Зошто напонските и струјните бранови се појавуваат на далекуводот за време на краток спој
Не го разбирам тоа интуитивно. Краток спој едноставно значи дека нема импеданса. Ако импедансата е многу помала од онаа на далекуводот, брановите треба да патуваат неконтролирано низ краток спој. Брановите на напон и струја што се рефлектираат назад немаат смисла за мене.
одговори
Електромагнетски бран патува по далекуводот. Ова е временско-различно електрично и магнетно поле. Кога вратилото достигне краток спој, краток спој го спроведува правилото дека V = 0 во овој момент. Ова ги уништува условите под кои бранот може да продолжи да работи. Бидејќи електричното поле на ова место повеќе не може да варира со текот на времето. Без оваа временска варијација, бранот не може да се движи понатаму.
И случајно, тоа исто така создава услови под кои бранот може да се рефлектира.
Можете исто така да го погледнете ова од перспектива на заштеда на енергија. Електромагнетниот бран има енергија. Тоа е всушност форма на патничка енергија. Краткиот спој не може да дисипира никаква енергија (ако V = 0, напојување = 0). НО бранот не може да се движи понатаму, како што споменавме порано. Значи, навистина нема ништо друго освен рефлексија.
Може да кажете дека кога бранот ќе погоди товар во далекуводот, секоја енергија што не се доставува до товарот МОРА да се рефлектира со цел да се заштеди енергија. Се разбира, ако товарот е антена, дел од енергијата ќе се зрачи во вселената, но тоа всушност не менува ништо. Антената е моделирана како вид на оптоварување, а енергијата што се зрачи во вселената ја пресметува отпорник во моделот.
Далноводот понекогаш е моделиран како серија на грутки елементи. Со секое зголемување на малата линија има подеднакво мала индуктивност и капацитет поврзани со неа.
Тесниот пулс што се движи по линијата - да речеме дека само поминува L4 - ќе се чува во C4 и сега ќе помине низ L4 на патот до вчитувањето на C5. Како што поминува низ L4, се зачувува и таму. Индуктивната струја создава магнетно поле што се гради, а потоа се распаѓа, создавајќи го напонот што го полни C5. Пулсот продолжува на овој начин по целата линија.
Кога ќе се појави краток спој, напонот оди близу до нула, а струјата оди на висока вредност. Струјата преку индуктивност на краток спој ја складира енергијата во магнетно поле, а кога полето ќе се сруши струјата продолжува (според законот на Ленц), но напонот преку индукторот е обратен.
Откако се обидов да дојдам до објаснување без јажиња, равенки или терминологија на Starвездени патеки, морам да кажам дека аналогиите на јажето се многу добри. И, има прашање слично на тоа и како одговор, линк до овој филм на „Бул лаборатории“ покажува многу интересен демонстратор за бран. Ги охрабрувам читателите да го видат тоа.
Да замислиме бранови како се движат по далекуводот. Струен бран и бран на напон. Нивниот сооднос е линија на импеданса V/I. На пример, 50 V бран и 1A бран што патуваат по линија од 50 оми. Тие секогаш се движат заедно и V = 50 * I во секоја точка.
Ако наидат на отворено коло, нема струја таму да тече. Така, вие создавате бран наназад, така што движењето 1A наназад го поништува бранот 1A напред за да создаде нула засилувачи во отворено коло (не ме прашувајте како се појавува овој назад бран, но се забележува дека се појавува) Овој обратен бран, исто така, мора да има компонента на напон, која исто така мора да биде 50V, а овие се додаваат до 100V на другиот крај. Бранот 50V 1A се движи по линијата назад до изворот.
Ако удрат во краток спој, таму не може да има напон. Така, создавате обратен бран, така што 50V се распаѓа и создава 0V на краток спој. Бранот 50V 1A се движи по линијата назад до изворот.
