Dlaczego są tylko cztery elementy pasywne?

Czytałem, że istnieją cztery rodzaje elementów pasywnych: rezystancje, kondensatory, cewki indukcyjne i memrystory.

MEMRYSTOR przewidywano 30 lat zanim został on wyprodukowany. Ale dlaczego nie wymyśliłeś innego rodzaju elementu pasywnego? Czy jest dowód?

Definicja, której używam elementów pasywnych, jest czymś bez wzmocnienia, bez kontroli i liniowym.

components passive-components

— Jinawee
źródło

Jest taka sztywna grafika, którą mogłeś zobaczyć. en.wikipedia.org/wiki/… Niestety, po prostu gapię się na to i myślę o memrystorach, zamiast czuć, że odpowiedź na pytanie.

— Phil Frost

@PhilFrost Najwyraźniej nie jestem jedyną, która lubi tę grafikę!

— Stephen Collings

Myślę, że należy pamiętać, że każdy drut wykazuje rezystancję, pojemność i indukcyjność. Są to idealne elementy obwodu, ale w rzeczywistości są one charakterystyczne dla niemal każdego elementu obwodu. Memristor nie pasuje do tej formy. Nie można mówić o „memristance” drutu. Moim zdaniem memrystor nie należy do tego samego zestawu co rezystancja, pojemność i indukcyjność.

— Joe Hass

Używam elementów pasywnych jest czymś bez wzmocnienia, bez kontroli i liniowo. Zatem memrystor nie jest elementem pasywnym, ponieważ jest nieliniowy (z wyjątkiem trywialnego przypadku, w którym jest to tylko rezystor). Według Wiki dla memrystora mamy: gdzie q jest rozumiane jako całka czasowa z . Jeśli jest stałe, a zatem mamy rezystor. W przeciwnym razie nie jest funkcją liniową . Na przykład, jeśli to

v = M (q) i

$v = M(q)i$

i

$i$

M (q)

$M(q)$

v \propto i

$v \propto i$

v

$v$

i

$i$

M (q) = m q

$M(q) = mq$

\frac{d v}{d t} = m (i^{2} + q \frac{d i}{d t})

$\frac{dv}{dt} = m(i^2 + q\frac{di}{dt})$

— Alfred Centauri

@ jinawee, jeśli element pasywny musi być liniowy , memrystor nie jest elementem pasywnym. Z artykułu Wiki „Memristor”: w swoim artykule z 1971 r. Chua ekstrapolował konceptualną symetrię między rezystorem nieliniowym (napięcie vs. prąd), kondensatorem nieliniowym (napięcie vs. ładunek) a cewką nieliniową (wiązanie strumienia magnetycznego vs. prąd). Następnie wywnioskował, że istnieje możliwość zastosowania memrystora jako kolejnego podstawowego nieliniowego elementu obwodu łączącego wiązanie i ładunek strumienia magnetycznego.

— Alfred Centauri

Odpowiedzi:

Istnieją cztery fizyczne wielkości interesujące dla elektroniki: napięcie, strumień, ładunek i prąd. Jeśli masz cztery rzeczy i chcesz wybrać dwie, kolejność nie ma znaczenia , istnieją 4C2 = 6 sposobów na zrobienie tego. Dwie wielkości fizyczne są zdefiniowane w kategoriach pozostałych dwóch. (Prąd to zmiana ładunku w czasie. Napięcie to zmiana strumienia w czasie.) To pozostawia cztery możliwe zależności: opór, indukcyjność, pojemność i memristance. wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jeśli chcesz innego podstawowego składnika, potrzebujesz innej fizycznej wielkości, aby odnosić się do tych czterech. I chociaż istnieje wiele wielkości fizycznych, które można zmierzyć, żadna z nich nie wydaje się tak ściśle powiązana jak te. Przypuszczam, że dzieje się tak, ponieważ elektryczność i magnetyzm są dwoma aspektami tej samej siły . Przypuszczam ponadto, że skoro elektromagnetyzm jest obecnie rozumiany jako część siły osłabienia elektrycznego , można by ustalić pewne zależności między słabym oddziaływaniem jądrowym a naszymi czterema elementami napięcia, prądu, ładunku i strumienia.

