電気はどの方法で回路に電力を供給しますか？

今年の夏、いくつかの回路を使用して、最終的には誰もがやることに遭遇しました。私はこれの歴史的背景を理解していますが、私にとってはこの疑問が生じます：

たとえば、10ライト秒の長さのワイヤーに任意の数の双方向白熱電球をつないで、十分に強力なバッテリーに接続した場合、どうなりますか？電球はすべて一度に点灯しますか？+から-、-から+に点灯しますか？前もって感謝します。これは本当に私を悩ませてきました。

短い答え

スイッチを閉じた端末に最も近いランプが最初に点灯します。両方の端子が同時に閉じて切り替えられ、回路が電源と接地電位の中間で最初に充電されると、弦の両端のランプが最初に点灯します。真ん中のランプが最初に点灯することは不可能です。理由の説明をお読みください。

問題文

電圧源に直列に接続された2つのランプがあるとします。ランプから相互および電圧源までの距離は非常に大きいため、電荷の伝播に必要な遅延は顕著です。

無限の時間精度と無限の輝度精度を備えた各ランプに検出器があるとします。また、各電球の輝度がその端子間の電圧に正比例すると仮定します。そのため、非常に小さな電圧があっても、非常に小さな光が生成されます。このテスト設定では、どの電球が最初に点灯するかがわかります。

ワイヤとコンポーネントが理想的な方法で動作するという概念を捨てることは有益です。ワイヤを伝送ラインとしてモデル化します。この場合、最後に接続された端子から始まる電圧波があります。それぞれのケースを見てみましょう。相対電圧は+と-で表されます。したがって、高電圧から低電圧への順序は+++、++、+、-、-、-、-です。

ケース1：最初に接続されたグランド

この場合、回路ノードは最初に接地電圧に充電されます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

電源が接続されると、電子が電源によってシンクされると、電源端子から電圧波が始まります。LAMP1は両端に最初に電圧差があるため、最初に点灯します。

^{この回路をシミュレートする}

電圧波がグランド端子に到達すると、その一部が反射して反対方向に進む場合があります（リンギングを参照）。反射係数の絶対値が1未満であると仮定すると、波は無限時間後に最終的に消滅し、回路は回路の各ノードで一定の電圧に安定します。実際には、波はほとんど瞬時に減衰するように減衰する必要があります。

^{この回路をシミュレートする}

ケース2：最初に電源が接続された

この場合、回路ノードは最初に電源電圧に充電されます。

^{この回路をシミュレートする}

アースを接続すると、アースから電子が供給されるため、アース端子から電圧波が始まります。LAMP2は電圧差が最初にあるため、最初に点灯します。

^{この回路をシミュレートする}

電圧波が電源端子に到達すると、再びその一部が反射して反対方向に進み、回路が各ノードで一定の電圧に安定します。

^{この回路をシミュレートする}

ケース3：両方の端末が同時に接続されている

実際、このケースは回路の初期電圧に依存します。電源電圧とグランドの間にある場合、電源からの電圧波は回路から電子を引き出し（シンク）、グランドからの電圧波は電子を回路に押し込みます（ソース）。要約すると、2つの以前のケースの組み合わせであり、2つの波が反対方向に移動します。

どのランプが最初に点灯しますか？

図からの直観から、スイッチに最も近い電球が最初に点灯することがわかります。ライトは一度だけオフからオンに切り替わるか、または電圧波が回路を前後に反射するときに点滅します。徐々に、または非常に急激に切り替わる場合があります。動作は、回路全体のインピーダンスに依存します。これにより、反射の数と強度（ちらつき）だけでなく、電圧波の鋭さ（緩やかな切り替えと急激な切り替え）が決まります。

あなたは入ることができ、マクスウェル方程式と伝送線路理論とでオンと思われる光を正確に把握されfemptosecond、それについてのスーパー知識をひけらかすを取得します。しかし、数分で直感をつかむことができるのに、なぜこの質問に答えるために何年も費やすのでしょうか？あなたが知る必要があるすべては、その電圧である電位差として、移動中の波！あなたが知る必要があるのはそれだけです！

静電容量/インダクタンスのない無損失導体を想定します。電子は無限の速度で移動しないため、ワイヤを伝わるエネルギーの波をゆっくりと誘導するようにスイッチを切り替えることは完全に有効です。ただし、電流が流れると電球が点灯し、電子が動き始めてから電流が流れるだけなので、電磁界が完全に伝播するまでライトは点灯しません。すべての電球が同時に点灯します。

しかしながら！その理想的なモデルはでたらめです。実際には、ワイヤには静電容量とインダクタンスがあります。これらは回路に影響します。電球が並列に配線されていると想像してください。この場合、スイッチを切り替えると（正または負のいずれかの側に取り付けることができます）、スイッチに最も近い電球が最初にオンになります。