닫힌 경로만으로 전자가 움직일 수 있는지에 대해 의문을 품고 있습니까?


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우선 전기 회로가 어떻게 작동하는지 또는 그 뒤에있는 물리학에 대해 아무것도 알지 못하기 때문에 자신감이 없다고 말하면됩니다.

그러나 회로에 전류가 흐르기 위해 닫힌 경로가 있어야한다는 것을 여러 번 읽었으며 닫힌 전도성 루프가 없으면 아무 일도 일어나지 않는다는 사실로 이어졌습니다.

그리고 나는 그것을 결정적인 진실로 생각했지만, 무언가에 대해 궁금해합니다 (그리고 나는 여기서 이유의 길에서 먼 거리에있을 수도 있습니다).

매우 높은 주파수 신호 (전류)가 흐르는 트레이스가 포함 된 회로 기판을 설계하려면 신호 반사와 같은 것을 고려해야합니다. 반사가 물리적 인 용어로 어떤 반사로 구성되어 있는지 모릅니다. 반사 된 신호는 원래 트레이스를 통해 전송 된 일정량의 전류라고 생각합니다. 그러나 고주파 신호를 트레이스 (또는 와이어) 아래로 보내면 특정 조건에서 신호가 아래로 이동할 수 있습니다. 추적 (와이어) 만 무언가에서 튀어 나와 처음부터 원래 위치로 돌아갑니다. 그것이 무언가에서 다시 튀어 나와서 트레이스의 길이를 거꾸로 이동하면서 다시 죽을 때까지 점점 작아 질 수 있습니다.

이것은 단지 내 머리 꼭대기에서 나는 물건인데, 나는 처음부터 공정한 이해를 얻지 못했습니다. 그러나이 고주파 상황으로 시나리오를 제한하면 신호 또는 전류가 원래 위치로 다시 반사 될 수 있다면 폐 루프가 있는지 여부와 관계가있는 이유는 무엇일까요?

루프가 끊어지면 그러한 전류가 튀어 오르는 경로를 찾을 수 없습니까?

나는 이러한 복잡한 문제들에 대한 비교적 낮은 수준의 통찰력을 가지고 있음을 알고 있지만 왜 이것이 불가능할지는 모르겠습니다. 누군가 나를 밝게 할 수 있다면 나는 매우 기쁠 것입니다.

나는 그것을 뒷받침할만한 것이없는 단일 가설을 가지고 있지만 아마도 고주파 시나리오는 미량 구리가 활용되는 방식을 변경하여 어떤면에서 자체적으로 닫힌 루프가됩니까?


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여기를 읽으십시오 : en.wikipedia.org/wiki/Static_electricity 이것은 전하가 어딘가로 이동하여 그곳에 머무르는 정전기 에 관한 것 입니다. 전하 / 전자는 루프로 돌아 가지 않습니다. 그러나 응용 프로그램은 제한적입니다. 정보를 처리하는 것은 매우 비현실적인 방법입니다. 전하를 무언가로 옮기려면 이미 존재하는 전하가 새로운 전하를 격퇴 하기 때문에 더 많은 양의 에너지가 필요합니다 .
Bimpelrekkie

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우리는 일반적인 전류 경로에서 고주파수 효과를 분리하는 경향이 있으므로 모든 것을 완전히 혼동하지 않는 괜찮은 모델을 얻을 수 있습니다. 진실은 주파수가 증가함에 따라 도체와 구성 요소 내외에서 발생하는 모든 종류의 전자 운동이 있습니다. 우리는 대부분 노이즈라고 부르고, 안테나와 같이 일부는 신호라고 부릅니다.
Trevor_G

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기본적으로, 당신 말이 맞지만 ... 당신은 여전히
미쳤을

1
회로를 닫아야합니다. 고주파수에서는 회로의 일부가 안테나로 쉽게 작동 할 수 있으므로 '개방 회로'에 영향을 줄 수 있지만 고주파수는 필요하지 않습니다. 변압기가있는 모든 기기는 1 차에서 2 차로 '폐쇄 루프'없이 에너지 (때로는 상당히 많은 에너지)를 보냅니다. 전기, 자기 또는 전자기장이 관련 될 때, 고주파 또는 저주파에서 일이 더 복잡해집니다.
Claudio Avi Chami

2
참고로, 이와 같이 생각하면 도움이되는 경우 회로를 닫는 곳에서 매우 높은 저항 (거의 무한)과 작은 인덕턴스 및 커패시턴스를 갖는 개방 회로를 모델링 할 수 있습니다.
Michael

답변:


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당신은 완전히 옳습니다.

