Fråga:
Varför finns det bara fyra passiva element?
jinawee
2014-01-30 02:14:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag har läst att det finns fyra typer av passiva element: motstånd, kondensatorer, induktorer och memristorer.

memristoren förutspåddes 30 år innan den producerades. Men varför kunde du inte uppfinna andra typer av passiva element? Finns det ett bevis?

Definitionen jag använder av passiva element är något utan förstärkning, ingen kontroll och linjär.

Det finns denna spikiga grafik, som du kanske har sett. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Two-terminal_non-linear_circuit_elements.svg Tyvärr tycker jag bara att jag stirrar på det och tänker på memristorer, snarare än att känna att frågan har besvarats.
@PhilFrost Jag är helt klart inte den enda som gillar den grafiken!
Jag tycker att det är viktigt att komma ihåg att varje tråd visar motstånd, kapacitans och induktans. Dessa är _ideal_ kretselement men i verkliga livet är de _karaktäristika_ för nästan alla kretselement. Memristorn passar inte den formen. Du kan inte prata om en tråds "memristance". Enligt min mening hör memristorn inte i samma uppsättning som motstånd, kapacitans och induktans.
* Jag använder passiva element är något utan förstärkning, ingen kontroll och linjär. * Då är memristorn inte ett passivt element eftersom det är icke-linjärt (förutom det triviala fallet där det bara är ett motstånd). Enligt Wiki har vi för memristoren: \ $ v = M (q) i \ $ där q förstås vara tidsintegralen för \ $ i \ $. Om \ $ M (q) \ $ är konstant, \ $ v \ propto i \ $ och därmed har vi ett motstånd. Annars är \ $ v \ $ inte en linjär funktion av \ $ i \ $. Till exempel, om \ $ M (q) = mq \ $ då \ $ \ frac {dv} {dt} = m (i ^ 2 + q \ frac {di} {dt}) \ $
@AlfredCentauri Så motsäger det svaret http://electronics.stackexchange.com/a/82801/24361?
@jinawee, om ett passivt element måste vara * linjärt * är memristor inte ett passivt element. Från Wiki-artikeln "Memristor": * I sitt papper från 1971 extrapolerade Chua en konceptuell symmetri mellan det icke-linjära motståndet (spänning mot ström), icke-linjär kondensator (spänning mot laddning) och icke-linjär induktor (magnetisk flödesförbindelse vs. ström). Han drog sedan slutsatsen att memristor är ett annat grundläggande icke-linjärt kretselement som kopplar samman magnetisk flödeslänk och laddning. *
Grafiken länkad av PhilFrost alltid vid första anblicken gör mig till sak, "så varför finns det ingen komponent på spänningsflödesledningen? Som skulle vara så cool. Eller laddströmsledning? Åh skit, det är bara ** tid **".Sååå ... kanske vi kan göra en komponent för tiden?: D
Tre svar:
Stephen Collings
2014-01-30 02:56:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det finns fyra fysiska mängder av intresse för elektronik: spänning, flöde, laddning och ström. Om du har fyra saker och vill välja två, beställa spelar ingen roll, det finns 4C2 = 6 sätt att göra det. Två av de fysiska storheterna är definierade i termer av de andra två. (Ström är förändring i laddning över tid. Spänning är förändring i flöde över tid.) Det lämnar fyra möjliga förhållanden: motstånd, induktans, kapacitans och memristans. enter image description here

Om du vill ha en annan grundläggande komponent, du behöver en annan fysisk mängd för att relatera till dessa fyra. Och även om det finns många fysiska mängder man kan mäta, verkar ingen så tätt kopplade som dessa. Jag antar att detta beror på att elektricitet och magnetism är två aspekter av samma kraft. Jag antar vidare att eftersom elektromagnetism nu förstås vara en del av elektriskt svagt kraft kan man kanske ställa några förhållanden mellan den svaga kärnkraftsinteraktionen och våra fyra element av spänning, ström, laddning, och flöde.

Jag har inte den första aning om hur detta skulle manifesteras fysiskt, särskilt med tanke på den svaga kärnkraftsstyrkan relativa på något som är kortare än intranukleära avstånd. Kanske i närvaro av starka magnetiska eller elektriska fält som påverkar radioaktivt sönderfall? Eller för att fälla ut eller förhindra kärnfusion? Jag antar vidare (jag är på gång) att fältstyrkorna som krävs är fenomenala, varför de inte är praktiska för vardagsteknik.

