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電気信号の伝播速度について質問です。 図のように電池とLEDとスイッチが接続され...

gam********さん

2018/5/1921:12:06

電気信号の伝播速度について質問です。
図のように電池とLEDとスイッチが接続された非常に長い電線路があります。
ただし電線の抵抗は無いものとする。

上図の点灯するタイミングはスイッチ閉から1秒と想像しています。
しかし下図ではどうなるのでしょうか。2秒ですか?

そしてℓが5mである時と1mである時の伝播時間を計測するのに最も実用的な方法とは何でしょうか。
PICのCTMUモジュールを使う等でしょうか?

よろしくお願いします。

CTMUモジュール,伝播速度,伝播,スイッチ,上図,マイナス極,電線

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hek********さん

2018/5/2008:40:05

二秒の間は、等価的に電線の特性インピーダンスと同じ抵抗が直列に入ったように見えます
特性インピーダンスは数百Ω程度以下でしょうから、スイッチを入れた直後から、LEDはそれなりに明るく光るでしょう(その後、2秒ごとに明るさが変化しながら、最終的な明るさになる、かな)

伝送線路としての共振周波数を計る、ってのが一番楽かな

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yam********さん

2018/5/2312:18:42

通りすがり。

電場が光速で伝わるので、両方とも点灯するのは1秒後。

しかし、上の方は点いたと確認できるのはさらに1秒後。

>PICのCTMUモジュールを使う

1mの伝播は3.3ns、計れる?

クロック100MHzでも周期は10ns。

tpt********さん

2018/5/2010:27:27

下側の場合LEDが点く時間は0(に近い)秒です。
それでは、上の場合にスイッチとLEDを入れ替えた時はどうなるでしょう。
答えはLEDが点くのは1秒後です。
電流の変化はスイッチのあるところから始まって光の速さで伝わっていきます。
LEDの明るさは他回答者の答えにあるように徐々に増加します。
図の回路では電流制限抵抗がないのでLEDが壊れるぐらいの電流になります。
どの様になるのかはLTspiceでシミュレーションすれば確認できます。

パソコンの基板のような高速デジタル回路では数センチの長さの電線を電気が伝わる速さを調べることが普通に行われています。
テクトロニクスのDPO7000シリーズ・オシロスコープでは40psの時間差を区別することが出来ます。
この時間に光が移動する距離は0.75cmです。

mi5********さん

2018/5/1923:49:04

仮に電線の抵抗などによる減衰を考えないとすれば、0秒で微小電流が流れ始めてLED発光が立ち上がると思いますよ。
おそらく2秒間は電流は過渡的に増えて、それまでは弱いですけどね。

この図では、プラス極から生じたホールの伝播波面よりも、マイナス極から生じた電子の伝播波面の方が先に右端で折り返すでしょうね。
電池のマイナス極に近い、回路の下側の配線の方が伝播速度が速いですから。

「伝播時間を計測する方法」は、このように長―――い電線を用いるなら幾らでも可能でしょうね。普通に片側を大地にアースすれば、1本の電線の伝播特性だけを考えれば済みます。
銅線に流れる電流の伝播速度は光速の6割程度ですが、電子とホールでは違うですね。

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pet********さん

2018/5/1921:55:50

リターンロスの測定が現実的じゃないかな。
インピーダンスが変化した所で反射波が返ってくるので。

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