Как получается, что два электрических тока могут проходить в противоположных направлениях на одном и том же проводе одновременно, не мешая друг другу?

«Введение в теорию информации: символы, сигналы и шум » Джона Р. Пирса говорит следующее:

Хотя линейность является поистине удивительным свойством природы, она ни в коем случае не редкость. Все схемы, состоящие из резисторов, конденсаторов и индукторов, обсуждаемых в главе I в связи с теорией сетей, являются линейными, как и телеграфные линии и кабели. Действительно, обычно электрические цепи являются линейными, за исключением случаев, когда они включают вакуумные трубки, или транзисторы, или диоды, и иногда даже такие цепи являются по существу линейными.

Поскольку телеграфные провода являются линейными, то есть просто потому, что телеграфные провода таковы, что электрические сигналы на них ведут себя независимо, не взаимодействуя друг с другом, два телеграфных сигнала могут распространяться в противоположных направлениях на одном и том же проводе одновременно, не мешая друг другу. , Однако, хотя линейность является довольно распространенным явлением в электрических цепях, она ни в коем случае не является универсальным природным явлением. Два поезда не могут двигаться в противоположных направлениях на одном и том же пути без помех. Предположительно, они могли бы, если бы все физические явления в поездах были линейными. Читатель может размышлять о несчастной партии по-настоящему линейной расы существ.

Размышляя об этом с физической точки зрения, мне было интересно, как получается, что телеграфные провода являются линейными, в том смысле, что два телеграфных сигнала (другими словами, два электрических тока) могут проходить в противоположных направлениях на одном и том же проводе одновременно не мешая друг другу?

Я наивно думал о проводе как однополосная дорога с двусторонним движением. По этой аналогии автомобили смогут двигаться в любом направлении, но не одновременно. Насколько я понимаю, в твердом теле движение электронов производит электрический ток, поэтому электроны будут автомобилями. Учитывая авторское объяснение линейности, что здесь происходит с электронами, которые позволяют этот параллельный, двусторонний поток тока?

Я не нашел ничего на странице Википедии для линейных цепей, которые разъясняют это физическое свойство линейности.

Я был бы очень признателен, если бы люди могли потратить время на разъяснение этого.

PS У меня нет опыта работы в электротехнике, поэтому приветствуется объяснение в основном.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Основываясь на комментариях из предыдущего потока, я понимаю, что моя аналогия была бы более точной, если бы я представлял электроны как двухсторонние автомобили-бамперы, а затем представлял себе полосу с двусторонним движением, которую они населяют, как заполненную этими автомобилями, так что Движение в любом направлении (электрический ток в любом направлении) представлено последовательным движением «толкания / толкания», подобно волне, которая поддерживается каждым автомобилем, «толкающим / толкающим» в тот, который находится «впереди» (в направление тока).

РЕДАКТИРОВАТЬ 2: Я вижу много ответов, которые говорят мне, что суть моего недоразумения исходит из того, что я предполагаю, что электрический ток и сигнал - это одно и то же. И эти ответы правильны, я был в предположении , что электрический ток и сигнал одно и то же, потому что автор продолжает подразумевая , что они одно и то же в тексте (или он не в состоянии четко различать два)! Смотрите следующие выдержки из этой же главы:

Пока Морс работал с Альфредом Вейлом, старое кодирование было оставлено, и то, что мы теперь знаем как код Морзе, было разработано к 1838 году. В этом коде буквы алфавита представлены пробелами, точками и тире. Пробел - это отсутствие электрического тока, точка - электрический ток короткой длительности, а тире - электрический ток большей длительности.

$$\vdots$$

Трудность, с которой Морс столкнулся со своим подземным проводом, оставалась важной проблемой. Различные цепи, которые одинаково хорошо проводят постоянный электрический ток, не обязательно одинаково подходят для электрической связи. Если кто-то посылает точки и черты слишком быстро по подземному или подводному кругу, они бегут вместе на приемном конце. Как показано на рисунке II-1, когда мы посылаем короткий всплеск тока, который внезапно включается и выключается, мы получаем на дальнем конце цепи более продолжительное сглаженное нарастание и спад тока. Этот более длинный поток тока может перекрывать ток другого символа, отправленного, например, как отсутствие тока. Таким образом, как показано на рисунке II-2, когда передается четкий и отчетливый сигнал, он может приниматься в виде неопределенного блуждающего нарастания и спада тока, который трудно интерпретировать.

