Warum gibt es nur vier passive Elemente?

Ich habe gelesen, dass es vier Arten von passiven Elementen gibt: Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und Memristoren.

Der Memristor wurde 30 Jahre vor seiner Herstellung vorhergesagt. Aber warum konnten Sie kein anderes passives Element erfinden? Gibt es einen Beweis?

Die Definition, die ich von passiven Elementen verwende, ist etwas ohne Verstärkung, ohne Kontrolle und linear.

components passive-components

— Jinawee
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Es gibt diese schicke Grafik, die Sie vielleicht gesehen haben. en.wikipedia.org/wiki/... Leider starre ich nur darauf und denke über Memristoren nach, anstatt das Gefühl zu haben, die Frage sei beantwortet worden.

— Phil Frost

@PhilFrost Natürlich bin ich nicht der einzige, der diese Grafik mag!

— Stephen Collings

Ich denke, es ist wichtig zu bedenken, dass jeder Draht Widerstand, Kapazität und Induktivität anzeigt. Dies sind ideale Schaltungselemente, aber im wirklichen Leben sind sie Eigenschaften so ziemlich aller Schaltungselemente. Der Memristor passt nicht in diese Form. Sie können nicht über den "Widerstand" eines Drahtes sprechen. Meiner Meinung nach gehört der Memristor nicht in den gleichen Satz wie Widerstand, Kapazität und Induktivität.

— Joe Hass

v = M (q) i

$v = M(q)i$

i

$i$

M (q)

$M(q)$

v \propto i

$v \propto i$

v

$v$

i

$i$

M (q) = m q

$M(q) = mq$

\frac{d v}{d t} = m (i^{2} + q \frac{d i}{d t})

$\frac{dv}{dt} = m(i^2 + q\frac{di}{dt})$

@jinawee, wenn ein passives Element linear sein muss , ist der Memristor kein passives Element. Aus dem Wiki-Artikel "Memristor": In seiner Arbeit von 1971 extrapolierte Chua eine konzeptionelle Symmetrie zwischen dem nichtlinearen Widerstand (Spannung gegen Strom), dem nichtlinearen Kondensator (Spannung gegen Ladung) und der nichtlinearen Induktivität (magnetische Flussverbindung gegen Strom). Er folgerte dann die Möglichkeit eines Memristors als ein weiteres grundlegendes nichtlineares Schaltungselement, das die Magnetflussverknüpfung und -ladung verbindet.

— Alfred Centauri

Antworten:

Für die Elektronik sind vier physikalische Größen von Interesse: Spannung, Fluss, Ladung und Strom. Wenn Sie vier Dinge haben und zwei auswählen möchten , die Reihenfolge spielt keine Rolle , gibt es 4C2 = 6 Möglichkeiten, dies zu tun. Zwei der physikalischen Größen werden als die beiden anderen definiert . (Strom ist eine zeitliche Änderung der Ladung. Spannung ist eine zeitliche Änderung des Flusses.) Damit bleiben vier mögliche Beziehungen: Widerstand, Induktivität, Kapazität und Speicher. Bildbeschreibung hier eingeben

Wenn Sie eine andere grundlegende Komponente wünschen, benötigen Sie eine andere physikalische Größe, um sich auf diese vier zu beziehen. Und obwohl es viele physikalische Größen gibt, die man messen könnte, scheint keine so eng miteinander verbunden zu sein wie diese. Ich nehme an, das liegt daran, dass Elektrizität und Magnetismus zwei Aspekte derselben Kraft sind . Ich würde weiter annehmen, dass, da Elektromagnetismus jetzt als Teil der elektroschwachen Kraft verstanden wird, man in der Lage sein könnte, einige Beziehungen zwischen der schwachen Kernwechselwirkung und unseren vier Elementen Spannung, Strom, Ladung und Fluss zu bestimmen.

