作者zzss2003 (brotherD)
看板Physics
标题[问题] lumped-parameter system
时间Thu Feb 8 09:32:23 2018
【出处】Electric circuit
【题目】没有题目
【瓶颈】不太懂作者要表达的意思
(因在电子电机版PO文没有得到回应，故转贴来物理版)
嗨，大家好，小弟在看电路学，看到了以下这两段
图:
https://imgur.com/a/h4rKN
对第一个假设有一些疑问想与大家讨论
第一个假设: Electrical effects happen instantaneously throughout a system.
在看到这一句时，脑海很自然的联想到: 哦!由於electrical effects的来源是磁场与电场
，且磁场与电场的传播速度接近光速，所以如果把一个球的圆心当作中心点，其半径小於
光速每秒走的距离"很多"，那只要这颗球塞得下去的系统，都可以叫作lumped-parameter
system了吧?
然後作者後面举例子，说明如何判断系统是不是属於lumped-parameter system，是用波长
的角度解释这个规则(我不懂为甚麽要用波长的角度去解释)。
我对作者想表达的想法的理解如下:
美国的电力系统为60Hz，信号传送的速度为3x10^8m/s，则此电力系统信号的波长为
5x10^6m
(Note:波长的物理意义为 波跑一圈的距离)
如果一个电力系统的波长 <= 5x10^5m，则此系统则为lumped-parameter system
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
以上经过更正後，波长应为系统尺寸
问题:
1. 为什麽要以60Hz为基准?
2. 为什麽是判断电力系统是否为lumped-parameter system的条件式此系统的的波长要<=
5x10^5m，而不是以一个球的圆心，半径为5x10^5m的距离来判断?
以防万一第二个问题大家听不懂，画个图作解释:
https://imgur.com/a/tU2aj
谢谢版友指教，如小弟有观念上的错误麻烦请指正。
补充:
假设美国电力系统的信号是sin波，那这个信号在一个周期内会经历0 -> 1 -> 0 -> -1 ->
0。那对一个lumped-parameter system来说，当input收到0的信号时，代表整个系统"瞬间
"都要接收到0这个信号，如果把信号经历的周期细切成10等分，且信号在跑到整个距离的
1/10前就可以涵盖整个系统，则称此系统为lumped-parameter system，其中1/10是实际应
用中可以接受的误差程度。
不晓得以上的理解对不对?
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 60.248.26.157
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Physics/M.1518053545.A.42D.html
1F：→ fkdds: 电路学是电磁学的简化 02/08 11:58
2F：→ fkdds: 在电路中，是以电磁波的形式传递，科学家发现波长 02/08 11:59
3F：→ fkdds: 远短於实际的最大波长(例如你说的5*10^6m)时，可以用电路学 02/08 12:00
4F：→ fkdds: 的模型去求解 02/08 12:00
5F：→ fkdds: 第二则推文的"波长"，应改为"元件尺寸" 02/08 14:25
6F：→ fkdds: 另外，电力系统频率有国家为50Hz，有些为60Hz，这是规范出 02/08 14:27
7F：→ fkdds: 来的。 02/08 14:27
请问:
1. 在电路中的什麽东西是以电磁波的形式传递?
2. 波长远短於实际的最大波长，这两样分别是哪两个东西的波长?
3. 第二则推文是指@@?
※ 编辑: zzss2003 (60.248.26.157), 02/08/2018 15:12:09
8F：→ fkdds: 讯号本身就是电磁波，第二则推文就是是11:59之推文 02/08 15:16
9F：→ fkdds: 元件尺寸远小於实际电路系统传递之讯号的波长 02/08 15:17
10F：→ fkdds: 此时电阻电容电感其特性是单一，不会有特殊的效应，因此 02/08 15:18
11F：→ fkdds: 就能以电路学的简单模型分析 02/08 15:18
12F：→ fkdds: 在元件尺寸远小於系统实际传递的波长时，讯号经过元件时可 02/08 15:20
13F：→ fkdds: 只以电路学的观点分析，若是元件尺寸太大，和讯号的波长 02/08 15:21
14F：→ fkdds: 相近时，就得用电磁学的观点分析了，电路学的题目都是建立 02/08 15:22
15F：→ fkdds: 这个基本条件上 02/08 15:22
谢谢，经过您解释後，那我在原文的问题二的认知是对的罗?也就是以一个圆心为中心点，
向外的半径如果小於等於实际波长的1/10，任何放得下这个圆的系统都称为lumped-para-
meter system。
在我的认知里...在"电路中"的讯号指的是电压与电流，并不是电磁波。
如果讯号是以电磁波的形式，那指的应该是在"真空中"吧?
最後，我还是不懂为什麽要以国家电力系统的频率为基准，不能以别的频率为基准吗?
