मौलिक सर्किट कानून उच्च आवृत्ति एसी में क्यों टूटते हैं?

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हम अभी पूरे आरएफ दृश्य शुरू कर रहे हैं जो हमारे सभी पिछले पाठ्यक्रमों के लिए डीसी और कम आवृत्ति एसी से निपटा है।

मैं समझता हूं कि उच्च आवृत्ति एसी में, मौलिक सर्किट कानून अब लागू नहीं होते हैं और क्लासिक निष्क्रिय घटक मॉडल को बदलने की आवश्यकता होती है। इसके लिए औचित्य यह था कि उच्च आवृत्ति के एसी ट्रांसमिशन पर, तरंगदैर्घ्य बहुत छोटा हो जाता है और कभी-कभी पीसीबी आदि के तारों की तुलना में छोटा हो सकता है।

मैं समझता हूं कि यह एक ऐसा मुद्दा है जब विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ मुक्त स्थान के माध्यम से संचारित होता है लेकिन यह वास्तविक भौतिक तारों और पीसीबी के साथ एक एसी स्रोत द्वारा संचालित क्यों है? मेरा मतलब है कि यह एक सीधा संबंध है, हम विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग मुक्त स्थान के माध्यम से प्रचार करने के लिए नहीं कर रहे हैं और इसलिए तरंग दैर्ध्य और सामान सही मायने में नहीं होना चाहिए?

ac high-frequency

— AlfroJang80
स्रोत

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डीसी में, एक आदर्श प्रारंभ करनेवाला एक छोटा है और एक आदर्श संधारित्र एक खुला है। "डीसी से दिन के उजाले की" सीमा में, एक आदर्श प्रारंभ करनेवाला एक खुला है और एक आदर्श संधारित्र एक छोटा है। यदि आप GHz प्रदर्शन की ऊपरी सीमाओं के लिए डिज़ाइन किया गया एक Tektronix आस्टसीलस्कप खोलते हैं, तो आप कैपेसिटिव स्ट्रिपिंग और प्रवाहकीय ब्लॉकों की एक श्रृंखला द्वारा निर्मित प्रवाहकीय पथ देख पाएंगे जो कि एक साधारण ट्रेस की तरह दिखता है।

— जोंक

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लहर तार के दूसरे छोर तक पहुंचने में समय लेती है, क्या आपको नहीं लगता? यदि आपके पास एक प्रकाश-वर्ष-तार लंबा तार है, और आप बैटरी को एक छोर से जोड़ते हैं, तो कम से कम एक वर्ष पहले बैटरी का एहसास होगा, दूसरे छोर से जुड़ा कुछ भी नहीं है। और उस समय में आपकी बैटरी खुले तौर पर खुले सर्किट में डिस्चार्ज हो जाएगी।

— user253751

3

@EricDuminil वे आपके द्वारा बनाए गए तरीके की तरह व्यवहार भी करते हैं।

— user253751

4

@ मिनीबिस: यह है कि मैं आमतौर पर अपने असीम रूप से लंबे कॉक्स केबल्स के प्रतिबाधा को मापता हूं।

— प्लाज़्मा एचएच

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"हम विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग मुक्त स्थान के माध्यम से प्रचार करने के लिए नहीं कर रहे हैं" तकनीकी रूप से गलत है - भले ही आप उन्हें इस तरह से उपयोग करने का इरादा नहीं रखते हैं , यदि आपके पास भौतिक तार और उच्च आवृत्ति एसी है, तो वह मुक्त स्थान के माध्यम से प्रचार हो रहा है या नहीं आप इसे चाहते हैं या नहीं।

— पीटरिस

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वास्तव में, यह है तरंगों के बारे में सब। डीसी के साथ काम करते समय भी, यह सभी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र और तरंगों द्वारा प्रबंधित किया जाता है।

"मौलिक कानून" टूट नहीं रहे हैं। आपके द्वारा सीखे गए नियम कुछ शर्तों के तहत सटीक उत्तर देने वाले सरलीकरण हैं - आपने अभी तक मौलिक नियमों को नहीं सीखा है। आप सरलीकरण का उपयोग करने के बाद मौलिक कानूनों को जानने वाले हैं।

सरलीकृत नियमों के लिए ग्रहण की गई शर्तों का एक हिस्सा यह है कि सर्किट सिग्नल की तरंग लंबाई की तुलना में बहुत छोटा है। उन स्थितियों में, आप मान सकते हैं कि एक संकेत सर्किट भर में एक ही स्थिति में है। यह सर्किट का वर्णन समीकरणों में बहुत सारे सरलीकरण की ओर जाता है।

चूंकि आवृत्तियां अधिक हो जाती हैं (या सर्किट बड़े होते हैं) ताकि सर्किट तरंग दैर्ध्य का एक प्रशंसनीय अंश हो, यह धारणा अब मान्य नहीं है।

विद्युत सर्किटों के संचालन पर तरंग दैर्ध्य का प्रभाव पहले कम आवृत्तियों पर स्पष्ट हुआ, लेकिन बहुत बड़े सर्किटों के साथ - टेलीग्राफ लाइनें।

जब आप आरएफ के साथ काम करना शुरू करते हैं, तो आप तरंग दैर्ध्य तक पहुंचते हैं जैसे कि सर्किट का आकार जो आपके डेस्क पर बैठता है, उपयोग किए गए संकेतों की तरंग दैर्ध्य का एक प्रशंसनीय अंश है।

इसलिए, आप उन चीजों पर ध्यान देना शुरू करते हैं जिन्हें आप पहले आसानी से अनदेखा कर सकते थे।

अब आप जो नियम और समीकरण सीख रहे हैं, वे सरल, कम आवृत्ति सर्किट पर भी लागू होते हैं। आप सरल सर्किट को हल करने के लिए नई चीजों का उपयोग कर सकते हैं- आपको बस अधिक जानकारी और अधिक जटिल समीकरणों को हल करना होगा।