Сега можете да видите дека ако линијата одеднаш ја смени импедансата на 75 оми, ниту еден бран од 50 V 1A не може да се шири самостојно напред. Се создава мал назад бран, па ако додадете напон и струја на преодната точка, напредниот бран сега ќе се покорува V = 75 * I и назад бран ќе ја направи разликата.
Замислете долго јаже прикачено на aид. Крајот на јажето е извртен за да се создаде "пулс". Пулсот се движи по јажето се додека не го погоди wallидот 'или НОДЕТО. (залутан попречен бран)
На wallидот, јажето е спречено да се движи (т.е. точка без отстапување).
Она што се случува е дека еднаква и спротивна реакција на wallидот создава вон-фазен импулс кој се движи во спротивна насока.
Се генерира суперпозиција на напред и рефлектиран пулс уникатното решение, дека отстапувањето на theидот (или НОДЕ) е нула.
Ова е општо својство на брановите. Во далекуводот, "wallидот" е краток спој и "бранот" е компонентата на електричното поле на електромагнетниот бран.
Вашата основна „Кирхоф интуиција“ се обидувате да ја примените на многу посложена појава.
Брановите во колото може правилно да се опишат само со помош на равенките на Максвел. Законите на Кирхоф се само приближување на равенките на Максвел, кои работат кога брановите имаат бранова должина многу поголема од физичките димензии на колото, т.е. само кога компонентата со највисока фреквенција во сигналот е многу помала од c/d, каде што c е брзината на светлината и d е димензијата на колото.
Ова значи дека KVL и KCL се применуваат само ако колото работи под таканаречени квази-статички услови. Под овие услови, можете да ги приближите равенките на Максвел и да отстраните некои термини од нив и да го третирате проблемот како електростатски проблем, така да се каже. Во електростатиката, можете да дефинирате електростатски потенцијал кој е директно поврзан со (статичното) електрично поле. Ова ја дава дефиницијата за напон. Електричната енергија исто така лесно се дефинира во однос на густината на струјата.
Кога овие симплистички претпоставки веќе не важат, не можете ни правилно да го дефинирате стресот. Во врска со далекуводи, напонот може значајно да се дефинира помеѓу две точки на иста рамнина нормално на правецот на ширење. Тоа значи дека не можете да измерите напон помеѓу точка од горната жица и друга точка, да речеме два инчи од другата жица (како што можете лесно да направите ако KVL запре).
Заклучок: Фрлете го вашиот „Кирхоф начин на размислување“ кога се обидувате да ги разберете далекуводите и развиете „Максвелски начин на размислување“.
Во секој случај, оваа нишка може да ви даде повеќе увид во таа насока.
ДА УРЕДИ (да одговорам на коментар)
Здравиот разум не е применлив во оваа област (наменет за зборови). Може да се извлечете со многу несовршена аналогија (и за тоа врската што ја објавив погоре или другите одговори на оваа нишка), но тоа е сè. Има причина што на човештвото му беа потребни милениуми за да ги разбере и објасни електромагнетните феномени (статичкиот електрицитет е познат експериментално уште од античка Грција, а камоли од гром и нејзините последици). Ако овие феномени беа лесни за разбирање со здравиот разум, немаше да се потребни мудреци и научници да ги разберат.
Импеданса/отпор како елемент во кој тече струјата е концепт тесно поврзан со законите на Кирхоф и анализата на кола со грутки елементи.
Во теоријата на ЕМ, импедансата има сосема поинакво значење: таа не го поврзува напонот со струјата, туку повеќе или помалку (мавтајќи ја раката) Е-поле со H-поле.
Полињата не течат како струи или постојат како напони преку две точки. За да разбереме точно како, зошто и кога полињата се шират, потребни се тони напредна математика. Равенките на Максвел се, ММО, идејно најтешкиот предмет во физиката со кој електроинженер треба да се справи за време на универзитетското образование (бар квантна механика и физика на цврста состојба).