Nie mam pierwszego pojęcia, jak to by się fizycznie zamanifestowało, zwłaszcza biorąc pod uwagę względną słabość słabej siły jądrowej w odległościach mniejszych niż wewnątrzjądrowe. Być może w obecności silnych pól magnetycznych lub elektrycznych wpływających na szybkość rozpadu promieniotwórczego? Lub w przyspieszaniu lub zapobieganiu syntezie jądrowej? Przypuszczam jeszcze (jestem na fali), że wymagane siły pola byłyby fenomenalne, dlatego nie są praktyczne w codziennej inżynierii.

Ale to dużo przypuszczeń. Jestem zwykłym inżynierem i nie mam uprawnień do spekulacji na takie tematy.

— Stephen Collings
źródło

Myślę, że to bardziej jak „ktoś zdecydował, że elektronika ma cztery fizyczne wielkości”. I naprawdę może są tylko dwa, ponieważ ładunek jest całką prądu, a strumień jest całką napięcia. Temperatura jest bardzo ważna. Podobnie jest z energią lub jej pochodną. A może chcę zintegrować strumień, aby uzyskać nową rzecz i zdefiniować komponent na ten temat.

— Phil Frost

Myślę, że być może dowodem jest wymóg (postawiony w pytaniu), że te pasywne komponenty są liniowe , a to oznacza, że mają one pewne liniowe zależności między prądem a napięciem, więc z definicji nie mogą istnieć inne fizyczne wielkości będące przedmiotem zainteresowania . Ale tylko zgaduję.

— Phil Frost

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

R = \frac{v}{i}

$R = \dfrac{v}{i}$

R

$R$

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

@AlfredCentauri W artykule Wikipedii na temat memristora znajduje się wyjaśnienie, które wyjaśnia, dlaczego wszystko napisano jako równania różniczkowe . Nie mogę powiedzieć, że podążam za nim (nie mówię zbyt dobrze z matematyki), ale zrozumiałem to jako „ponieważ ułatwia to argumentowanie o pamięć”.

— Phil Frost

Osobiście wolałbym zdefiniować M na odwrót, więc dq = MdΦ, wtedy możesz porównać z dq = Cdv i słusznie nazwać je kondensatorami strumieniowymi

— Pete Kirkham

Ale dlaczego nie wymyśliłeś innego rodzaju elementu pasywnego? Czy jest dowód?

Jest dowód, ale jest okrągły. Jeśli weźmiesz „cztery podstawowe zmienne elektroniczne”, istnieje tylko sześć sposobów na ich liniowe połączenie. Cztery sposoby są komponentami, a pozostałe dwa są definicjami. Odpowiedź Stephena wyjaśnia to dobrze. Istnieją tylko cztery elementy pasywne, ponieważ ktokolwiek złożył to twierdzenie, dopuszczał tylko cztery zmienne.

Mogę „wymyślić” więcej „brakujących elementów”, wprowadzając więcej zmiennych. Prąd jest pochodną ładunku w odniesieniu do czasu:

i = \frac{d q}{d t}

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

Mam zamiar zdefiniować nowy termin: wzrost. Jest pochodną prądu w odniesieniu do czasu:

s = \frac{d i}{d t}

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

Rozbity umysł? Złóż to z powrotem. Robimy to cały czas w fizyce. Te sekwencje są analogiczne:

pozycja, prędkość, przyspieszenie
ładunek, prąd, wzrost

Możemy różnicować zmienne tyle razy, ile chcemy i, jeśli chcemy, nadawać nazwy wyników. Fizyka ma nawet nazwę pochodnej przyspieszenia: szarpnięcie .