— JRE
स्रोत

अपूर्ण सामग्री के परजीवी प्रभाव, एलएफ में नगण्य, एचएफ इंजीनियर को काटेगा।

— ami

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ग्रेड-स्कूल विज्ञान भी हमें काटता है: गलत विचार यह है कि बिजली एक अलग प्रकार की ऊर्जा है, जो इलेक्ट्रॉनों = ऊर्जा, या कि इलेक्ट्रॉन प्रकाश की गति से यात्रा करते हैं जैसे श्रीमती फ्रेज़ल और बिल नी ने कहा। वास्तव में सभी सर्किट वेवगाइड हैं, ऊर्जा ईएम क्षेत्रों के रूप में बाहर की यात्रा करती है, सर्किट-ऊर्जा ईएलएफ रेडियो तरंगें हैं, और इलेक्ट्रॉन केवल ऊर्जा तरंगों के रूप में थोड़ा उलटते हैं, जो हमारे सर्किट्री में फैलते हैं। एक्सम एंटेना बिजली को ईएम फ़ील्ड में नहीं बदलते हैं, यह पहले से ही ईएम फ़ील्ड था; "बिजली" सभी के साथ फोटॉन था: यहां तक कि ईएम-खेतों की तरंग-ऊर्जा में भी डीसी सर्किट सौदा करते हैं।

— विफली

इसलिए मूल रूप से, हमें पूरे समय गलत तरीके से सिखाया जाता है।

— अल्फ्रोजंग80

3

@ AlfroJango80: बिल्कुल भी पीछे नहीं। आपने एक सरलीकरण सीखा जो बहुत सारी चीजों के लिए काम करता है। यह काफी सरल है कि आप इसके तुरंत साथ काम कर सकते हैं और सटीक पर्याप्त उपयोगी हो सकते हैं।

— जेआरई

@wbeaty एक डीसी वर्तमान में, इलेक्ट्रॉनों यात्रा करते हैं, यद्यपि निश्चित रूप से << c। लेकिन आप सही हैं कि यह अभी भी एक लहर है, क्योंकि हमेशा एक स्टार्टअप नॉन-डीसी वोल्टेज था, इसलिए हर समय फूरियरट्रांसफॉर्म में आवृत्ति घटक होते हैं।

— कार्ल विटथॉफ्ट ने

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ईएम के मौलिक कानून हैं मैक्सवेल के समीकरण :

\nabla \cdot E = 4 π ρ

$\nabla \cdot \mathbf{E} = 4\pi\rho$

\nabla \cdot B = 0

$\nabla \cdot \mathbf{B} = 0$

\nabla \times E = - \frac{1}{c} \frac{\partial B}{\partial t}

$\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{1}{c} \frac{\partial \mathbf{B}} {\partial t}$

\nabla \times B = \frac{1}{c} (4 π J + \frac{\partial E}{\partial t})

$\nabla \times \mathbf{B} = \frac{1}{c}\left( 4\pi\mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}\right)$

वे हमेशा ईएम के मौलिक कानून रहे हैं, लेकिन कम आवृत्तियों पर, हम उन बहुआयामी अंतर समीकरणों को हल करना मुश्किल पाते हैं, और सर्किट की हमारी समझ का समर्थन करने के लिए यह सब फायदेमंद नहीं है। आप तार के साथ प्रसार के लिए एक समीकरण को ठीक से हल करने के लिए समरूपता का आह्वान नहीं करना चाहते हैं, यदि आपके द्वारा रुचि वाले व्यवहार के संबंध में एक छोटी 18ga तार और एक लंबे 0000 तार के बीच शुद्ध अंतर 0.0000001% है।

तदनुसार, लोगों ने सरल समीकरणों के लिए इन समीकरणों को पहले ही एकीकृत कर दिया है, जैसे कम आवृत्तियों पर तार, और उन समीकरणों को पाया जो आपको पहले की कक्षाओं में दिए गए थे। ठीक है, अधिक विशिष्ट रूप से, हमने इन समीकरणों को पहले पाया, फिर मैक्सवेल के समीकरणों को पाया क्योंकि हमने ईएम में गहराई से धकेल दिया था, और फिर अंततः दिखाया कि मूल समीकरण मैक्सवेल के अनुरूप थे।

व्यक्तिगत रूप से, मुझे उदाहरण के द्वारा इसका पता लगाना सबसे अच्छा लगता है। मैं प्रसिद्ध टोम से एक उदाहरण लेना चाहता हूं: द आर्ट ऑफ़ हाई स्पीड डिजिटल डिज़ाइन (उपशीर्षक: ए हैंडबुक ऑफ़ ब्लैक मैजिक)। अपने परिचय में, वे बताते हैं कि कैसे महत्वपूर्ण संधारित्र प्रकार विकल्प हैं। वे असाधारण दावा करते हैं कि उच्च गति पर, एक संधारित्र एक प्रारंभ करनेवाला की तरह दिख सकता है क्योंकि इसके लीड दो समानांतर तार हैं। समानांतर तारों में एक अधिष्ठापन होता है।

$\frac{-1}{\omega C}$ $\omega L$ $\frac{-1}{\omega C} + \omega L = \frac{\omega^2 CL - 1}{\omega C}$ $\omega^2CL \ll 1$

इसी तरह, उच्च आवृत्तियों पर, इस तथ्य को अनदेखा करना कठिन हो जाता है कि तार ईएम विकिरण का उत्सर्जन करते हैं। कम आवृत्तियों पर, यह प्रभाव तुच्छ है, लेकिन उच्च आवृत्तियों पर, तार में ही बड़ी मात्रा में बिजली का प्रसार किया जा सकता है।

— Cort Ammon
स्रोत

Cort, जब @ τεκ का जवाब अधिक हो जाता है, तो मैं इसे वोट करूंगा।

— रॉबर्ट ब्रिस्टो-जॉनसन

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क्योंकि गांठ वाले तत्व मॉडल द्वारा आवश्यक धारणाओं का उल्लंघन किया जाता है। ढेलेदार तत्व मॉडल वह है जो आपको उपकरणों के भौतिक लेआउट और सर्किट पर विचार किए बिना, नोड्स द्वारा जुड़े प्रतिरोधों जैसे उपकरणों का विश्लेषण करने की अनुमति देता है।

ढेलेदार तत्व मॉडल मानता है:

कंडक्टर के बाहर समय में चुंबकीय प्रवाह का परिवर्तन शून्य है।

\frac{\partial ϕ_{B}}{\partial t} = 0

${\frac {\partial \phi _{B}}{\partial t}}=0$

तत्वों के संचालन के समय में प्रभारी का परिवर्तन शून्य है।

\frac{\partial q}{\partial t} = 0

${\frac {\partial q}{\partial t}}=0$

विशेषता लंबाई (नोड्स और उपकरणों का 'आकार) ब्याज के संकेत की तरंग दैर्ध्य की तुलना में बहुत कम है।

L_{c} << λ

$L_c << \lambda$

— τεκ
स्रोत

मुझे पता नहीं क्यों यह जवाब ढेर के शीर्ष पर एक नहीं है। यह सीधे और सही ढंग से मूल प्रश्न का उत्तर देता है।

— रॉबर्ट ब्रिस्टो-जॉनसन

9

मैं सहमत हूं - लेकिन बिना स्पष्टीकरण के इन समीकरणों को मानने के बजाय, मुझे यह देखना अच्छा लगा होगा कि किरचॉफ के समीकरण मैक्सवेल के समीकरणों से कैसे अलग हैं। टॉम ली के "प्लैनर माइक्रोवेव इंजीनियरिंग" का अध्याय 2.3 इस पर काफी अच्छा काम करता है।

— दिवाली १

यह एक उत्कृष्ट-टू-पॉइंट उत्तर है, हालांकि यह नियमों का उल्लंघन होने पर एलईएम के जटिल मॉडल को परिभाषित नहीं करता है, लेकिन अन्य उत्तर इस मुद्दे को कवर करते हैं।

— स्पार्क 2525

जब पारंपरिक lumped तत्व सर्किट मॉडल उच्च आवृत्तियों पर काम नहीं करता है, तो मैं निरंतर ट्रांसमिशन लाइनों ala finte element मॉडलिंग को अनुकरण करने के लिए और अधिक गांठ जोड़ देता हूं।

— richard1941

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यहाँ बहुत सारे जटिल (और सही) उत्तर हैं। मैं एक साधारण सादृश्य जोड़ूंगा - बंदूक की शूटिंग के बारे में सोचो:

10 सेमी की दूरी पर, बुलेट यात्रा का समय बस दूरी / वेग है और हिटपॉइंट प्रति बैरल की कुल्हाड़ी के समान है
10 मीटर की दूरी पर आप देखते हैं, कि गोली ने लक्ष्य को नीचे गिरा दिया, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण ने इसे थोड़ा नीचे खींच दिया और आपको इसके लिए अपने लक्ष्य को समायोजित करना होगा
20 मीटर पर आपको अधिक समायोजन की आवश्यकता होती है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण इसे अधिक प्रभावित करता है
100 मीटर की दूरी पर, आप देखते हैं कि गुरुत्वाकर्षण के साथ भी, यह फिट नहीं है। क्यों? हां, हवा है और गोली भी धीमी है। इसके अलावा, हम देखते हैं कि गोली सीधे उड़ने की तुलना में, बाकी सब कुछ कर रही है, क्योंकि यह रोटेशन एक तरफ ऊर्ध्वाधर वेग से संपीड़ित हवा के साथ संयुक्त है और गोलियां वहां नृत्य कर रही हैं। इसके अलावा, हम देख सकते हैं, यह शायद पूरी तरह से समरूप नहीं है, जो इसके दूसरे कारक को जोड़ता है
1000 मीटर पर हम देख सकते हैं, कि अभी कुछ और है - हाँ, पृथ्वी घूम रही है और यह भी मायने रखता है
इसलिए उच्च स्तर पर जाएं, जहां यह इतनी तेजी से अपनी जमीन को खत्म नहीं करेगा, परिक्रमा पर कहें और वहां शूटिंग करें - फिर से गिनती करने के लिए और अधिक है - हम चंद्रमा गुरुत्वाकर्षण के बारे में भी भूल गए
और इससे भी अधिक दूरी पर हम देखते हैं, कि केवल सूर्य गुरुत्व ही नहीं है, बल्कि सूर्य से निकलने वाला प्रकाश भी है, जो इसे थोड़ा बहुत धक्का देता है और यह सभी विद्युत रूप से सक्रिय कण होते हैं जो इसमें और धाराओं के क्षेत्र में बहुत कम धाराएं बनाते हैं ...
और बहुत लंबे समय तक (इंटरस्टेलर की तरह) अन्य आकाशगंगाओं के गुरुत्वाकर्षण का भी पता लगाता है (आश्चर्य की बात नहीं), लेकिन हमारे बुलडॉग के पास अपनी आंतरिक संरचना को बदलने का समय है, क्योंकि यहां तक कि सीसा रेडियोधर्मी क्षय द्वारा धीरे-धीरे अन्य रासायनिक तत्वों में टूट रहा है।

खैर अब यह सुपर जटिल है, इसलिए शुरू होने पर 10 सेमी की दूरी पर लौटने देता है - इसका मतलब है, कि सूत्र समय = दूरी / वेग काम नहीं करता है? या हमारे अंतिम सुपरकंप्लिकेटेड फॉर्मूला पर काम नहीं करता है?

ठीक है, दोनों काम करते हैं, क्योंकि उन सभी तत्वों को जो हमने धीरे-धीरे अपनी गणनाओं में जोड़ा है, अभी भी मौजूद हैं, केवल इतनी कम दूरी पर अंतर इतना छोटा है कि हम इसे माप भी नहीं सकते हैं। और इसलिए हम अपने "सरल" सूत्र का उपयोग कर सकते हैं - जो पूरी तरह से सटीक नहीं है, लेकिन कुछ उचित परिस्थितियों में उचित सटीक परिणाम देते हैं (5 दशमलव स्थानों के लिए कहो) और हम इसे तेजी से सीखने में सक्षम हैं, इसे तेजी से लागू करें और परिणाम प्राप्त करें, जो पैमाने पर (5 दशमलव स्थानों पर) सही हैं जो हमारे लिए दिलचस्प है।