Конечно, если мы сделаем наши точки, пробелы и тире достаточно длинными, ток на дальнем конце будет лучше следовать за током на передающем конце, но это замедляет скорость передачи. Понятно, что с данной схемой передачи как-то связано ограничение скорости передачи для точек и пространств. Для подводных кабелей эта скорость настолько мала, что беспокоит телеграфистов; для проводов на столбах это так быстро, чтобы не беспокоить телеграфистов. Ранние телеграфисты знали об этом ограничении, и оно также лежит в основе теории коммуникации.

Даже несмотря на это ограничение по скорости, могут быть предприняты различные действия для увеличения количества писем, которые могут быть отправлены по заданному каналу за определенный период времени. Тире отправляется в три раза дольше, чем точка. Вскоре стало понятно, что можно получить с помощью двухтоковой телеграфии. Мы можем понять это, представив, что на приемном конце гальванометр, устройство, которое обнаруживает и указывает направление потока малых токов, подключен между телеграфным проводом и землей. Чтобы указать точку, отправитель соединяет положительный вывод своей батареи с проводом, а отрицательный вывод - с землей, а стрелка гальванометра перемещается вправо. Чтобы отправить тире, отправитель подключает отрицательный вывод своей батареи к проводу, а положительный вывод - к земле, и стрелка гальванометра движется влево. Мы говорим, что электрический ток в одном направлении (в провод) представляет собой точку, а электрический ток в другом направлении (вне провода) представляет собой тире. Отсутствие тока вообще (аккумулятор отключен) представляет собой пробел. В реальной двухтоковой телеграфии используется другой тип приемного инструмента.

В одночастотной телеграфии у нас есть два элемента, из которых мы можем построить наш код: текущий и нет тока, которые мы могли бы назвать 1 и 0. В двухтоковой телеграфии у нас действительно есть три элемента, которые мы могли бы охарактеризовать как прямой ток, или ток в провод; нет тока; обратный ток или ток из провода; или как +1, 0, -1. Здесь знак + или - указывает направление протекания тока, а цифра 1 - величину или силу тока, которая в этом случае равна протеканию тока в любом направлении.

В 1874 году Томас Эдисон пошел дальше; в своей четырехгранной телеграфной системе он использовал две силы тока, а также два направления тока. Он использовал изменения в интенсивности, независимо от изменений в направлении текущего потока, чтобы отправить одно сообщение, и изменения в направлении текущего потока, независимо от изменений в интенсивности, чтобы отправить другое сообщение. Если мы предположим, что токи одинаково отличаются друг от друга, мы могли бы представить четыре различных условия протекания тока, посредством которых два сообщения передаются по одной цепи одновременно как +3, +1, -1, -3. Интерпретация их на принимающей стороне показана в таблице I.

На рисунке II-3 показано, как точки, тире и пробелы двух одновременных независимых сообщений могут быть представлены последовательностью четырех различных текущих значений.

Ясно, что объем информации, которую можно отправить по цепи, зависит не только от того, насколько быстро можно передавать последовательные символы (последовательные значения тока) по цепи, но также и от того, сколько различных символов (различных значений тока) можно выбрать среди , Если мы имеем в качестве символов только два тока +1 или 0 или, что столь же эффективно, два тока +1 и - 1, мы можем передать приемнику только одну из двух возможностей одновременно. Однако, как мы видели выше, если мы можем выбрать одно из четырех текущих значений (любое из четырех символов) за один раз, например, +3 или + 1 или - 1 или - 3, мы можем передать с помощью эти текущие значения (символы) представляют собой две независимые части информации: будем ли мы обозначать 0 или 1 в сообщении 1 и будем ли мы обозначать 0 или 1 в сообщении 2. Таким образом, для данной скорости отправки последовательных символов использование четырех текущих значений позволяет нам отправлять два независимых сообщения, каждое из которых так же быстро, как два текущих значения позволяют отправить одно сообщение. Используя четыре текущих значения, мы можем отправлять вдвое больше писем в минуту, чем два.

И этот учебник не предполагает каких-либо предварительных знаний в области физики или электротехники, поэтому кажется маловероятным, что читатели смогут различать сигнал и электрический ток - особенно с учетом того факта, что автор, кажется, постоянно подразумевает, что они одинаковы ( или не может каким-либо образом отделить их от людей без такого фона).

Объяснение физики состоит в том, что волноводы (включая свободное пространство) имеют ортогональные моды для двух направлений распространения. Это означает, что два сигнала, идущие в противоположных направлениях, не будут мешать. (Это не приближение, помех не будет ).