"폐쇄 루프"규칙은 회로 분석에서 종종 "집중 구성 요소 모델"이라고하는 단순화에서 비롯됩니다. 이 모델은 기생 인덕턴스, 커패시턴스 및 빛의 속도의 영향을 무시할 수있는 DC 및 저주파에서의 실제 회로 동작에 대한 근사치를 제공합니다.

그러나 이러한 요소는 고주파수에서 중요해지며 더 이상 무시할 수 없습니다. 크기가 0이 아닌 모든 회로는 인덕턴스 및 커패시턴스를 가지며 전자기파를 방출 (또는 수신) 할 수 있습니다. 이것이 라디오가 전혀 작동하는 이유입니다.

기생 커패시턴스를 고려하기 시작하면 모든 것이 거의 모든 것 (근처의 물체에 연결됨)에 연결되어 있으며 일반적으로 찾지 못하는 폐쇄 루프가 있음을 알 수 있습니다.


3
다른 의견에서 말했듯이 필드에 단어가 있으면 회로를 분석하기가 더 복잡해집니다. 고주파수도 필요하지 않습니다. 주 변압기는 이것에 대한 충분한 증거입니다.
Claudio Avi Chami

@ClaudioAviChami 주 변압기에는 1 차에서 2 차로의 전류 경로가 없으며 인터 와인딩 커패시턴스를 무시하고 둘 사이에 전류가 흐르지 않습니다.
Dmitry Grigoryev

Dmitry Grigoryev는 안테나 송신기와 안테나 수신기에서 흐르는 전류가 없습니다. 그러나 에너지는 들판을 통해 운반됩니다. 자기, 전기 및 전자기.
Claudio Avi Chami

23

제목에 응답 :

닫힌 경로만으로 전자가 움직일 수 있는지에 대해 의문을 품고 있습니까?

전류는 일반적으로 루프로 이동합니다. 그러나, 루프가 완전히 도체 (즉, 구리)로 만들어 질 필요는 없다. 전류는 충전의 흐름입니다. 따라서 다음 물리적 현상은 모두 현재를 나타냅니다.

  • 구리선에 흐르는 전자
  • 배터리 (또는 전해 커패시터)의 전극 사이를 이동하는 이온 (충전 된)
  • 진공을 통해 비행하는 전자 (즉, 열전자 밸브, 음극선 관)
  • 마지막으로 변위 전류

마지막은 "전류가 어떻게 커패시터의 유전체를 통과 할 수 있는가?"라는 질문에 대한 답입니다. 요약하면 커패시터의 한 판에 축적 된 전하가 다른 판의 전하를 밀어 내고 전자가 캡의 유전체를 통해 흐르고 있지만 실제로는 그렇지 않습니다. 한 판은 전자로 채워지고 다른 판은 전자가 빠져 나갑니다.

... * 물론입니다! 루프에서 전류가 흐르지 않을 수 있습니다. 태양계를 탈출하기에 충분한 속도로 전자 공간을 깊은 공간으로 쏘십시오. 분명히 이것은 일상적인 전자 제품 설계에는 적용되지 않습니다.

또한, 결점을 가지고 있습니다. 당신은 전자를 쏠 수 있습니다. 그리고 당신의 "총"이 더 많은 전자를 쏘아 낼수록 양전하가 더 커져서 전자를 점점 더 멀리 보내 게됩니다.

루프 인 일반적인 회로는 동일한 전자를 재활용하거나 (DC 인 경우) 주위를 흔들고 (AC), 배터리 / 원자력 발전소 / 태양 전지에 가용 에너지가있는 한 계속 작동합니다.