वही डीसी में जाता है, धीमी एसी, रेडियो फ्रीक्वेंसी, अल्ट्रा हाई फ्रीक्वेंसी ... प्रत्येक निम्नलिखित पिछले के अधिक सटीक संस्करण है, प्रत्येक पिछले स्थिति में निम्नलिखित का विशेष संस्करण है, जहां छोटे अंतर इतने छोटे होते हैं, कि हम कर सकते हैं उन्हें शुरू करें और "अच्छा पर्याप्त" परिणाम प्राप्त करें।

— gilhad
स्रोत

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@ गिल्हाड यह उत्तर सभी ईई छात्रों के लिए पढ़ना, और अध्ययन करना चाहिए।

— analogsystemsrf

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मेरा मतलब है कि यह एक सीधा संबंध है, हम विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग मुक्त स्थान के माध्यम से प्रचार करने के लिए नहीं कर रहे हैं और इसलिए तरंग दैर्ध्य और सामान सही मायने में नहीं होना चाहिए?

यह बहुत गलत धारणा है। सिग्नल अभी भी ईएम वेव्स हैं और ईएम वेव्स बनी हुई हैं, अगर वे फ्री स्पेस या किसी कंडक्टर के जरिए फैलती हैं। कानून समान रहते हैं।

तरंग दैर्ध्य की लंबाई के क्रम में कनेक्शन (तारों) पर आप "लुम्प्ड तत्व" दृष्टिकोण का उपयोग नहीं कर सकते हैं। "ढेलेदार तत्व" दृष्टिकोण का अर्थ है कि कनेक्शन को "आदर्श" माना जाता है। तरंग दैर्ध्य और बड़े के क्रम में दूरी पर उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए, यह दृष्टिकोण अमान्य है।

इसलिए याद रखें: ईएम कानून अंतरिक्ष में या कंडक्टर के माध्यम से यात्रा करते समय ईएम लहर नहीं बदलते हैं, वे दोनों मामलों में लागू होते हैं। ईएम तरंगें खाली स्थान या एक चालक में ईएम तरंगें रहती हैं।

— Bimpelrekkie
स्रोत

ठीक है। मैं समझता हूं कि एक वोल्टेज के माध्यम से एसी वोल्टेज को प्रसारित करते समय ईएम तरंगें अभी भी मौजूद हैं - लेकिन वे वास्तविक वर्तमान प्रवाह में योगदान नहीं करते हैं (इसके अलावा विरोधी ईएमएफ के साथ इसे कम करने के अलावा)। तो फिर हमें अपने सभी कम-आवृत्ति और डीसी मॉडल को क्यों छोड़ना चाहिए जब अनिवार्य रूप से एसी चालू अभी भी उस तार के माध्यम से ठीक बह रहा है। मैं सिर्फ यह नहीं देखता कि एसी वेव और लोड से सीधा तार होने पर वेवलेंथ बहुत छोटा कैसे हो जाता है।

— अल्फ्रोजंग80

एक को जोड़ना चाहिए, यहां तक कि सबसे उच्च-गति वाले संकेतों के लिए भी एक "सामान्य" पीसीबी पर उम्मीद की जा सकती है, अगर कोई कैपेसिटेंस और एक पूरे ट्रैक के अधिष्ठापन को ध्यान में रखा जाता है, तो गांठ वाला मॉडल अभी भी लागू है। दूरियां छोटी होती हैं, आखिर।

— Janka

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@ AlfroJang80, एक द्विध्रुवीय एंटीना फ़ीड से उनके खुले सिरों तक सीधे तारों की एक जोड़ी है। और फिर भी यह वायरलेस आरएफ सिग्नल प्रसारित और प्राप्त कर सकता है। कहीं बहुत कम तार के बीच जो किसी ऊर्जा को संचारित या प्राप्त नहीं करता है, और एक चौथाई लहर द्विध्रुवीय होती है जो बहुत ही कुशलता से संचारित और प्राप्त करती है, एक मध्य जमीन होनी चाहिए जहां विकिरण प्रभाव महत्वपूर्ण हो लेकिन प्रमुख नहीं।

— फोटॉन

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@ AlfroJang80 एक साधारण स्थिति के बारे में सोचें जहां "वर्तमान" सिर्फ "इलेक्ट्रॉनों की चाल है।" यदि कुछ तार में पहले इलेक्ट्रॉन को घुमाना शुरू करता है, तो अगला क्या बनाता है, और निम्नलिखित में से एक 1 किमी दूर है अगर यह एक लंबा तार है - चाल? उत्तर, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन के चारों ओर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र। मत भूलो कि सिर्फ एक बैटरी, एक स्विच के साथ एक साधारण सर्किट, और एक रोकनेवाला तुरंत स्विच खोलने या बंद करने पर "डीसी सर्किट" नहीं होता है, क्योंकि वर्तमान परिवर्तन - लेकिन डीसी सर्किट में आपके पहले पाठ्यक्रम में विश्लेषण, आप उस तथ्य को नजरअंदाज करते हैं।

— एलेफोज़रो

2

@ AlfroJang80 करंट केवल आधा है, और वोल्टेज अन्य आधा है। यही कुंजी है। वर्तमान ईएम तरंग का चुंबकत्व भाग है, वोल्टेज ई-फ़ील्ड भाग है। "VI" "EM" है। सभी तारों waveguides हैं! लेकिन हम इसे अनदेखा कर सकते हैं, अगर हम कहते हैं कि ईएम तरंग वास्तव में एक अलग "ई," वोल्टेज, और "एम" वर्तमान है। फिर केवल डीसी वोल्ट / एम्प्स पर ध्यान केंद्रित करें, सर्किट की EM तरंगों को अनदेखा करें। लेकिन यहां तक कि डीसी 0Hz पर एक लहर है (या 0.0001Hz पर।) सर्किट-भौतिकी में, डीसी मौजूद नहीं है, और सब कुछ वास्तव में ईएम तरंगों को इलेक्ट्रॉनों की लंबी पंक्तियों द्वारा निर्देशित किया जाता है, सभी "बिजली" ऊर्जा के साथ केवल तारों के बाहर यात्रा करना। ।