Ich habe nicht die erste Ahnung, wie sich dies physisch manifestieren würde, insbesondere angesichts der relativen Schwäche der schwachen Nuklearstreitkräfte bei etwas anderem als intranuklearen Entfernungen. Vielleicht in Gegenwart starker magnetischer oder elektrischer Felder, die die Rate des radioaktiven Zerfalls beeinflussen? Oder bei der Ausfällung oder Verhinderung der Kernfusion? Ich würde noch weiter annehmen (ich bin auf einer Rolle), dass die erforderlichen Feldstärken phänomenal sein würden, weshalb sie für das alltägliche Engineering nicht praktikabel sind.

Aber das ist eine Menge Vermutung. Ich bin ein bloßer Ingenieur und nicht qualifiziert, über solche Dinge zu spekulieren.

— Stephen Collings
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Ich denke, es ist eher so, als ob "jemand entschieden hat, dass es vier physikalische Größen gibt, die für die Elektronik von Interesse sind". Und wirklich, vielleicht gibt es nur zwei, da Ladung das Integral von Strom und Fluss das Integral von Spannung ist. Die Temperatur ist ziemlich wichtig. Ist so Energie oder seine Ableitung Energie. Oder vielleicht möchte ich Flussmittel integrieren, um etwas Neues zu erhalten, und eine Komponente dazu definieren.

— Phil Frost

Ich denke, der Beweis liegt vielleicht in der Forderung (in der Frage gestellt), dass diese passiven Komponenten linear sind , und das bedeutet, dass sie eine lineare Beziehung zwischen Strom und Spannung haben, so dass es per Definition keine anderen physikalischen Größen von Interesse geben kann . Aber ich rate nur.

— Phil Frost

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

R = \frac{v}{i}

$R = \dfrac{v}{i}$

R

$R$

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

@AlfredCentauri Im Wikipedia-Artikel für Memristor gibt es eine Erklärung, warum alles als Differentialgleichungen geschrieben wurde . Ich kann nicht sagen, dass ich es befolge (ich spreche nicht sehr gut Mathe), aber ich verstehe es als "weil es einfacher ist, für Memristoren zu streiten".

— Phil Frost

Persönlich hätte ich M andersherum definiert, also dq = MdΦ, dann könnten Sie mit dq = Cdv vergleichen und sie zu Recht Flusskondensatoren nennen

— Pete Kirkham

Aber warum konnten Sie kein anderes passives Element erfinden? Gibt es einen Beweis?

Nun, es gibt einen Beweis, aber er ist kreisförmig. Wenn Sie "die vier grundlegenden elektronischen Variablen" nehmen, gibt es nur sechs Möglichkeiten, sie linear zu kombinieren. Vier der Möglichkeiten sind Komponenten, und die anderen beiden sind Definitionen. Stephens Antwort erklärt dies gut. Es gibt nur vier passive Komponenten, denn wer auch immer diese Behauptung aufstellte, ließ nur vier Variablen zu.

Ich kann mehr "fehlende Komponenten" "erfinden", indem ich mehr Variablen einführe. Current ist die Ableitung der Ladung in Bezug auf die Zeit:

i = \frac{d q}{d t}

$i = \frac{\mathrm dq}{\mathrm dt}$

Ich werde einen neuen Begriff definieren: Surgingness. Es ist die Ableitung des Stroms in Bezug auf die Zeit:

s = \frac{d i}{d t}

$s = \frac{\mathrm di}{\mathrm dt}$

Verblüfft? Setzen Sie es wieder zusammen. Wir machen das die ganze Zeit in der Physik. Diese Sequenzen sind analog:

Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung
Ladung, Strom, Schwankung

Wir können Variablen beliebig oft unterscheiden und die Ergebnisnamen vergeben, wenn wir möchten. Die Physik hat sogar einen Namen für die Ableitung der Beschleunigung: Ruck .

Jetzt können wir in dieser Grafik von Stephens Antwort Schwung halten. Es geht unter und links von der Strömung.

