ - погонная ёмкость
$G$ - погонная проводимость утечки
- в правом нижнем углу - то, что происходит в реальной длинной линии при распространении сигнала от, например, включения ключа;
- в левом нижнем углу - случай, который практически не реализуется, но помогает качественно понять правый нижний угол;
- в правом верхнем углу - частный случай при пренебрежимом реактивном сопротивлении длинной линии (пренебрежимо мала индуктивность при большом погонном сопротивлении, или пренебрежимо мала ёмкость при большой утечке);
- в левом верхнем углу - частный случай при пренебрежимом активном сопротивлении длинной линии (пренебрежимо малы сопротивление и утечка, основную роль играют ёмкость и индуктивность).

В общем, такая волна идёт всегда и по любому проводу, и для длинного провода обычно имеет место нечто среднее между правым нижним и левым верхним углом. А для короткого провода - нечто среднее между правым нижним и правым верхним углом. Правда, при этом в конце устанавливается прямая наклонная линия (на рисунке не показано, отвечает весьма большому времени).

-- 30.12.2013 19:50:45 --

Да, разумеется, всё это ещё осложняется и процессами с другого конца провода. В нарисованной схеме - две волны идут навстречу с двух концов, накладываются друг на друга, и наконец, проходят провод целиком. Во многих других схемах волна идёт с одного конца, доходит до нагрузки на другом конце, отражается от неё, и идёт обратно к источнику. В общем, потом по линии волны бегают туда-сюда, с затухающей высотой фронта, постепенно приводя напряжения и токи к стационарному состоянию.

 Профиль  
                  
 
 Re: Распространение информации и скорость света
Сообщение30.12.2013, 18:54 
Заблокирован


29/07/12

84
Munin в сообщении #808014 писал(а):
...Но уж больно в них возни много, причём зачастую с точными графиками, а у меня с рисованием проблемы.

Ничего, ничего. Вы, если что будет сказать, на словах, а уж я по ним сам отрисую. Уже и заготовку для графиков сделал :)

Munin в сообщении #808014 писал(а):
В общем, некоторое обсуждение (замыленное бредовыми репликами неучей) было в этой теме: «Скорость электрического тока».

Спасибо. Глянул, пробежался. Не наш случай. Там именно скорость тока и, что главное, там обычная длинная линия. С ней-то всё совершенно ясно и так, что и по каким причинам там происходит.

Munin в сообщении #808014 писал(а):
конкретно
телеграфное уравнение (уравнение длинной линии)
и его решения при начальных и граничных условиях, отвечающих нулевому току вначале, и включению ключа на одной или двух границах в начальный момент времени.

Повторю - именно что в этой конкретной описанной мной системе ничего из длинной линии не подходит. Совершенно не та физика процесса.
Была бы обычная длинная линия, так я и не стал бы вас беспокоить по таким пустякам. Или была бы рядом земля с этим контуром в виде кольца, которая бы сыграла роль экрана, тут тоже самому все понятно. А вот так как есть - нет, не врубаюсь. Не вижу физических ограничений чтобы ток не смог обогнать световой луч и, тем самым, быстрее донести информацию.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Эта тема закрыта, вы не можете редактировать и оставлять сообщения в ней.  [ Сообщений: 105 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5 ... 7  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