Устройство, которое разделяет «переданный» и «полученный» сигнал, является циркулятором . Он существует также в оптической области и может использоваться для реализации дуплексной связи по одному оптическому волокну. В области RF это может быть использовано для разделения сигналов приема и передачи по одной антенне (в то же время и на одной частоте, конечно). Практически часто используют разные частоты для передачи и приема, в основном по техническим причинам. Циркуляционный насос не имеет идеальной изоляции, и разделение не очень хорошо работает для очень слабых принимаемых сигналов. Но если бы у кого-то было идеальное циркуляторное устройство, устройство сработало бы.

В старой аналоговой телефонной системе была только одна проводная пара, но можно было говорить и слышать одновременно.

TL / DR: очень простое объяснение состоит в том, что в проводе есть напряжение и ток, и это можно использовать для передачи отдельной информации в двух направлениях. Учтите следующее:

На одной стороне провода находится управляемый источник напряжения, а информация, подлежащая передаче, представляет собой мгновенное напряжение. На другой стороне провода находится управляемый источник тока (или, лучше, «сток»). Информация, подлежащая передаче здесь, - это мгновенный ток. Очевидно, что станция 1 (станция с источником напряжения) может считывать сигнал от источника 2, просто измеряя ток через провод. Станция 2 также может принимать сигнал от станции 1 путем измерения напряжения на клеммах ее источника тока. Таким образом, это доказывает, что вы можете передавать информацию в двух направлениях одновременно по одной проводной паре. И если вы сомневаетесь, что может быть невозможно подключить источник / приемник тока к источнику напряжения. Это вполне возможно,

РЕДАКТИРОВАТЬ: Существует также элементарное объяснение для волн: волна свободного пространства имеет колебательное электрическое и магнитное (E и H) поле. Они ориентированы под углом 90 ° в пространстве и имеют временной сдвиг фазы на 90 °. Это + 90 ° для прямого и -90 ° для обратного направления распространения (это может быть наоборот в зависимости от выбора системы координат или знака фазы). Также отношение амплитуды магнитного и электрического поля фиксируется к волновому сопротивлению среды (которое составляет 377 Ом для вакуума). Если теперь у нас есть распространяющаяся волна назад и вперед, мы будем иметь суперпозицию электрического и магнитного полей повсюду в пространстве и времени. Однако идеальное разделение обеих волн возможно. Проще говоря: электрические поля будут складываться, а магнитные поля будут вычитаться (из-за общего сдвига фаз на 180 °). Поскольку амплитуды полей E и H каждого компонента имеют фиксированное отношение, мы можем заменить H на поле E (или наоборот) и решить для двух амплитуд поля E четвертой и обратной распространяющихся волн. Это показывает, что идеальное разделение двух направлений распространения возможно.

И очень абстрактное физическое объяснение этому заключается в том, что, как я писал ранее, моды, соответствующие двум направлениям распространения, всегда ортогональны и сигналы не мешают.

в том смысле, что два телеграфных сигнала (другими словами, два электрических тока) могут проходить в противоположных направлениях на одном и том же проводе в одно и то же время, не мешая друг другу

$0~V$$0~A$

Если две текущие волны движутся в противоположном направлении, волны без проблем проходят друг через друга, точно так же, как две звуковые волны могут распространяться в противоположных направлениях в одной и той же среде.

(Здесь синий цвет перемещается влево, зеленый - вправо, а красная волна - это их суперпозиция. Красная волна - это распределение тока / напряжения, которое измеряется в проводе во времени.)

$x^2$$x^3$$U(x, t)$$I(x,t)$

В частности, уравнения, описывающие волны в линии передачи, даже имеют название: уравнение телеграфа .

$L, C, G$$R$$x$$t$

$U$$I$$U_1(x,t)$$U_2(x,t)$

Примечание о ДК:

Наличие двух токов, протекающих в противоположных направлениях, аннулирует их вклады и не приводит к отсутствию тока. Кроме того, вы можете убедить себя, что постоянный ток (DC) не может течь в обоих направлениях одновременно, просто по закону Ома :

$R$$U = \varphi_2 - \varphi_1$$I = \frac{U}{R}$ для потока. Ток (состоящий из движущихся положительных зарядов) движется от более положительного потенциала к более отрицательному потенциалу.

Если мы сделаем оба потенциала равными, разницы не будет, а ток будет равен нулю.

Единственный способ получить ток на обоих концах - это иметь источник посередине, что не очень интересно.

Есть ваша проблема: телеграфные сигналы не являются электрическими токами. (Мы могли бы также сказать, что телеграфные сигналы вместо напряжения.) Что является правильным? Ни.