Teraz możemy zatrzymać wzrost w tej grafice z odpowiedzi Stephena. Idzie poniżej i na lewo od prądu.

Teraz możemy zapytać, jaki jest składnik łączący udar z napięciem? Byłby to składnik, który jest posłuszny:

d v = P d s

$\mathrm dv = P \mathrm ds$

$P$

Jaka jest użyteczność tego komponentu? Nie mam pojęcia, ale przewiduję, że istnieje. Za kilka dziesięcioleci, kiedy zostanie wynaleziony, powiem „tak wam mówiłem” i będę sławny.

— Phil Frost
źródło

Myślę, że jesteś tylko Filistynem.

— hobbs

s = \frac{d i}{d t}

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

d v = P d s

$dv = P ds$

v = P \frac{d i}{d t} + V

$v = P\frac{di}{dt} + V$

@AlfredCentauri Co oznacza, że jeśli stworzysz pasywnego Filatora, naprawdę będziesz bardzo sławny.

— Buhb

@Buhb, A pasywny Philator byłoby jakby żonatym kawalera.

— Alfred Centauri

@AlfredCentauri Jeśli tak mówisz. Nigdy nie byłem zbyt dobry z matematyki :) Zastanawiałem się, co jeśli zintegruję ładunek i zintegruję strumień, to wyobraź sobie, że jest tam jakiś element pasywny. Być może „Forgistor”? Czy jest to także kombinacja rzeczy, które już mamy?

— Phil Frost

Jinawee,

Myślę, że istnieje jeszcze wiele „pasywnych” komponentów, które należy odkryć i wynaleźć. „Pasywny” to nieco zwodniczy i dwuznaczny termin, którego używamy w elektronice. W elektronice mamy dużo luźnej terminologii, która rzuca początkującym piłkę. Można by pomyśleć, że dla dokładnej nauki użylibyśmy dokładniejszego języka. Skąd.

Jak wskazały inne plakaty, duże trzy elementy pasywne to rezystory, kondensatory i cewki indukcyjne. Nie wiem o tym gizmo memristor. Przez ponad 50 lat doświadczenia w elektronice nigdy nie trzymałem go w ręku ani nie wymyśliłem go w układzie, nad którym pracowałem.

Niemniej jednak myślę, że gdyby można było wymyślić urządzenie, które mogłoby przekształcać częstotliwość na proporcjonalne napięcie stałe, tak jak termopara konwertuje temperaturę na napięcie, można dołączyć do takich osób jak Michael Faraday w EE Heaven.

Podobnie, jeśli mógłbyś wymyślić urządzenie, które przekształca przepływ elektronów bezpośrednio w dźwięk bez użycia magnesu i cewki, możesz być również na czymś dużym.

Albo elastyczny materiał, który bezpośrednio przekształca prąd w siłę napędową - nieuchwytną sztuczną tkankę mięśniową. To na zawsze zmieni świat pornografii tak samo, jak drgająca cewka Michaela Faradaya.

Minęło sporo czasu, odkąd świat EE cieszył się nowym komponentem pasywnym. Informuj nas o Twoich postępach.

— FiddyOhm
źródło

convert frequency to a proportional DC voltage- masz na myśli jak filtr dolnoprzepustowy powszechnie używany do konwersji wyjścia PWN na napięcie dla taniego przetwornika DAC?

— Michael

a device which converts electron flow directly to sound without the use of a magnet and coil- a co z urządzeniem, które wygina światło bez użycia soczewki materialnej?

— Michael

an elastic material that directly converts current to motive force- czy holo-dioda?

— Michael

@Michael „a co z urządzeniem, które wygina światło bez użycia soczewki materialnej?” Spójrz w niebo w pogodny dzień, a zobaczysz, że świeci jasno.

— JAB

@JAB Bardziej martwi mnie to, co by się stało, gdyby planeta spadła na urządzenie.

— AJMansfield