— विक्की

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वे टूटते नहीं हैं, लेकिन जब वृद्धि का समय 10% तक पहुंच जाता है या लोड प्रतिबाधा के प्रसार के विलंब से कम होता है तो उस तरंगदैर्घ्य के कारण मिलान महत्वपूर्ण होता है। लोड प्रतिबाधा 1/4 तरंग दैर्ध्य पर एक स्रोत के लिए उलटा है चाहे वह संचालित या विकिरणित हो।

यदि लोड "ट्रांसमिशन लाइन और स्रोत" के प्रतिबाधा से मेल नहीं खाता है, तो कुछ गुणांक के अनुसार रिटर्न लॉस और प्रतिबिंब गुणांक कहा जाएगा।

यहां एक प्रयोग है जिसे आप आयोजित EM तरंगों को प्रदर्शित करने के लिए कर सकते हैं।

यदि आप 10 सेमी ग्राउंड क्लिप के साथ 10: 1 स्कोप जांच पर 1 मेगाहर्ट्ज स्क्वायर वेव की जांच करने की कोशिश करते हैं, तो आप 20 मेगाहर्ट्ज का एकमुश्त सहानुभूति देख सकते हैं। हां, जांच 50 ओम जनरेटर से मेल नहीं खाती है, इसलिए प्रतिबिंब 10 nH / सेमी ग्राउंड लीड और 50 pF / m विशेष जांच के अनुसार होगा। यह अभी भी एक lumped तत्व (LC) प्रतिक्रिया है।

पिन टिप और रिंग को बिना ग्राउंड क्लिप के केवल 10 सेंटीमीटर से कम 1: 10 तक कम करने पर, 200 मेगाहर्ट्ज पर जांच और दायरे की सीमा तक गुंजयमान आवृत्ति बढ़ जाती है।

अब एक 1: 1 1 मीटर की कोशिश करें जो 20 ns / m है, इसलिए 1: 1 जांच के साथ 1 m coax पर 20 ~ 50 MHz वर्ग तरंग एक तरंग दैर्ध्य और भयानक वर्ग तरंग प्रतिक्रिया के एक अंश पर प्रतिबिंब देखेगी जब तक कि 50 ओम के दायरे में समाप्त किया गया। यह एक आयोजित EM तरंग प्रतिबिंब है।

लेकिन 1 एनएसएस वृद्धि समय के साथ एक फास्ट लॉजिक सिग्नल पर विचार करें, इसमें 25 ओम स्रोत प्रतिबाधा हो सकती है और इसमें एक> 300 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ है इसलिए ओवरशूट एक माप त्रुटि या ट्रैक लंबाई प्रतिबिंबों के साथ वास्तविक प्रतिबाधा बेमेल हो सकता है।

अब 300 मेगाहर्ट्ज के तरंग दैर्ध्य के 5% की गणना 3e8 m / s पर हवा के लिए और 2e8 m / s कोअक्स के लिए करें और देखें कि प्रसार विलंब के समय क्या हैं जो बेमेल लोड से गूँज पैदा करते हैं, जैसे कि CMOS उच्च Z और 100-ओम ट्रैक । यही कारण है कि नियंत्रित प्रतिबाधा आमतौर पर 20 ~ 50 मेगाहर्टज से ऊपर की आवश्यकता होती है और यह रिंगिंग या ओवरशूट या प्रतिबाधा बेमेल पर एक प्रभाव के रूप में है। लेकिन इसके बिना, कुछ रिंगिंग की अनुमति देने के लिए तर्क में "0 & 1" के बीच इतना बड़ा ग्रे ज़ोन है।

यदि कोई शब्द अज्ञात हैं, तो उन्हें देखें।

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75
स्रोत

@PeterMortensen ty

— टोनी स्टीवर्ट Sunnyskyguy EE75

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हालाँकि यह एक दो बार उत्तर दिया गया है कि मैं इस तर्क को जोड़ना चाहूंगा कि मैं व्यक्तिगत रूप से सबसे अधिक आंखें खोलता हूं और टॉम ली की पुस्तक "प्लानर माइक्रोवेव इंजीनियरिंग" (अध्याय 2.3) से लिया गया है।

जैसा कि अन्य प्रतिक्रियाओं में संकेत दिया गया है, ज्यादातर लोग यह भूल जाते हैं कि किरचॉफ कानून केवल अनुमान हैं जो कुछ शर्तों (लंबित शासन) के तहत होते हैं जब अर्ध-स्थैतिक व्यवहार ग्रहण किया जाता है। यह इन सन्निकटन के लिए कैसे आता है?

आइए शुरू करते हैं मैक्सवेल के मुक्त स्थान में उद्धरणों के साथ:

\nabla μ_{0} H = 0 (1) \nabla ϵ_{0} E = ρ (2) \nabla \times H = J + ϵ_{0} \frac{\partial E}{\partial t} (3) \nabla \times E = - μ_{0} \frac{\partial H}{\partial t} (4)

$\nabla \mu_0 H=0 \qquad(1) \\ \nabla \epsilon_0 E = \rho \qquad(2) \\ \nabla\times H=J+\epsilon_0 \frac{\partial E}{\partial t} \qquad(3) \\ \nabla\times E=-\mu_0 \frac{\partial H}{\partial t} \qquad(4) \\$

समीकरण 1 कहता है कि चुंबकीय क्षेत्र में कोई विचलन नहीं है और इसलिए कोई चुंबकीय मोनोपोल नहीं है (मेरे उपयोगकर्ता नाम ;-);

समीकरण 2 गॉस का नियम है और कहता है कि इसमें विद्युत शुल्क (मोनोपोल) होते हैं। ये विद्युत क्षेत्र के विचलन के स्रोत हैं।

समीकरण 3 मैक्सवेल्स संशोधन के साथ एम्पीयर का नियम है: यह बताता है कि साधारण धारा के साथ-साथ समय-भिन्न विद्युत क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है (और बाद वाला एक संधारित्र में प्रसिद्ध विस्थापन वर्तमान से मेल खाता है)।

समीकरण 4 दूर का कानून है और बताता है कि एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र के कारण विद्युत क्षेत्र में परिवर्तन (एक कर्ल) होता है।

समीकरण 1-2 इस चर्चा के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन समीकरण 3-4 का जवाब है कि लहर का व्यवहार कहां से आता है (और चूंकि मैक्सवेल के समीकरण सबसे अधिक सामान्य हैं, वे सभी सर्किट incl DC पर लागू होते हैं): E में बदलाव से H में एक मौका बनता है। ई और इसके बाद में बदलाव का कारण बनता है। तरंग व्यवहार का उत्पादन करने वाला युग्मन शब्द है !