Чтобы решить эту проблему, отказаться от электроники и вместо этого вернуться к физике позади него. На самом деле телеграфные сигналы (и даже все электрические сигналы повсюду) на самом деле являются электрической энергией; то же самое, что свет и радиоволны. Сигналы изменениями , и изменяющийся ток включает в себя напряжение, так же как и изменяющиеся напряжения, связанные с током. Сигналы - это ватты, а не просто ампер и не только вольт.

Сигнал-энергия ведет себя не так, как токи в цепях. В то время как энергия проникает через цепь, вместо этого нет тока или тока заряда. Заряды просто вращаются через петлю в целом, или, возможно, слегка покачиваются назад и вперед, но ток не движется вперед при скорости света. Что-то летит со скоростью света. Мы измеряем и обсуждаем это с точки зрения ватт или «ваттности». Усилители не летают быстро, усилители разные, усилители - это медленные движения «среднего»; это море заряда находится внутри каждого провода. Волны против среднего. Что-то вроде звуковых волн против ветра. Электрический ток похож на ветер, а сигналы - на звуковые волны. (И, конечно, звуковые волны - это ветер туда и обратно! Воздух покачивается, а волны распространяются вперед.)

Как два независимых сигнала могут проходить через электрическую цепь? Сначала спросите себя, как две независимые звуковые волны могут проходить через одну и ту же область воздуха. А на пруд бросьте двух камешков и спросите себя, как два волнистых рисунка ряби проходят сквозь друг друга без взаимодействия. Почему один лазерный луч не блокирует другой, когда они пересекаются? Это то, что могут делать все волны, если среда линейная. В линейной системе волны могут складываться, а затем снова вычитаться, поэтому они пересекаются друг с другом без взаимодействия. Это работает для света внутри оптического волокна. Это работает для звука внутри трубы органа. Он работает для коаксиального кабеля с импульсами, идущими в противоположных направлениях, и работает для телеграфных сигналов, распространяющихся со скоростью света по одной паре, одной цепи.

Ответ на ваш вопрос включает в себя главу вашей книги по физике. Ответ на ваш конкретный вопрос о цепях открывает целую увлекательную область электроники: отражения от кабеля и стоячие волны на проводах.

С другой стороны, два постоянных тока не могут занимать одну и ту же цепь, поскольку они теряют свою идентичность, объединяясь в суммарный ток. (Не забывайте, что каждая цепь представляет собой однооборотный индуктор. Точно так же два разных напряжения не могут занимать один и тот же конденсатор! В обоих случаях они объединяются и не могут снова быть вычтены.) Два постоянных тока могут занимать один провод, всякий раз, когда этот провод является общим сечением двух в противном случае отдельных цепей. Но они делают это, складывая, чтобы сформировать третий поток в этом общем разделе. (Например, они могли бы вычесть нулевой ток в этом разделе, если бы они оказались равными и противоположными. Один электрон не может фактически течь в двух направлениях одновременно.)

И в то же время две совершенно независимые энергетические волны (сигналы) могут распространяться через одну цепь. КАК? Он включает в себя E и M оба, и в этом есть секрет: чтобы понять это, мы должны взглянуть на оба провода длинной пары, и мы должны включить напряжение и ток. На ваш вопрос невозможно ответить, если мы сосредоточимся только на отдельных проводах и токах, игнорируя при этом два провода и напряжение на них.

В одной цепи ток представляет собой замкнутый круг, похожий на маховик. Он не начинается в одном месте и не течет в другое (вместо этого он просто идет по часовой стрелке, CW или, возможно, CCW, очень похоже на приводной ремень.) Ток в цепи подобен вращающемуся маховику, замкнутому контуру. Но что-то наверняка идет в одну сторону, верно? Всякий раз, когда батарея зажигает лампочку, что-то должно идти от батареи к лампе и не возвращаться обратно к батарее. Это что-то не актуально. Вместо этого это электромагнитная энергия, где поток энергии измеряется в ваттах; вольт раз амперы. В цепи фонарика мощность - это быстрый односторонний поток от аккумулятора к лампе. Но ток - это очень медленныйкруговой поток. Опять же, «сигнал», идущий от батареи к лампе, состоит из электромагнитной энергии, а не ампер и не электронов.