2
올바른 철자는 핵입니다. (또는 귀하 국가의 각 원자에 핵 종이 있습니까?)
user253751

4
@immibis 그는 핵 물리학의 조지 부시 학교에 다녔다.
Majenko


"진공을 통해 비행하는 전자"또는 심지어 얇은 공기는 일단 가속되면 루프가 없을 때 완벽하게 앞으로 날아갑니다. 또한 음극선의 큰 동생을보십시오 : 베타 방사선 ...
rackandboneman

2
@Turion 그것은 좋은 ole Gorge W. Bush와 관련이 있습니다.) 나는 이것에 결코 저항 할 수 없습니다.
peufeu

14

규칙 # 1. DC 정상 상태 조건을 제외하고 개방 회로와 같은 것은 없습니다 .

모든 와이어, 모든 부품 및 모든 원자 사이에는 다른 와이어, 부품 및 원자에 대한 커패시턴스, 저항 및 인덕턴스가 있습니다. 현미경은 그대로있을 수 있습니다. 와이어 또는 부품 자체 내에서도 가능합니다.

그러나 테스트중인 회로가 DC 상태 인 경우 커패시턴스와 인덕턴스는 부하가없고 저항 만 존재하며 이는 중요하지 않을 정도로 높습니다. "회로"에 전류가 흐르려면 시작점에서 끝점까지의 경로가 있어야합니다.

규칙 # 2. DC 정상 상태 조건과 같은 것은 없습니다.

우리는 전자기파 바다에서 헤엄 치고 있습니다. 따라서 정상 상태 DC 회로는 실제로 달성하기가 불가능합니다. 또한 회로의 모든 전류는 서로 상호 작용하고 외부 필드와 상호 작용하는 자체 전자기장을 생성합니다. 회로에는 항상 "노이즈"라고 부르는 것이 있습니다.

규칙 # 3 : 전압 / 전류를 빠르게 변조할수록 걱정할 필요가있는 더 많은 회로 경로

규칙 # 1에서 언급 한 보이지 않는 작은 회로에는 통과하려는 주파수가 증가함에 따라 임피던스가 변경됩니다. 따라서 높을수록 신호 손실, 반사 및 잡음 방출과 같은 이상한 효과를 다루는 데 더 많은 시간이 필요합니다.

다행히도:

대부분의 경우, 사용하는 주파수에서 방해가 거의 없기 때문에 이러한 효과를 대부분 무시할 수 있습니다.

60Hz AC 회로는 기본적으로 회로도가 연결이 길지 않은 경우와 동일하게 작동합니다. 실제로 흐르는 전류는 기본적으로 측정하기에 충분하지 않기 때문에 전류가 흐르기 위해서는 회로가 완전해야한다는 대담한 진술을 안전하게 할 수 있습니다.

그러나 동일한 회로에서 100GHz 신호를 전달하려고하면 숫자가 더 이상 의미가 없습니다.

루프가 끊어진 경우 ... 규칙 # 1 참조

그 질문에 제정신이 있습니까?

아니요, 실제로는 상당히 반대입니다. 깊이 생각하고 그런 질문을하는 것이 항상 좋습니다. 그러나 답변이 거기에 당신을 이끌 수 있습니다.


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당신을 도울 수있는 개념은 전송선 개념입니다. 이상적인 전송 라인은 특성 임피던스와 고정 지연이있는 것입니다. 전송 라인을 회로 보드의 트레이스로 생각하십시오. 지연은 라인의 한쪽에 전압이인가 될 때 라인의 끝에 감지되기 ​​전에 지연이 있기 때문에 발생합니다. 잘만되면 이것이 의미가 있습니다. 트레이스가 실제로하는 일은 전기장이 선로를 아래로 전파하는 것입니다. 필드는 더 빠른 속도가 아닌 빛의 속도로만 이동할 수 있습니다. 따라서 필드가 적용되는 시간이 있지만 아직 하중을 느끼지 못했습니다. 흠.