अब एक क्षण के लिए मान लें कि mu0 शून्य है। तब विद्युत क्षेत्र कर्ल मुक्त होता है और इसे एक क्षमता के ढाल के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, जिसका अर्थ यह भी है कि किसी भी बंद पथ के चारों ओर अभिन्न रेखा शून्य है:

V = \oint E d l = 0

$V = \oint E dl = 0$

वोइला, यह किरचॉफ वोल्टेज कानून का क्षेत्र-सैद्धांतिक अभिव्यक्ति है ।

इसी प्रकार, शून्य परिणाम में epsilon0 सेट करना

\nabla J = \nabla (\nabla \times H) = 0

$\nabla J = \nabla (\nabla \times H) = 0$

इसका मतलब है कि J का डाइवर्जन शून्य है जिसका अर्थ है कि कोई भी (नेट) करंट किसी भी नोड पर नहीं बन सकता है। यह किर्चॉफ्स करंट लॉ से ज्यादा कुछ नहीं है ।

वास्तव में epsilon0 और mu0 निश्चित रूप से शून्य नहीं हैं। हालांकि, वे प्रकाश की गति की परिभाषा में दिखाई देते हैं:

c = \sqrt{\frac{1}{μ_{0} ϵ_{0}}}

$c = \sqrt{\frac{1}{\mu_0 \epsilon_0}}$

प्रकाश की अनंत गति के साथ, युग्मन शब्द लुप्त हो जाएंगे और कोई तरंग व्यवहार नहीं होगा। हालाँकि, जब तरंग दैर्ध्य की तुलना में सिस्टम के भौतिक आयाम छोटे होते हैं तब प्रकाश की गति की बारीकियां ध्यान देने योग्य नहीं होती हैं (इसी तरह समय का फैलाव हमेशा मौजूद रहता है लेकिन कम गति के लिए ध्यान देने योग्य नहीं होगा और इसलिए न्यूटन के मूल्यांकन एक अनुमान हैं। आइंस्टीन सापेक्षता सिद्धांत)।

— divB
स्रोत

इतना कुछ क्यों? मुझे यह उत्तर पसंद है।

— नील_यूके

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विद्युत संकेतों को तारों (और पीसीबी निशान) के माध्यम से प्रचार करने में समय लगता है। निर्वात या वायु के माध्यम से EM तरंगों की तुलना में धीमी, हमेशा।

उदाहरण के लिए एक CAT5e केबल में एक मुड़ जोड़ी में 64% का वेग कारक होता है, इसलिए सिग्नल 0.64c पर यात्रा करता है, और यह एक नैनोसेकंड में लगभग 8 "जाएगा। एक नैनोसेकंड कुछ इलेक्ट्रॉनिक संदर्भों में एक लंबा समय है। यह 4 घड़ी है। उदाहरण के लिए, एक आधुनिक सीपीयू में चक्र।

परिमित आकार के कंडक्टरों के किसी भी विन्यास में अधिष्ठापन और धारिता होती है और (आमतौर पर) प्रतिरोध होता है इसलिए इसे बारीक घटकों का उपयोग करके बारीक स्तर पर बारीक किया जा सकता है। आप 20 श्रृंखला संधारित्रों और प्रतिरोधों को 20 कैपेसिटर के साथ तार को ग्राउंड प्लेन से बदल सकते हैं। अगर लंबाई की तुलना में तरंग दैर्ध्य बहुत कम है, तो आपको 200 या 2000 या .. की आवश्यकता हो सकती है जो भी तार और अन्य तरीकों से निकटता से आकर्षक लग सकता है, जैसे ट्रांसमिशन लाइन सिद्धांत (आमतौर पर ईई के लिए एक सेमेस्टर अंडरग्रेजुएट कोर्स) ।

केवीएल, केसीएल जैसे "कानून" गणितीय मॉडल हैं जो उचित परिस्थितियों में वास्तविकता को लगभग सटीक रूप से दर्शाते हैं। अधिक सामान्य कानून जैसे मैक्सवेल के समीकरण अधिक आम तौर पर लागू होते हैं। कुछ स्थितियाँ (शायद सापेक्षता) हो सकती हैं जहाँ मैक्सवेल के समीकरण अब बहुत सटीक नहीं हैं।

— स्पेरो पेफेनी
स्रोत

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मैक्सवेल के समीकरणों को संशोधित किया जा सकता है (लॉरेंत्ज़-फिट्ज़गेराल्ड) को सापेक्षवादी परिवर्तनों के तहत अपरिवर्तनीय बनाया जा सकता है। यदि आप जर्मन पढ़ते हैं (जैसा कि मैं करता हूँ) तो यह संभवतः रूपांतरित समीकरणों का सबसे अच्छा संक्षिप्त अवलोकन है जो मुझे जल्दी मिल सकता है। मैं यह भी पसंद इस ।

— Jonk

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यह है एक लहर। यहाँ जो चल रहा है, वही बात है, जिसके बारे में बात की जाती है, जब यह उल्लेख किया जाता है कि कैसे "बिजली प्रकाश की गति से चलती है" तब भी, जबकि इलेक्ट्रॉन बहुत धीमी गति से चलते हैं। वास्तव में यह लगभग 2/3 (IIRC) सबसे अधिक आचरण सामग्री में प्रकाश की गति है - इसलिए लगभग 200 000 किमी / सेकंड। विशेष रूप से, जब आप एक स्विच फेंकते हैं, उदाहरण के लिए, आप सर्किट के नीचे एक विद्युत चुम्बकीय तरंग भेजते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉनों को गति के लिए उकसाया जाता है। यह उस मामले में एक "कदम" लहर है - इसके पीछे क्षेत्र स्थिर उच्च है, इसके आगे, यह शून्य है, लेकिन एक बार जब यह इलेक्ट्रॉनों को पारित करता है तो वे आगे बढ़ रहे हैं। मुक्त अंतरिक्ष की तुलना में लहरें धीमी गति से एक माध्यम में चलती हैं, लेकिन वे अभी भी मीडिया के माध्यम से जाते हैं - यही कारण है कि आखिरकार, यह प्रकाश ग्लास से गुजर सकता है।