Итак, вот начало вашего ответа: в одной цепи, как мы можем узнать, в каком направлении течет электрическая энергия ? Просто: посмотрите на стоимость мощности. В частности: умножьте вольт между проводами на количество усилителей через них. Если результат положительный, то энергия течет в одном направлении, а если отрицательная, то течет в другом. С фонариком подключите ваш вольтметр и амперметр, чтобы они давали положительную мощность, когда мы умножаем их вместе. Затем, когда вы снимаете лампу и устанавливаете вместо нее зарядное устройство, ток меняется на обратный, поэтому у нас есть энергия, которая течет обратно в батарею. (Эта идея критична для переменного тока, где, если волны V и I синхронизированы, энергия течет непрерывно вперед, но если V и I находятся на 180 градусов, энергия вместо этого течет назад.)

Таким образом, на длинном кабеле с электрическим импульсом, который имеет положительную мощность, импульс масштабируется влево, в то время как если мощность была отрицательной, импульс идет направо. Если мы внезапно подключим и отсоединим батарею фонаря, мы запустим волну энергии вдоль двух проводов. Он движется со скоростью света и поглощается лампочкой фонарика, которая загорается. Если мы оставляем батарею постоянно подключенной, то по-прежнему в лампе течет волна энергии, даже если на ней нет ряби. Это первая концепция в базовой волновой инженерии: распространение электрической энергии по цепям ... и идея о том, что «постоянный ток» - это на самом деле просто «переменный ток» на очень низкой частоте.

Вернемся к началу: как два сигнальных импульса могут лететь в противоположных направлениях по одной и той же паре проводов? (Обратите внимание, что это должна быть пара проводов с включенным напряжением. Не один провод.) Это может произойти, если один из импульсов имеет положительную мощность и идет влево, в то время как другой импульс имеет отрицательную мощность и идет вправо. Один импульс может состоять из положительных вольт и положительных усилителей, в то время как другой импульс состоит из отрицательных вольт и положительных усилителей. Оба импульса являются электромагнитными волнами.

PS

Ага, вижу другой подход! (Проигнорируйте это, если хотите, так как она длинная.) Предположим, у нас есть два отдельных контура, два фонарика, но потом мы объединили один короткий отрезок провода от каждого? Две цепи имеют один общий провод. Они взаимодействуют? Нет, потому что внутри общего провода токи просто складываются и вычитаются снова. Каждая батарея освещает свою собственную лампу независимо, потому что каждая цепь имеет свое отдельное напряжение батареи и свой отдельный ток петли. Тем не менее, в этом общем проводе кажется, что два разных электрических тока протекают! На самом деле это не так, потому что один «ток цепи» - это ток в одном контуре, включая одну батарею, лампу и все замкнутые кольца проводников. В этом комбинированном проводе два тока добавляются на одном конце провода, затем снова вычитал на другом. Две энергетические волны в каждой цепи остаются независимыми, хотя токи в их общем проводе могут складываться и вычитаться.

Это показывает нам, что ответ на ваш оригинальный вопрос не может включать в себя один провод. На это можно ответить только отступив и взяв более широкий взгляд; также включив напряжение на двух проводах.

Это также показывает, как работает «линейный» и «нелинейный». В общем проводе на одном конце два тока объединились, сложив вместе. Но затем они отлично вычитаются снова на другом конце. Это позволяет двум циклам оставаться независимыми. Но что, если этого не произошло, и вместо этого токи в одном проводе не были простой суммой? Ага, это было бы "НЕЛИНЕЙНО". В этом случае мы не могли бы четко разделить их, когда они объединены. «Сложение вместе» на одном конце провода не будет полностью равно «вычитанию друг от друга» на другом конце, и в этом случае две отдельные цепи начнут взаимодействовать. Одна батарея начнет слегка освещать другую лампочку. Сигналы двух цепей будут действительно смешиваться вместе.