그렇다면 특성 임피던스는 무엇입니까? 전송 라인의 입력에 전압 (V)이 처음으로인가 될 때 흐르는 전류는 엄격하게 Z의 함수입니다. 라인의 다른 쪽 끝에있는 것은 중요하지 않습니다. 아마도 개방 회로 또는 단락 또는 인덕터 또는 커패시터 일 수 있습니다. 그것이 개방 회로라고 가정 해 봅시다. 그럼에도 불구하고 전송 라인으로 흐르는 전류는 V / Z가 될 때까지 전기장이 라인 끝까지 전파되어 소스로 돌아옵니다. 어떤 의미에서, 전기장은 선과 부하를 심문하고 있으며, 끝까지 도달하면 반사에 대한 정보가 다시 나타나서 부하에 대한 정보를 다시 소스로 가져옵니다. 선의 끝에서 반사되는 반사는 소스에 도달하면 다시 반사 될 수 있습니다.

어쨌든, 전류가 "개방 회로"로 흐를 수 있다고 생각하는 것이 옳습니다. 물론, 이런 일이 발생하거나 중요한 경우에는 전송 라인이나 기생 커패시턴스 등을 설명하기 위해 회로 모델을 개선해야합니다. 전송 라인 이론은이를 수행하는 방법을 제공합니다.

전송 라인의 특별한 경우는 끝에있는 부하가 라인의 특성 임피던스와 정확히 같은 경우입니다. PCB 트레이스 끝에 저항이 연결되어 있고 저항의 다른 쪽 끝이 GND로 연결되는 경우가 이에 해당합니다. 이 경우 저항 값이 Z와 동일하면 실제로 반사가 없습니다. 따라서 라인으로 흐르는 전류는 단순히 I = V / Z입니다. 반사가 다시 발생하지 않으므로 전류는 계속 V / Z입니다. 이제 반사를 고려하자.

선의 끝이 Z에서 끝나지 않으면 약간의 반사가 나타납니다. 이 반사는 원래 전기장이 선을 따라 내려 오는 것을 제외하고는 선을 따라 이동하는 것과 정확히 같은 방식으로 작동합니다. 소스가 Z 값의 저항으로 종료되면 반사는 소스에서 완전히 흡수됩니다. 즉, 소스 임피던스가 Z 인 경우,로드가 Z 인 경우 소스에 대한 반사가없는 것과 동일한 방식으로로드의 반사가 완전히 흡수됩니다.

그러나 Z에서 부하와 소스가 모두 종료되지 않으면 이론적으로 반사가 앞뒤로 튀어 나와 영원히 계속됩니다. 물론 현실에서는 에너지 손실 때문에 반사가 사라질 것입니다. 다른 것이 없다면, 구리 와이어의 0이 아닌 저항은 손실을 일으킬 것입니다.

나는 당신이 이것에서 무언가를 얻을 수 있기를 바랍니다. 특히 다른 배경 정보가없는 경우 전송선 효과를 처음에 이해하기 어려울 수 있습니다. 그래서 나는 당신에게 도움이되기를 다소 직관적 인 방식으로 설명하려고 노력했습니다.


공감 공감 공감 !!! 닫힌 루프는 어린이에게 거짓말입니다.
rackandboneman

1
전송 라인은 보드의 흔적이 아닙니다. 보드의 두 트레이스 또는 하나의 트레이스와 GND 리턴입니다. PCB의 전송 라인은 DC 소스, 저항 및 LED처럼 닫힌 루프입니다.
Claudio Avi Chami

@ ClaudioAviChami, GND 비행기는 언급하지 않았습니다. 당연한 것으로 받아들입니다. 그러나 나는 잘 알고 있습니다. OP의 질문을 검토하면, 이것은 정확히 일종의 질문이며, 개방 회로에서 추적이 종료되었습니다.
mkeith

대형 PCB에서 GHz 고조파를 사용하여 신호를주고 받으면 PCB 트레이스 쌍은 "긴"전송 라인이 될 수 있습니다 ...
rackandboneman

3

자세히 보면 안테나는 "개방 회로"입니다. 교류, 특히 무선 주파수 AC에 대해 말할 때 도체는 이상적인 구성 요소가 아니라 주변 환경과 상호 작용합니다. 반사에 대해 이야기하는 경우 회로도의 간단한 연결 특성과 일치하지 않는 도체의 특성에 대해 이야기하고 있습니다.