※ 编辑: zzss2003 (60.248.26.157), 02/08/2018 18:01:54
16F：→ fkdds: 您说的没错，电路里面是电子的运动，不是电磁波 02/08 18:20
17F：→ fkdds: 频率依照你给系统的讯号频率而定，原文书提电力系统是因为 02/08 18:21
知道了，谢谢
18F：→ fkdds: 电力系统在大学教育以前就有学科提过，阅读者会较容易了解 02/08 18:22
19F：→ fkdds: 另外，讯号在电线里的速度是远低於光速的，因为电子移动的 02/08 19:39
20F：→ fkdds: 电子在材料内移动的速度会被原子或其他缺陷干扰 02/08 19:40
21F：→ fkdds: 欧洲的LHC要将电子加速到接近光速，需要有极接近真空的环境 02/08 19:41
22F：→ fkdds: 请忽视我7点钟的推文，那是错误的观念 02/08 19:52
23F：→ wohtp: 楼上说错，即使在电路里，传递讯息的仍然是电磁场，不是靠 02/08 23:42
24F：→ wohtp: 电荷慢吞吞从导线一端流到另一端 02/08 23:42
25F：→ wohtp: 就像你打开水龙头，也不需要等水慢慢从水厂流过整个管路到 02/08 23:43
26F：→ wohtp: 你家才有水出来 02/08 23:43
27F：推 wohtp: 讯号是电压没错，但有电位差就是有电场啊 02/08 23:48
呃...等等，我想要厘清一下我的观念是否正确
电磁场是电场+磁场，电场只要有single electron就可以形成，磁场则是要electron
moving。
当对电路系统的input输入一个电压差(等於对一个电路系统输入一个电场)，电路里面的电
子群会受到电场影响同时移动(因为电场传播的速率很快，才可以说是"同时")，进而导致
电子流出现。
电压差所导致的电子流就是我上述说的，信号的形式。
由於电子在电路中有流动，所以会产生磁场。
但是，电场与磁场只会在电路中形成，并不会以"波"的方式传递。
也就是说，电场与磁场只是一个媒介，让信号(电流)藉由这个媒介被传递。
有错请指正，谢谢
※ 编辑: zzss2003 (60.248.26.157), 02/09/2018 10:43:52
28F：→ fkdds: 有电压的变化就会有电场，若电压是一种弦波，则电场也会是 02/09 12:04
29F：→ fkdds: 一种波，讯号藉由电子的运动传递到目标源，只是介质是导线 02/09 12:05
30F：→ fkdds: 电场不传播的话，那电力的电能就不会送到家里了 02/09 12:06
就算电压差没有变化(稳定的电压差)，还是会有电场呀~
但是，电场与磁场只会在电路中形成，并不会以"波"的方式传递。
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我这句话应该要有一个前提，就是系统的尺寸比信号波长的1/10还小
如果系统的尺寸比信号波长的1/10还大，我认为电场与磁场还是一个媒介，只是这个媒介
不能瞬间遍及整个系统，而且这个媒介的强度是时变的(电磁波的振幅)，信号指的还是电
流
※ 编辑: zzss2003 (60.248.26.157), 02/09/2018 13:37:29
31F：→ fkdds: 讯号可以透过电压的变化送出 02/09 13:59
32F：→ fkdds: 这种变化的形式就是一种波 02/09 14:00
33F：→ fkdds: 电场会随电压的变化而变化，所以也会是一种波(直流也算) 02/09 14:01
34F：→ fkdds: 如果你只是想要学电路学的分析手法的话 02/09 14:01
35F：→ fkdds: 知道微波电路不能用电路学的方式，要改用电磁学的方式分析 02/09 14:02
36F：→ fkdds: 这样就足够了 02/09 14:02
37F：推 wohtp: 不管系统尺寸大小，用波动方程，加上导体内电荷的运动方程 02/09 18:03
38F：→ wohtp: 式下去写，一定都不会错 02/09 18:03
39F：→ wohtp: 并不是系统变得足够小，电磁波这个概念就会突然不灵 02/09 18:04
40F：→ wohtp: 问题只是杀鸡不必用牛刀，有简单一百倍的近似不用是棒槌 02/09 18:05
41F：推 greature: 同意 wohtp 说的理解方式和随问题调整工具的概念 02/10 02:01
42F：→ greature: 补充资料: 从波动方程加导体内电荷运动方程後推出的结果 02/10 02:04
45F：推 billy18: 电磁学是基本，电子电路学是特例，前提就是书上说的近似 02/11 01:45
46F：→ wohtp: 另外，关於什麽东西传递讯息这回事： 02/11 15:02
47F：→ wohtp: 你打开墙上开关，两公尺外的电灯马上亮起来 02/11 15:03
48F：→ wohtp: 因为电灯有通电，但是那边的电子怎麽知道自己应该流动？ 02/11 15:04
49F：→ wohtp: 这个讯息并不是靠电子流动传播的 02/11 15:06