PPPPS

Этот вопрос имеет долгую историю, и популярная книга о нем - "Максвеллы", Б. Хант. Печально известный Оливер Хевисайд выяснил, что телеграфные сигналы на самом деле являются электромагнитными волнами, но затем он был почти подавлен Уильямом Присом, главой британского правительственного телеграфного бюро, который «знал», что точки и тире - это просто потоки, период, конец истории и не задавайте вопросов или WH Preece заставит вас сожалеть! :) Хевисайд использовал свою новую теорию ЭМ кабельных волн для решения огромной проблемы телеграфии: для любых сигналов, проходящих по телеграфным линиям 100 км, точки либо исчезали, либо «колебались», а для телефонных линий передача на большие расстояния была полностью искажена и невозможно. (Было обнаружено, что проблема заключается в дисперсии волн или «чириканье», когда низкие частоты движутся быстрее высоких.) «Уравнение телеграфа» и его «нагрузочные катушки» исправили это, позволив телеграфии стать широкополосной, даже на больших расстояниях. Он в одиночку создал междугородний телефон. Но Прис быстро остановил эту ересь, используя свою политическую власть, чтобы начать кампанию против прессы против Хевисайда в прессе и шепотную кампанию среди инженеров. Затем в США Пупин из Колумбии сделал вид, что изобрел загрузочные катушки Хевисайда, запатентовал их и заработал миллионы с помощью Bell Telephone, в то время как Хевисайд оставался почти без гроша, не получая известности, пока не умер. (Хех, история Теслы / Маркони задолго до Теслы и Маркони. Пупин даже сыграл большую роль в падении Теслы!) Итак, теперь вы понимаете, почему я влюблен в историю о телеграфных волнах. Одержимый. Даже не заводи меня! К сожалению, слишком поздно. :)

Андреас Х упомянул циркулятор для волноводов. В аналоговых телефонах эта работа выполняется с помощью несовершенной гибридной схемы, называемой индукционной катушкой против боковых тонов (ASTIC). Идеальная гибридная катушка будет передавать и принимать речь одновременно и по отдельности, то есть сигнал от вашего передатчика будет проходить через провода к приемнику на другом конце, а сигнал от удаленного передатчика будет поступать на ваш приемник по той же паре проводов. С самого начала было понято, что людям необходимо слышать, как они говорят, поэтому ASTIC позволяет части сигнала от локального передатчика проходить через местный приемник.

Внутри локальной зоны аналогового обмена схема будет состоять из двух проводов от одного телефона через реле в обмен на другой телефон. Как только вы начнете перемещаться между биржами, сигнал будет разделен гибридной катушкой на бирже, и речь в одном направлении будет передаваться по другой цепи к речи в другом направлении (4-проводная соединительная схема). Это позволило усилить речь, поскольку усилители являются однонаправленными (только в одном направлении). При удаленном обмене два отдельных пути будут объединены гибридной катушкой, а последний участок вызова будет на паре проводов.

Речь на аналоговых телефонах и станциях была от 300 Гц до 3400 Гц, так что это низкочастотные электромагнитные волны.

Однако, если вы передаете мощность, переменную или постоянную, то у нас нет разных токов, идущих разными путями в одном и том же проводе. Например, в конкретном государстве энергоснабжающие компании обязаны поставлять процент «зеленой» энергии, но у них нет достаточных ресурсов «зеленой» генерации, поэтому они покупают энергию за пределами штата. В то же время они продают излишки не зеленой энергии за пределы государства. Если они покупают и продают энергию по одному и тому же соединительному соединению (проводам), то нет двух конкурирующих потоков энергии, проходящих в разных направлениях по одному и тому же проводу. Если государство A покупает 500 МВт мощности у государства B, а государство B покупает 400 МВт мощности у государства A, то из состояния B в государство A будет поступать 100 МВт. В учете могут быть 500 и 400 МВт, но электрическая реальность составляет 100 МВт.

Они мешают.

Электрические сигналы распространяются по проводам подобно волнам на воде. и когда две волны встречаются, вы получаете вмешательство .

Но поскольку провода являются линейными, помехи принимают форму сложения, и поэтому они не являются разрушительными для информации, и, таким образом, если вы знаете, что является одним из сигналов, вы можете найти другой сигнал путем вычитания.

Телефонные линии используют (использовали?) Схему, называемую гибридной, которая изолирует входящие и исходящие сигналы, позволяя одной медной цепи передавать голосовые сигналы в обоих направлениях.

Телеграф, вероятно, использовал нечто подобное, когда отправитель вычитал свой собственный сигнал из того, что он видит на линии, что позволяло ему определять, что поступало с другого конца, одновременно с передачей своего собственного сигнала.

Вы написали:

Как получается, что два электрических тока могут проходить в противоположных направлениях на одном и том же проводе одновременно, не мешая друг другу?

но оригинальный текст говорит:

два телеграфных сигнала могут проходить в противоположных направлениях на одном и том же проводе одновременно, не мешая друг другу

Здесь есть противоречие: телеграфный сигнал и электрический ток - это не одно и то же. Электрический ток является линейную суперпозицию волн, приводимых в движение датчиками на каждом конце. Ток в одно мгновение в одной точке линии может иметь только одно значение, но мы можем рассчитать это значение, рассчитав вклад волн от сигналов, наложенных на каждый конец линии, и сложив их вместе.