PCB에는 에칭 에칭 방식의 도체 배열을 사용하여 구축 된 실제 회로가 있습니다. 많은 마이크로파 회로 및 필터는 그 사이의 자유 공간과 관련하여 실제로 유도 성 및 용량의 복잡한 구성에 해당하는 도체 배열 이상을 포함하지 않습니다.

DC를 포함하여 훨씬 더 낮은 주파수에서 볼 때 전체 마이크로파 회로는 동작 주파수가 개방 연결 인 것보다 훨씬 더 낮은 주파수에서 볼 수있는 안테나처럼 하나 또는 두 개의 도체 일 수 있습니다.


1

이 숨겨진 / 기생 경로는 어디에 중요합니까?

바닥에서 1cm 간격, 0.1 미터 x 0.3 미터, 유전 상수-공기 (1.000002 이상)를 사용하십시오.

바닥에서 바닥까지의 정전 용량은 얼마입니까? 또는 [9e-12Farad / meter * 1] * [0.1 * 0.3] / 0.01 = 9e-12 * 0.03 / 0.01 캐패시턴스 = 9e-12 * 3 = 36 picoFarad.

Capacitance=EoErArea/distance

그래서? 이제 60Hz (377 라디안 / 초)에서 50,000 볼트의 네온 사인 변압기를 만지십시오. dV / dT = 50,000 (가정 피크) * d (sin (60Hz) / dT) = 50,000 * 377 ~~~ 초당 2 천만 볼트.

당신을 통해 현재 무엇입니까? I = C * dV / dt = 36 e-12 * 20e + 6 = 700 마이크로 암페어.

당신은 그것을 피하고 싶습니다. 분명히 닫힌 회로가 없더라도.


-1

엄밀히 말하면 전자는 전류 흐름과 반대 방향으로 표류합니다. 전류가 흐르고 에너지가 흐르기 위해서는 시작 지점과 종료 지점에서 전위차 (전압)가 필요합니다. 전자는 또한 원자 내부, 궤도 껍질에서 움직인다. 그러나 아무도 그 방법을 실제로 모른다. 아마도 그들은 서클에서 돌아 다닐 것입니다.


-1

많은 규칙과 마찬가지로 적절한 상황 (DC 회로, 저주파 AC 주 회로, 전력 전송에 주로 관심이있는 저주파 AC 주 회로)에 적용 할 때 유용하고 유용한 근사치입니다.

전자는 절대 제로 (당신이 도달 할 수없는)를 제외하고 항상 움직이고 있습니다. 앰프의 게인을 충분히 높이 올리면 외부 영향으로 입력을 세 심하게 차단하더라도 히스 (오디오) 또는 기타 임의 신호가 분명해집니다. 이것은 주변 온도의 영향을 받아 입력 회로에서 전자가 흔들리는 현상입니다.

커패시터에 전하 저장은 절대적으로 기본적인 현대 고체 전자 장치. 논리 상태는 갇힌 전자 패킷입니다. 플래시 메모리 장치에서, 고전압은 커패시터의 플레이트 및 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 효과적으로 절연 배리어를 통해 전자를 구동시킨다. 고전압이 제거 될 때, 전자는 수년 (또는 그 이상) 동안 머무르며 트랜지스터의 전도 여부에 따라 전자의 존재 유무를 결정할 수 있습니다. 실제로, 전자의 양 (게이트의 전압 및 트랜지스터의 출력 레벨을 결정)을 측정하고이를 8 개의 레벨 중 하나로 양자화하여 단일 트랜지스터 내에 8 개의 전자 중 하나로서 3 비트를 저장하는 것이 일반적입니다.

열잡음과 양자 "터널링 (tunneling)"의 결과로 전자가 누출되면 회로가 결국 닫힙니다. 위에서 언급했듯이, 고전압을 다시 적용하여 셀을 다시 쓰지 않는 한 수년이 걸립니다.

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