Ayúdame a entender mejor los campos eléctricos

Estás imaginando una 'línea de transmisión'.

Ponga un interruptor en serie con su fuente de voltaje. Cuando la cierres, una onda de 5v y algo de corriente avanzará a lo largo de las líneas a la velocidad de la luz (asumiendo que los cables están al vacío, más lentos si hay aire o plástico alrededor).

La impedancia de las líneas está determinada por su geometría. La impedancia define qué tan grande es la onda de corriente que progresa junto con la onda de voltaje. Si las dos líneas están bastante juntas, digamos conductores de 1 mm separados por 10 mm, la impedancia será de unos 300 ohmios, algo así como la línea de alimentación balanceada de FM de estilo antiguo. Si cada cable tiene un aislamiento delgado y están torcidos juntos, entonces la impedancia será algo menor, rango de 50 a 100 ohmios.

Lo que sucede cuando esa onda alcanza finalmente la resistencia de 100 ohmios depende de la impedancia de la línea. Si son iguales, entonces la corriente y las ondas de voltaje estarán en la proporción correcta para que también sea correcta para la resistencia, y la onda se absorberá totalmente, dejando un voltaje de 5 V en la resistencia, con la corriente correcta a través de él.

Si no coinciden, se reflejará una ola más pequeña, para captar las partes de la ola que no coinciden. La onda continuará rebotando entre la fuente de voltaje y la carga, hasta que finalmente las pérdidas por reflexión atenúen las ondas hasta la insignificancia, dejando solo el flujo de CC entre la fuente y la resistencia.

Cuando la fuente de voltaje está encendida, se crea un campo eléctrico, proveniente de la batería. Este campo eléctrico viajaría a la velocidad de la luz. Como los cables "muy largos" son superconductores, los electrones no tienen resistencia, y cuando son activados por el campo eléctrico, aceleran . Esto sucede cuando el campo eléctrico es una fuerza, y eso hace que los electrones, que tienen algo de masa, se aceleren (a pesar de los efectos cuánticos). Un campo eléctrico acelera los electrones en el espacio libre. No hay noción de una sola corriente para definir el movimiento del electrón. En cambio, la corriente aumentaría y sería diferente en diferentes puntos del cable. Por qué esto es así porque se define como actual

I = qnAv

donde I es la corriente, v es la velocidad de los electrones en su conjunto (llamada velocidad de deriva), q es la unidad de carga electrónica y A es el área de la sección transversal del cable.

Este campo eléctrico (que viaja a la velocidad de la luz) y los electrones de aceleración (que viajan a la velocidad de la luz a medida que tienen masa y toman tiempo para acelerar) golpearían el elemento resistivo después de 10 segundos. Aquí el campo eléctrico continúa viajando a c (velocidad de la luz), pero ahora los electrones en la resistencia solo aceleran hasta una velocidad definida por el conductor, porque ahora los electrones enfrentan la resistencia al movimiento de los átomos de la resistencia.

Los electrones de aceleración del cable superconductor también golpearían la resistencia un poco más tarde después del campo, y también disminuirían su velocidad, alcanzando la velocidad de los electrones que ya estaban en la resistencia. Este golpe y desaceleración (y muchos otros efectos transitorios en los que no puedo profundizar) continuarán y se reducirán hasta que el movimiento de los electrones (en conjunto) alcance un estado estable y cause una corriente continua constante medible de, como dijiste, 50 mA.

Si alguna vez has comprado un cable coaxial, habrás notado que generalmente viene en variedades de 50 ohmios y 75 ohmios. Esto no significa que pueda medir 50 ohmios con un medidor; lo que significa es que el cable coaxial está dimensionado físicamente de modo que si se aplicara 1 voltio, la corriente inicial sería de 20 mA. De hecho, si el cable coaxial era infinitamente largo, con 1 voltio aplicado, 20 mA seguirían fluyendo.

Entonces, hay una potencia de 20 mW que fluye por el cable y cuando "golpea" la carga, si la resistencia de la carga no es de 50 ohmios, entonces parte de esa energía se refleja nuevamente en el cable; obtienes un frente de onda que baja y un frente de onda que retrocede. Si envía un impulso por su cable y se encuentra con otro cable de impedancia diferente, esto sucede: -

Partedelaenergíacontinúayotrapartesereflejadenuevoalafuente.Estopuedecausarestragosenlascomunicacionesdedatos.Sienvíaunimpulsohaciaabajoyveuncortocircuito,sedevuelvetodalaseñalperoseinvierte:-

Imágenesbonitastomadasde aquí y tenga en cuenta que este sitio web trata sobre reflexiones físicas en un sistema mecánico y, por supuesto, las matemáticas son prácticamente iguales y para enfatizar que aquí hay un pulso que viaja hacia abajo para golpear lo que en efecto es un circuito abierto: -

Laconclusiónesquesilaimpedanciadelmediocoincideconlacarga,lapotenciasetransfieresinreflexión.Aquíhayunescenariointeresante;unaondasinusoidalseenvíaporuncableyproduceuncortocircuito:-

Observe cómo las ondas viajeras de izquierda a derecha y de vuelta de derecha a izquierda se combinan para producir una onda estacionaria (llamada onda estacionaria). La relación de los picos a los valores nulos es la relación de onda estacionaria y, en este ejemplo sin pérdida, la ROE es infinita. En la práctica, las pérdidas de cable reducen el SWR, pero un cortocircuito puede producir SWR de decenas o cientos. Una combinación perfecta tiene un SWR de 1.