इस मामले में, वोल्टेज स्रोत लगातार आगे और पीछे "पम्पिंग" कर रहा है, और इस तरह से दोलन तरंगों को स्थापित कर रहा है कि बस उसी तरह, उसी गति से आगे बढ़ें। कम आवृत्तियों पर, 60 हर्ट्ज की तरह, इन तरंगों की लंबाई मानव पैमाने पर एक उपकरण के पैमाने से कहीं अधिक लंबी होती है, अर्थात् उस विशेष आवृत्ति के लिए लगभग 3000 किमी (200 000 किमी / सेकंड * (1/60 एस)), बनाम शायद एक विशिष्ट हाथ से आयोजित पीसीबी के लिए 0.1 मीटर (100 मिमी), जिसका अर्थ है 30 000 000: 1 स्केल फैक्टर, और इस प्रकार आप इसे एक समान करंट के रूप में मान सकते हैं जो समय-समय पर बदल रहा है।

दूसरी ओर, 6 गीगाहर्ट्ज - टेलीकॉम ट्रांसमिशन तकनीक के रूप में माइक्रोवेव आरएफ अनुप्रयोगों को कहने के लिए ऊपर जाएं - और अब तरंगदैर्ध्य 100 मिलियन गुना कम है, या 30 मिमी है। यह सर्किट के पैमाने की तुलना में छोटा है, लहर महत्वपूर्ण है, और अब आपको यह समझने के लिए अधिक जटिल इलेक्ट्रोडायनामिक समीकरणों की आवश्यकता है कि क्या हो रहा है और अच्छा ole 'किरचॉफ बस सरसों को नहीं काटेगा :)

— The_Sympathizer
स्रोत

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एक सरल उत्तर: क्योंकि परजीवी घटक जो आपके सर्किट आरेख में नहीं खींचे जाते हैं वे एक भूमिका निभाना शुरू करते हैं:

श्रृंखला प्रतिरोध (ESR) और कैपेसिटर की श्रृंखला अधिष्ठापन,
त्वचा के प्रभाव के कारण तारों का बढ़ता प्रतिरोध,
समानांतर भिगोना (एड़ी धाराओं) और संधारित्रों के समानांतर समाई,
वोल्टेज नोड्स के बीच परजीवी समाई (उदाहरण के लिए "जमीन" सहित पीसीबी निशान के बीच),
वर्तमान छोरों के परजीवी प्रेरण,
वर्तमान छोरों के बीच युग्मित अधिष्ठापन,
अनिश्चित प्रवर्तकों के बीच चुंबकीय क्षेत्र का युग्मन, जो घटक स्थापन की यादृच्छिक ध्रुवता पर निर्भर हो सकता है,
...

यह EMC का विषय भी है, यदि आप ऐसे सर्किट बनाना चाहते हैं जो वास्तव में क्षेत्र में काम करें।

इसके अलावा, आश्चर्यचकित न हों अगर आप यह भी नहीं माप सकते कि क्या चल रहा है। एक मेगाहर्ट्ज के ऊपर या तो यह एक आस्टसीलस्कप जांच को ठीक से जोड़ने के लिए एक कला बन जाता है।

— StessenJ
स्रोत

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आपको अपने प्रश्न का बहुत अच्छा जवाब मिला है, इसलिए मैं पहले से कही गई बातों को नहीं दोहराऊंगा।

मैं आपकी टिप्पणियों को विभिन्न उत्तरों के बजाय संबोधित करने का प्रयास करूंगा। आपके द्वारा पोस्ट की गई टिप्पणियों से आपको लगता है कि सर्किट को नियंत्रित करने वाले भौतिक कानूनों की एक बुनियादी गलतफहमी है।

आपको लगता है कि "एक तार में चल इलेक्ट्रॉनों" ईएम तरंगों से काफी असंबंधित हैं। और यह कि EM तरंगें कुछ विशेष स्थितियों या परिदृश्यों में ही चलती हैं। यह मूल रूप से गलत है।

जैसा कि दूसरों ने कहा है, मैक्सवेल के समीकरण (अभी से एमई) वास्तव में इस मुद्दे को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। वे समीकरण क्वांटम घटना को छोड़कर मानव जाति के लिए ज्ञात हर ईएम घटना को समझाने में सक्षम हैं। इसलिए उनके पास आवेदन की एक बहुत विस्तृत श्रृंखला है। लेकिन वह मुख्य बिंदु नहीं है जिसे मैं बनाना चाहता हूं।

आपको जो समझना चाहिए वह यह है कि विद्युत आवेश (इलेक्ट्रॉन, उदाहरण के लिए), अपने अस्तित्व के द्वारा उनके चारों ओर एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करते हैं। और अगर वे चलते हैं (अर्थात यदि वे विद्युत प्रवाह का हिस्सा हैं) तो वे एक चुंबकीय क्षेत्र भी उत्पन्न करते हैं ।

ट्रैवलिंग ईएम वेव्स (जिसे आम लोग आमतौर पर ईएम "वेव्स" के रूप में समझते हैं) केवल अंतरिक्ष ("वैक्यूम") या किसी अन्य भौतिक माध्यम से बिजली और चुंबकीय क्षेत्रों की विविधताओं का प्रसार है ।

मूल रूप से यही बात MEs कहती है।

इसके अलावा, एमईएस आपको यह भी बताता है कि जब भी कोई क्षेत्र बदलता है (विद्युत या चुंबकीय होता है) तो "स्वचालित रूप से" दूसरा क्षेत्र अस्तित्व में आता है (और यह अलग भी है)। इसीलिए ईएम तरंगों को इलेक्ट्रो-मैग्नेटिक कहा जाता है : (ए - टाइम) अलग-अलग इलेक्ट्रिक फील्ड से तात्पर्य मैग्नेटिक फील्ड और इसके विपरीत (ए-टाइम) अलग-अलग होता है। अलग-अलग एम-फील्ड के बिना कोई अलग ई-फील्ड नहीं हो सकता है और, सममित रूप से, अलग-अलग ई-फील्ड के बिना कोई अलग-अलग एम-फील्ड नहीं हो सकता है।