Men det är mycket antagande. Jag är bara ingenjör och okvalificerad att spekulera i sådana saker.

Jag tror att det är mer som "någon bestämde att det finns fyra fysiska intressen för elektronik". Och egentligen kanske det bara finns två, eftersom laddningen är integralen av strömmen och flödet integralen av spänningen. Temperaturen är ganska viktig. Så är kraft, eller dess derivat, energi. Eller kanske vill jag integrera flöde för att få en ny sak och definiera en komponent om det.
Jag tror kanske att beviset ligger i kravet (som ställs i frågan) att dessa passiva komponenter är * linjära *, och det betyder att de har något linjärt samband mellan ström och spänning, så det kan inte finnas andra fysiska mängder av intresse, per definition. Men jag gissar bara.
Motstånd är * inte * definierat som \ $ R = \ frac {dv} {di} \ $ utan snarare som * proportionalitetskonstanten * för spänning och ström, \ $ R = \ dfrac {v} {i} \ $ så, * i bästa fall *, den här bilden är vilseledande. Till exempel uppfyller en ideal spänningskälla i serie med ett idealiskt motstånd \ $ R \ $ \ $ R = \ frac {dv} {di} \ $ * men en sådan kombination är inte ett grundläggande passivt kretselement *.
@AlfredCentauri Det finns lite förklaring i Wikipedia-artikeln för memristor som förklarar [varför allt skrevs som differentialekvationer] (http://en.wikipedia.org/wiki/Memristor#Theory). Jag kan inte säga att jag följer det (jag talar inte matematik så bra), men jag förstod det som "för att det gör det lättare att argumentera för memristorer."
Personligen skulle jag ha valt att definiera M tvärtom, så dq = MdΦ, då kan du jämföra med dq = Cdv och med rätta kalla dem flödeskondensatorer
@PhilFrost: På vilket sätt relaterar de fyra storheterna som visas mer "korrekt" än att säga att kondensatorer, motstånd och induktorer skapar ett förhållande mellan ström och antingen dV / dt, V eller integral (Vdt), eller mellan spänning och integral (Idt ), I eller dI / dt?
@supercat förlåt, jag har ingen aning. När jag ser matematik för något som jag inte redan har en intuitiv förklaring till, smälter mitt huvud. Jag ville bara tillhandahålla länken för referens.
Den enda anledningen till att flödet är i det här diagrammet är att de kan sätta två derivat i alla ekvationer - ur kretsteoretisk synvinkel är flöde och laddning inte riktigt inblandade alls.Vad är fel med V = RI, V = LI 'och V' = (1 / C) I?(där 'betecknar derivat med avseende på tid)
Phil Frost
2014-01-30 06:22:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Men varför kunde du inte uppfinna någon annan typ av passivt element? Finns det ett bevis?

Tja, det finns ett bevis, men det är cirkulärt. Om du tar "de fyra grundläggande elektroniska variablerna" finns det bara sex sätt att kombinera dem linjärt. Fyra av sätten är komponenter och de andra två är definitioner. Stephens svar förklarar detta väl. Det finns bara fyra passiva komponenter eftersom den som gjorde det påståendet bara tillät fyra variabler.

Jag kan "uppfinna" fler "saknade komponenter" genom att införa fler variabler. Ström är derivat av laddning med avseende på tid:

$$ i = \ frac {\ mathrm dq} {\ mathrm dt} $$

Jag ska definiera en ny term: surgingness. Det är härledningen från strömmen med avseende på tid:

$$ s = \ frac {\ mathrm di} {\ mathrm dt} $$

Mind blown? Sätt ihop det igen. Vi gör detta hela tiden inom fysik. Dessa sekvenser är analoga:

  • position, hastighet, acceleration
  • laddning, ström, svängning

Vi kan skilja variabler så många gånger som vi vill och ge resultaten namn, om vi vill. Fysik har till och med ett namn för härledningen av acceleration: ryck.

Nu kan vi sticka svängningar i den grafiken från Stephens svar. Det går under och till vänster om strömmen.

Nu kan vi fråga, vad är den komponent som förbinder överspänning med spänning? Det skulle vara en komponent som följer:

$$ \ mathrm dv = P \ mathrm ds $$

Jag ska ringa \ $ P \ $ Philistance . Komponenten kallas en Philator.

Vad är nyttan med denna komponent? Jag har ingen aning, men jag förutspår att den finns. Om några decennier, när den har uppfunnits, säger jag "Jag sa det" och var berömd.