Nun können wir uns fragen, welche Komponente Überspannung mit Spannung verbindet. Es wäre eine Komponente, die folgt:

d v = P d s

$\mathrm dv = P \mathrm ds$

$P$

Was ist der Nutzen dieser Komponente? Ich habe keine Ahnung, aber ich sage voraus, dass es existiert. In ein paar Jahrzehnten, wenn es erfunden wird, sage ich "Ich habe es dir gesagt" und werde berühmt.

— Phil Frost
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Ich denke du bist nur ein Philister.

— Hobbs

s = \frac{d i}{d t}

$s = \frac{di}{dt}$

d v = P d s

$dv = P ds$

v = P \frac{d i}{d t} + V

$v = P\frac{di}{dt} + V$

@AlfredCentauri Das heißt, wenn Sie einen passiven Philator abgeben, sind Sie in der Tat sehr berühmt.

— Buhb

@Buhb, ein passiver Philator wäre wie ein verheirateter Junggeselle.

— Alfred Centauri

@ AlfredCentauri Wenn du es sagst. Ich war nie sehr gut in Mathe :) Ich habe mich gefragt, was passiert, wenn ich Ladung und Fluss integriere und mir dann vorstelle, dass es dort eine passive Komponente gibt. Vielleicht ein "Forgistor"? Oder ist das auch eine Kombination von Dingen, die wir bereits haben?

— Phil Frost

jinawee,

Ich denke, es gibt eine große Anzahl von "passiven" Komponenten, die noch entdeckt und erfunden werden müssen. "Passiv" ist ein täuschender und mehrdeutiger Begriff, den wir in der Elektronik verwenden. In der Elektronik haben wir eine Menge loser Terminologie, die Anfängern einen Kurvenball wirft. Sie würden denken, dass wir für eine genaue Wissenschaft eine genauere Sprache verwenden würden. Nicht so.

Wie andere Plakate bereits angedeutet haben, sind die drei großen Passivelemente Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten. Ich weiß nichts über dieses Memristor-Gizmo. Während meiner über 50-jährigen Erfahrung in der Elektronik hatte ich noch nie einen in der Hand oder einen in einem Schaltkreisentwurf, an dem ich gearbeitet habe.

Dennoch denke ich, wenn Sie ein Gerät finden könnten, das die Frequenz in eine proportionale Gleichspannung umwandelt, wie ein Thermoelement die Temperatur in Spannung umwandelt, könnten Sie sich Michael Faraday im EE Heaven anschließen.

Wenn Sie ein Gerät erfinden könnten, das den Elektronenfluss ohne Verwendung eines Magneten und einer Spule direkt in Schall umwandelt, könnten Sie auch auf etwas Großes stoßen.

Oder ein elastisches Material, das Strom direkt in Bewegungskraft umwandelt - das schwer fassbare künstliche Muskelgewebe. Das würde die Welt der Pornografie für immer verändern, so wie es Michael Faradays vibrierende Spule tat.

Es ist schon eine Weile her, dass die EE-Welt eine neue passive Komponente hat. Halten Sie uns über Ihre Fortschritte auf dem Laufenden.

— FiddyOhm
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convert frequency to a proportional DC voltage- Sie meinen, wie ein Tiefpassfilter, der üblicherweise zum Umwandeln eines PWN-Ausgangs in eine Spannung für einen billigen DAC verwendet wird?

— Michael

a device which converts electron flow directly to sound without the use of a magnet and coil- oder wie wäre es mit einem Gerät, das Licht ohne Materiallinse biegt?

— Michael

an elastic material that directly converts current to motive force- oder eine Holodiode?

— Michael

@Michael "Was ist mit einem Gerät, das Licht ohne die Verwendung einer materiellen Linse verbiegt?" Wenn Sie an einem klaren Tag in den Himmel schauen, sehen Sie einen, der hell leuchtet.

— JAB

@JAB Ich würde mir mehr Sorgen machen, was passieren würde, wenn der Planet auf das Gerät fallen würde.

— AJMansfield