В качестве более простой, но непосредственно наблюдаемой системы рассмотрим стереофоническое воспроизведение музыки в комнате. Один динамик не меняет способ распространения волн давления от другого динамика. Чистый градиент давления в любой точке пространства и момента является результатом добавления волн давления от каждого динамика.

Даже если физические величины, такие как ток или давление, могут иметь только одно значение, если мы знаем, что на эти величины влияет аддитивная комбинация причин, принцип линейной суперпозиции позволяет разбить систему на более мелкие части, которые можно рассматривать отдельно: в этом случай телеграфной станции на каждом конце линии, и волны, которые она генерирует, которые распространяются вниз по линии.

Сигналы состоят из волн. Волны переходят друг в друга, а после прохождения остаются неизменными. Электромагнитные волны. Волны на море также пересекают друг друга (хотя иногда они имеют эффекты, в которые я не буду вдаваться). «Вмешиваться» был плохой выбор слова автора. Никто не может сказать вам, почему. Но вы уже инстинктивно знаете, что волны могут проходить друг через друга. Просто подумайте о свете, сияющем из окна и через окно одновременно. Это не кажется озадачивающим, не так ли?

В своем вопросе вы используете слово «текущий». Токи - это другое дело. Ток в проводе в основном определяется как поток заряда за точку. Это будет чистый поток. Поэтому не имеет смысла говорить о токах, так или иначе проходящих друг через друга.

Я стараюсь не говорить о более продвинутых эффектах линии электропередачи, таких как емкость и индуктивность, потому что боюсь, что это только запутает воду. Суть в том, что сигналы могут проходить друг через друга, и во время прохождения, в месте прохождения, они влияют друг на друга. Но после прохождения они продолжают, как если бы прохождения никогда не было. Просто подумайте о свете, проходящем через окно в обе стороны.

Это не текущий, но СИГНАЛ, который путешествует в любом или во всех направлениях. Вот почему телефонная трубка не должна прерывать полученный звук, когда вы говорите, и это нам более знакомо, чем телеграфные протоколы.

Это немного уловка, называемая «гибридом», которая представляет вашему уху сигнал, который в основном имеет сигнал от удаленного телефона, и создает сигнал (модуляцию тока) в соответствии с вашим голосом, подаваемым на микрофон. То, что вы слышите, - это не «ток в проводе», который одинаково модулируется двумя голосами, это 90% отдаленного голоса, который вы слышите, и только 10% вашего собственного. Подобный гибрид на другом конце соединения отменяет основную часть его / ее голосового входа, так что ваш голос сильно слышен в этом приемнике телефона.

Гибрид представляет собой схему добавления сигналов, которая имеет доступ как к вашему голосу, так и к комбинации двух голосов (в линии) и объединяет их для усиления сообщения на расстоянии. Ничто в этой схеме недоступно для телеграфа, который также может работать в качестве приемной станции даже во время передачи.

Он НЕ легко доступен для беспроводного передатчика (не цифрового типа), который обычно имеет прерыватель «нажми и говори». Наши мобильные телефоны, отправляющие цифровые пакеты, делают много прерываний, достаточно быстро, чтобы это нас редко беспокоило, потому что эта гибридная функция плохо взаимодействует с приемником, который перегружается во время передачи.

Ваша аналогия нарушена. Не думайте о полосе автомобилей, если только вы не думаете о машинах как о бамперах вместе взятых.

Фактическая общая средняя скорость движения электронов по проводу довольно медленная. Скорость дрейфа электронов в проводе обычно составляет несколько микрометров в секунду, совсем не быстро.

То, что распространяется по проволоке, перемещается от электрона к электрону, от источника к месту назначения. Этот процесс происходит очень быстро, почти со скоростью света. По аналогии с шоссе, это было бы аналогично столкновению с первой машиной, и каждая машина наталкивается на одну перед ней. Несмотря на то, что каждая машина движется медленно, волна может распространяться через цепь, если вы можете ударить ее достаточно сильно.

Множество звуковых волн, очевидно, могут проходить через воздух в нескольких направлениях одновременно Однако, когда вы что-то кричите, отдельная молекула не обязательно попадает прямо из вашего рта в ухо слушателя. Вместо этого, передача звука между молекулами в воздухе - это то, что передает звук. То же самое в основном верно для электрических сигналов.

