Recientemente aprendí que la corriente eléctrica fluye como una cadena de bicicleta donde todos los electrones se empujan entre sí al mismo tiempo. Esto me hizo pensar. ¿Tendría esto el mismo efecto a una escala astronómica donde se podría enviar un mensaje por telégrafo a 2,5 millones de años luz sin demora?
Para obtener crédito adicional, ¿podría jugar un papel la relatividad general?
No, las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz. Pero la velocidad de la luz en un conductor de cobre no es la misma que la velocidad de la luz en el vacío: c depende de la permeabilidad del campo eléctrico y de la permitividad del campo magnético. Como cuestión práctica, una señal eléctrica se propaga a una velocidad de aproximadamente 1 ns por cada 20 cm a 30 cm, dependiendo de cómo se construyan el conductor y el dieléctrico circundante.
Tienes razón en que la corriente fluye "como una cadena de bicicleta" en lugar de como una tubería de agua; Creo que falta la metáfora de la tubería de agua porque no tiene en cuenta la necesidad de una corriente de retorno. Nada más se comporta realmente como la electricidad, por lo que cualquier metáfora es solo una aproximación aproximada.
Sin embargo, si examinas la metáfora de la "cadena de bicicleta" más de cerca, realmente hay una onda de presión que se propaga a través de la cadena. Un lado está empujando y el otro está tirando. En una cadena de bicicleta real, esta metáfora se rompe porque una cadena solo puede tirar, no puede empujar. Pero la electricidad tiene cargas tanto positivas como negativas. En la electrónica de semiconductores, a veces hablamos de "agujeros" que se propagan a través de la nube de electrones de valencia; efectivamente, un "agujero" es un lugar donde hay menos electrones. Y estos "agujeros" se propagan a través de la nube como si fueran portadores cargados positivamente. Entonces, en efecto, hay una corriente de electrones cargados negativamente que fluyen en una dirección y una corriente virtual de "agujeros" cargados positivamente que fluyen en la dirección opuesta.
Y sí, a escalas astronómicas es esencial considerar los efectos relativistas. Es dudoso que uno pueda ensartar un par de cables entre dos galaxias, y mucho menos entre la Tierra y la Luna. Sin embargo, es práctico enviar una señal de radio o un pulso de luz. Marte está a 10-20 minutos luz de distancia, ese es el tiempo que tarda una señal de control de radio en propagarse entre una estación terrestre y un rover a control remoto.
Incluso si fuera factible unir un cable desde la Tierra a la galaxia de Andrómeda, que no lo es, la señal a lo largo de un cable viaja a una velocidad inferior a la de la luz. Así que no hay transmisión "instantánea" como entendemos la física hoy.
Por cierto, no podrías construir un cable de cobre lo suficientemente fuerte como para poder sostenerse y salir del pozo gravitatorio de la Tierra.
Las otras respuestas, aunque son esencialmente correctas, pierden la marca ligeramente con respecto a la razón. No es necesario referirse a la permitividad y la permeabilidad para explicar la velocidad de propagación finita. Después de todo, estamos hablando de espacio vacío y cables potencialmente superconductores aquí.
El hecho es que los electrones se "empujan" entre sí a través de sus campos eléctricos, cambios en los cuales se propagan a la velocidad de la luz en el vacío (o un poco más lento dentro de otros materiales). En otras palabras, si cambia un electrón de un lugar a otro, un electrón a 1 pie de distancia no "sentirá" sus efectos hasta 1 nanosegundo más tarde.
La luz se propaga a la velocidad de la luz, y ningún otro efecto, como el flujo de corriente, puede propagarse más rápido que eso. Sí, eso es un resultado directo de la relatividad especial.
Otra razón por la que la señal se propaga a una velocidad fija es que todos los conductores de tamaño distinto de cero tienen inductancia y capacitancia. Los dos cables que conectan las dos galaxias interactúan entre sí, así como con el universo en general. Llamamos a esta relación una "línea de transmisión", y cuando cambias las condiciones en un extremo de la línea (por ejemplo, cerrando una tecla de telégrafo), toma un tiempo finito para que los efectos se propaguen una distancia particular en la línea. Lleva tiempo acumular la corriente en la inductancia y cargar la capacitancia con voltaje.
Este factor de velocidad viene dado por la ecuación
$$ VF = \ frac {1} {c \ sqrt {LC}} $$
Los valores específicos de inductancia y capacitancia dependen de la permitividad y la permeabilidad del espacio libre, y serían diferentes si el espacio alrededor de los cables fuera algo distinto a un vacío, pero en cualquier caso se obtiene una velocidad finita de propagación. .
No. La señal viajará algo más lento que la velocidad de la luz en el vacío. Y se atenuará hasta el punto de no distinguirse para cables de más de unos pocos cientos de kilómetros.
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