Jag tror att du bara är en filistin.
Om \ $ s = \ frac {di} {dt} \ $ och \ $ dv = P ds \ $ då \ $ v = P \ frac {di} {dt} + V \ $, dvs * Philator * är bara en induktor i serie med en konstant spänningskälla.
@AlfredCentauri Vilket innebär att om du gör en _passiv_ Philator, kommer du verkligen att bli mycket känd.
@Buhb, en * passiv * Philator skulle vara som en * gift * ungkarl.
@AlfredCentauri Om du säger det. Jag var aldrig så bra på matte :) Jag undrade, vad händer om jag integrerar laddning och integrerar flöde, tänk då att det finns någon passiv komponent där. Kanske en "Forgistor"? Eller är det också en kombination av saker vi redan har?
Förlängning av fysikanalogin är hela listan upp till det sjunde derivatet "position, hastighet, acceleration, ryck, snäpp, knastring, pop"
@Buhb `om du gör en passiv Philator, kommer du verkligen att bli väldigt känd` gjorde min dag mycket bättre, tack!Det har varit länge jag skrattade så hårt
FiddyOhm
2014-01-30 06:49:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

jinawee,

Jag tror att det finns ett stort antal "passiva" komponenter som ännu inte har upptäckts och uppfunnits. "Passiv" är en något vilseledande och tvetydig term som vi använder inom elektronik. Inom elektroniken har vi mycket lös terminologi som ger nybörjare en kurvboll. Du skulle tro att för en exakt vetenskap skulle vi använda mer exakta språk. Inte så.

Som andra affischer har visat är de tre stora passiven motstånd, kondensatorer och induktorer. Jag vet inte om detta memristor gizmo. Under mina 50+ års erfarenhet av elektronik har jag aldrig haft en i min hand eller fått en i en kretsdesign jag har arbetat med.

Ändå tror jag att om du kunde komma på en enhet som kan omvandla frekvens till en proportionell likspänning, som ett termoelement omvandlar temperatur till spänning, kan du gå med i Michael Faraday i EE Heaven.

På samma sätt, om du skulle kunna uppfinna en enhet som omvandlar elektronflöde direkt till ljud utan att använda en magnet och spole, kan du också vara på något stort.

Eller för den delen ett elastiskt material som direkt omvandlar ström till drivkraft - den svårfångade konstgjorda muskelvävnaden. Det skulle för alltid förändra pornografivärlden lika mycket som Michael Faradays vibrerande spole gjorde.

Det har gått ett tag sedan EE-världen har haft en ny passiv komponent. Håll oss informerade om dina framsteg.

"konvertera frekvens till en proportionell likspänning" - menar du som ett lågpassfilter som vanligtvis används för att konvertera en PWN-utgång till en spänning för en billig, DAC?
"en enhet som omvandlar elektronflöde direkt till ljud utan användning av magnet och spole" - eller hur är det med en anordning som böjer ljus utan användning av en materiell lins?
"ett elastiskt material som direkt omvandlar ström till drivkraft" - eller en holodiod?
Michael, är du säker på att ditt efternamn INTE är Faraday? Dina idéer kanske låter galna, men det gjorde också tanken att spela in en röst på en bit tinfolie för 130 år sedan, eller skicka ett meddelande till en bit stakettråd 20 mil lång för 200 år sedan.
@Michael "hur är det med en enhet som böjer ljus utan att använda en materiell lins?" Titta upp mot himlen en klar dag så ser du en som lyser ljus.
@JAB exakt, tyngdkraft verkar krävas. men att skapa tillräckligt med tyngdkraft för att böja ljus och passa in det i något som passar i labbet, eller till och med i ansiktet, nu är det en utmaning.
@Michael Jag skulle vara försiktig med att sätta något med tillräcklig gravitationskraft för att böja ljus som också är tillräckligt liten för att passa på någons ansikte i någons ansikte. Verkar som farligt med tanke på den mängd massa som krävs; vad händer om det faller på personens fot?
@JAB Jag skulle vara mer orolig för vad som skulle hända om planeten skulle falla på enheten.
`I min 50+ års erfarenhet av elektronik` med all möjlig respekt, observera att de första faktiska memristorerna byggdes först nyligen, så inte konstigt att du inte gjorde det ... det betyder inte mycket.Jag har aldrig hållit en gaslaser och jag har sett ett stort antal andra ljusemitterande enheter. Att inte hålla / se-leva någon av dem betyder inte att dessa enheter inte finns (eller inte) finns ellervar användbar.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...