Рассмотрим следующую ситуацию:

Предположим, у нас есть одна пара проводов с управляемым источником напряжения на одном конце и управляемым стоком тока на другом. Поскольку оба конца могут измерять сигнал другого конца (в источнике напряжения мы можем измерять ток, а в источнике тока мы можем измерять напряжение), мы можем передавать информацию в обоих направлениях. Здесь не задействованы частотное или временное мультиплексирование. И нет никакого вмешательства, и нам не нужно ссылаться на волновую теорию.

Более подробно в моем ответе на физике SE .

Антенный кабель для спутниковой антенны передает токи в двух направлениях - 18-вольтный сигнал постоянного тока подается тюнером для питания LNB в фокусной точке антенны, и в то же время LNB посылает сигнал 4-12 ГГц. обратно к тюнеру, по тому же проводу.

Оба являются электрическими токами, но один является постоянным и плоским, другой - радиочастотным и изменяется.

Это потому, что любая волна может проходить сквозь друг друга. Помехи будут иметь место, но это не остановит волны.

Это все равно, что спросить, почему две волны в пруду могут проходить друг через друга. Если волны полностью противоположны, они будут аннигилировать, иначе они ослабят друг друга и продолжат.

Многие инженеры и исследователи (включая меня) наблюдали, что металлические проводники имеют линейное поведение в отношении электрических токов и напряжений. Однако, как и в случае большинства материалов, линейное поведение существует только в определенном диапазоне. Высокие уровни тока приведут к нелинейному поведению. С хорошими проводниками, такими как медь, серебро и золото, диапазон линейного поведения довольно велик. Эти металлы имеют низкое (но не нулевое) сопротивление. (Если вы предполагаете, что металлы имеют нулевое сопротивление, то вы получите странные прогнозы, которые не соответствуют действительности)

При низкой плотности тока в металле много свободных пространств для перемещения электронов, и они не сталкиваются друг с другом или очень часто застревают. так что металл не поглощает много энергии, и поведение кажется линейным (автомобили бампера далеко на расстоянии)

Когда плотность тока в металле становится достаточно высокой, ток передает значительную энергию металлу, что приводит к изменению его сопротивления, и вид становится нелинейным. В качестве простого примера можно подключить тонкий провод (например, калибр 28) к клеммам большой 12-вольтовой автомобильной батареи. Металл становится горячим, в конце концов он плавится и разрывает цепь. Это ОЧЕНЬ нелинейное поведение. Этот провод, вероятно, несет 50 ампер или около того. (НЕ пытайтесь сделать это самостоятельно - вы можете получить куски расплавленного металла, которые могут летать, могут привести к пожару и серьезному повреждению ваших глаз). Поведение будет довольно линейным.

Этот парень размахивает руками, чтобы сделать более существенную точку зрения. Это работает в принципе, но не так, как он говорит. И с сигналом, а не с током .

Черт возьми, даже в радио, два передатчика могут блокировать параллельное использование . Послушайте это в 1:25. Этот "Booooop" - оба самолета, признающие "их" разрешение взлета, но наступающие друг на друга, так что по крайней мере один не слышен.

Если вы используете телеграфную систему постоянного тока, та же проблема. Если либо нажать телеграфных клавиш, активируются оба эхолота. На самом деле невозможно отправить сигналы постоянного тока в противоположных направлениях в домене постоянного тока (за исключением случаев, когда из-за стиля CSMA-CD ожидают окончания работы другого человека и опасаются одновременного запуска двух человек).

Однако представьте, если телеграфная станция 1 передает сигнал постоянного тока, а у телевизионной станции 2 звуковой сигнал подключен через дроссель, блокирующий переменный ток. Станция 2 передает, включая и выключая переменный ток 1000 Гц, который слышит только станция 1, поскольку у его эхолота есть конденсатор правильного размера, который пропускает переменный ток 1000 Гц, но блокирует постоянный ток.

Вы можете расширить это до нескольких частот переменного тока, используя «полосовые» фильтры, которые пропускают только определенную частоту. Подумайте, как бах-бу-гудок звучит на пожарной станции в сериале Chicago Fire . Это шоу - огромная дань уважения шоу 1970-х годов под названием Emergency , происхождение мелодий. Скорая медицинская помощь изображает пожарную диспетчерскую систему эры 1960-ых, где многократные частоты использовались только таким способом.

Две передающие станции просто создают аккорд на проводе. Частоты должны выбираться грамотно, чтобы аккорды не мешали друг другу.

Все станции слышат все сигналы. Они просто игнорируют «свою собачью еду», то есть сигнал, который они передают.

Это может стать более сложным, с несущими модулированными волнами. На данный момент речь идет о радиочастотном спектре, но по проводам .