इसका मतलब है कि यदि आपके पास एक सर्किट में एक करंट है, और यह करंट DC नहीं है (अन्यथा यह केवल एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है), तो आप करंट के रास्ते के आसपास के सभी स्पेस में एक EM वेव करेंगे । जब मैं कहता हूं "सभी अंतरिक्ष में" मेरा मतलब है "सभी भौतिक स्थान", भले ही उस स्थान पर कौन से निकायों का कब्जा हो।

बेशक, निकायों की उपस्थिति एक वर्तमान द्वारा उत्पन्न ईएम फ़ील्ड के "आकार" (यानी विशेषताओं) को बदल देती है: वास्तव में, घटकों को "शरीर" को नियंत्रित क्षेत्र में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

आपके तर्क में भ्रम इस तथ्य से हो सकता है कि गांठ वाले घटकों को केवल इस धारणा के तहत अच्छी तरह से काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि क्षेत्र धीरे - धीरे भिन्न हो रहे हैं । इसे तकनीकी रूप से अर्ध-स्थैतिक क्षेत्र धारणा कहा जाता है : क्षेत्रों को ऐसा माना जाता है कि वे धीरे-धीरे अलग हो सकते हैं जो एक सच्चे डीसी स्थिति में मौजूद लोगों के समान हैं।

यह धारणा कठोर सरलीकरण की ओर ले जाती है: हमें सराहनीय त्रुटियों के बिना सर्किट का विश्लेषण करने के लिए किर्खॉफ के कानूनों का उपयोग करने की अनुमति देता है। इसका मतलब यह नहीं है कि घटकों और पीसीबी पटरियों के आसपास कोई ईएम तरंगें नहीं हैं। वास्तव में वहाँ हैं! अच्छी खबर यह है कि सर्किट के डिजाइन और विश्लेषण के उद्देश्य से उनके व्यवहार को धाराओं और वोल्टेज में उपयोगी रूप से कम किया जा सकता है।

— लोरेंजो डोनाटी मोनिका का समर्थन करता है
स्रोत

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आप वास्तव में दो सवाल पूछ रहे हैं: 1) "उच्च आवृत्तियों पर मौलिक सर्किट कानून क्यों टूटते हैं"। 2) "वास्तविक भौतिक तारों ..." का उपयोग करते समय उन्हें भी क्यों टूटना चाहिए

पहले प्रश्न को पिछले उत्तरों में शामिल किया गया है, लेकिन दूसरा प्रश्न मुझे विश्वास दिलाता है कि आपके दिमाग ने "इलेक्ट्रॉन्स मूविंग" से ईएम तरंगों को स्थानांतरित करने के लिए संक्रमण नहीं किया है, जिसे मैं संबोधित करूंगा।

ईएम तरंगें उत्पन्न होने के बावजूद , वे समान हैं (आयाम और आवृत्ति के अलावा)। वे प्रकाश की गति पर और "सीधी" रेखा में फैलते हैं ।
विशिष्ट मामले में जब वे एक तार में बहने वाले चार्ज द्वारा उत्पन्न होते हैं , तो लहर तार की दिशा का अनुसरण करेगी !
हर समय , जब आप चार्जिंग चार्ज से निपटते हैं , तो आप EM तरंगों से निपटते हैं । हालांकि, जब सर्किट के आकार के लिए तरंग दैर्ध्य का अनुपात काफी अधिक होता है, तो 2 और उच्च क्रम के प्रभाव काफी छोटे होते हैं, व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, उन्हें अनदेखा किया जा सकता है।

मुझे उम्मीद है कि अब यह स्पष्ट है कि तार केवल ईएम तरंगों को निर्देशित करने के लिए कार्य करते हैं , बजाय उनकी प्रकृति को बदलने के।

— Guill
स्रोत

बहुत खुबस! यही मेरी चिंता थी।

— एल्फ्रोजैंग 80

एक अंतिम बात। इसलिए कम-आवृत्ति वाले एसी में, इलेक्ट्रॉनों को आगे-पीछे किया जाता है और यह इमैग तरंगों को उत्पन्न करता है जो प्रचार करते हैं। हालांकि कम-आवृत्ति के कारण, इन तरंगों में निहित ऊर्जा की मात्रा नगण्य है और इसलिए इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम उन्हें खाते में लेते हैं या नहीं। उच्च-आवृत्ति वाले एसी में, इन इमैग तरंगों में अब बहुत अधिक ऊर्जा होती है और हमें उन्हें ध्यान में रखते हुए यह भी ध्यान रखना चाहिए कि सर्किट पर विभिन्न बिंदुओं पर वोल्टेज और करंट वेवफॉर्म भी देरी से आएंगे। क्या वो सही है?

— अल्फ्रोजैंग 80

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आपको बिजली के बारे में सोचने के तरीके को बदलने की जरूरत है। खाली जगह में एक इलेक्ट्रॉन के दोलन के रूप में अवधारणा के बारे में सोचो। डीसी में दोलन समान सामान्य दिशात्मक वेक्टर में इलेक्ट्रॉनों को धक्का और विस्थापित करते हैं। उच्च आवृत्तियों पर विस्थापन उच्च दर और अधिक यादृच्छिक रूप से कई दिशाओं में होता है, और हर बार जब आप इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित करते हैं तो कुछ होता है, और यहां सूचीबद्ध और पाठ्य पुस्तकों में समीकरणों का उपयोग करके मॉडल होता है। जब आप इंजीनियरिंग कर रहे हैं तो आप एक मॉडल बनाने की कोशिश कर रहे हैं और जो हो रहा है उसके पैटर्न की पहचान करें और समस्याओं को हल करने के लिए इसका उपयोग करें।

— डबल ई सीपीयू
स्रोत