Perché ci sono solo quattro elementi passivi?

Ho letto che esistono quattro tipi di elementi passivi: resistenze, condensatori, induttori e memristor.

Il memristor è stato previsto 30 anni prima della sua produzione. Ma perché non hai potuto inventare un altro tipo di elemento passivo? C'è una prova?

La definizione che sto usando di elementi passivi è qualcosa senza guadagno, senza controllo e lineare.

components passive-components

— jinawee
fonte

C'è questa grafica spettrale, che potresti aver visto. en.wikipedia.org/wiki/… Sfortunatamente mi ritrovo a fissarlo e pensare ai memristor, piuttosto che sentirmi come se alla domanda fosse stata data una risposta.

— Phil Frost,

@PhilFrost Chiaramente non sono l'unico a cui piace quella grafica!

— Stephen Collings,

Penso che sia importante tenere presente che ogni filo presenta resistenza, capacità e induttanza. Questi sono elementi circuitali ideali ma nella vita reale sono caratteristiche di praticamente ogni elemento circuitale. Il memristor non si adatta a quello stampo. Non puoi parlare della "memristance" di un filo. Nella mia mente, il memristor non appartiene allo stesso set di resistenza, capacità e induttanza.

— Joe Hass,

Sto usando elementi passivi è qualcosa senza guadagno, senza controllo e lineare. Quindi il memristor non è un elemento passivo poiché non è lineare (ad eccezione del caso banale in cui è solo un resistore). Secondo Wiki, per il memristor abbiamo:

dove q è inteso come integrale del tempo di

. Se

è costante,

, quindi, abbiamo un resistore. Altrimenti,

non è una funzione lineare di

. Ad esempio, se

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

$M(q) = mq$ quindi

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

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

— Alfred Centauri il

@jinawee, se un elemento passivo deve essere lineare , il memristor non è un elemento passivo. Dall'articolo di Wiki "Memristor": nel suo articolo del 1971, Chua estrapolava una simmetria concettuale tra il resistore non lineare (tensione vs. corrente), il condensatore non lineare (tensione vs. carica) e l'induttore non lineare (collegamento di flusso magnetico contro corrente). Ha quindi dedotto la possibilità di un memristor come un altro elemento circuitale non lineare fondamentale che collega il collegamento e la carica del flusso magnetico.

— Alfred Centauri,

Risposte:

Esistono quattro quantità fisiche di interesse per l'elettronica: tensione, flusso, carica e corrente. Se hai quattro cose e vuoi sceglierne due, l'ordine non ha importanza , ci sono 4C2 = 6 modi per farlo. Due delle quantità fisiche sono definite in termini di altre due. (La corrente è una variazione di carica nel tempo. La tensione è una variazione di flusso nel tempo.) Ciò lascia quattro possibili relazioni: resistenza, induttanza, capacità e memristance. inserisci qui la descrizione dell'immagine

Se si desidera un altro componente fondamentale, è necessaria un'altra quantità fisica da collegare a questi quattro. E mentre ci sono molte quantità fisiche che si potrebbero misurare, nessuna sembra così strettamente accoppiata come queste. Suppongo che ciò sia dovuto al fatto che elettricità e magnetismo sono due aspetti della stessa forza . Suppongo inoltre che dal momento che l'elettromagnetismo è ormai compreso come parte della forza elettrodebole , si potrebbe essere in grado di stabilire alcune relazioni tra l'interazione nucleare debole e i nostri quattro elementi di tensione, corrente, carica e flusso.

Non ho il primo indizio su come ciò si manifesterebbe fisicamente, soprattutto vista la relativa debolezza della debole forza nucleare a qualsiasi distanza a parte le distanze intranucleari. Forse in presenza di forti campi magnetici o elettrici che influenzano i tassi di decadimento radioattivo? O nel precipitare o prevenire la fusione nucleare? Suppongo ancora (sono su un tiro) che i punti di forza richiesti sarebbero fenomenali, motivo per cui non sono pratici per l'ingegneria quotidiana.

Ma è molta supposizione. Sono un semplice ingegnere e non sono qualificato per speculare su tali cose.

— Stephen Collings
fonte

Penso che sia più come "qualcuno ha deciso che ci sono quattro quantità fisiche di interesse per l'elettronica". E davvero forse ce ne sono solo due, poiché la carica è l'integrale della corrente e il flusso l'integrale della tensione. La temperatura è piuttosto importante. Così è il potere, o il suo derivato, l'energia. O forse voglio integrare il flusso per ottenere qualcosa di nuovo e definire un componente al riguardo.

— Phil Frost,

Penso che forse la prova risieda nel requisito (impostato nella domanda) che questi componenti passivi sono lineari , e ciò significa che hanno una relazione lineare tra corrente e tensione, quindi non possono esserci altre quantità fisiche di interesse, per definizione . Ma sto solo indovinando.

— 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 C'è un po 'di spiegazione nell'articolo di Wikipedia per memristor che spiega perché tutto è stato scritto come equazioni differenziali . Non posso dire di seguirlo (non parlo molto bene la matematica), ma l'ho capito come "perché rende più facile discutere con i memristor".

— Phil Frost,

Personalmente avrei scelto di definire M al contrario, quindi dq = MdΦ, quindi potresti confrontare con dq = Cdv e chiamarli giustamente condensatori di flusso

— Pete Kirkham,

Ma perché non hai potuto inventare un altro tipo di elemento passivo? C'è una prova?

Bene, c'è una prova, ma è circolare. Se prendi "le quattro variabili elettroniche fondamentali", ci sono solo sei modi per combinarle in modo lineare. Quattro dei modi sono componenti e gli altri due sono definizioni. La risposta di Stephen lo spiega bene. Esistono solo quattro componenti passivi perché chiunque ha fatto tale affermazione ha permesso solo quattro variabili.

Posso "inventare" più "componenti mancanti" introducendo più variabili. La corrente è la derivata della carica rispetto al tempo:

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

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

Definirò un nuovo termine: impennata. È la derivata della corrente rispetto al tempo:

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

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

Sbalordire? Rimettilo insieme. Lo facciamo sempre in fisica. Queste sequenze sono analoghe:

posizione, velocità, accelerazione
carica, corrente, impennata

Possiamo differenziare le variabili quante volte vogliamo e dare i nomi dei risultati, se vogliamo. La fisica ha persino un nome per la derivata dell'accelerazione: jerk .

Ora possiamo attaccare l'impennata in quel grafico dalla risposta di Stephen. Va sotto e a sinistra della corrente.

Ora possiamo chiederci: qual è il componente che collega l'impennata alla tensione? Sarebbe un componente che obbedisce:

d v = P d s

$\mathrm dv = P \mathrm ds$

$P$

Qual è l'utilità di questo componente? Non ne ho idea, ma prevedo che esista. Tra qualche decennio, quando sarà inventato, dirò "Te l'ho detto" ed essere famoso.

— Phil Frost
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Penso che tu sia solo un filisteo.

— 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 Il che significa che se fai un filatore passivo , sarai davvero molto famoso.

— Buhb,

@ Buhb, un filatore passivo sarebbe come uno scapolo sposato .

— Alfred Centauri,

@AlfredCentauri Se lo dici tu. Non sono mai stato molto bravo in matematica :) Mi chiedevo, se integrassi la carica e integrassi il flusso, immagino che ci sia qualche componente passivo lì. Forse un "Forgistor"? O è anche una combinazione di cose che già abbiamo?

— Phil Frost,

jinawee,

Penso che ci sia un gran numero di componenti "passivi" ancora da scoprire e inventare. "Passivo" è un termine un po 'ingannevole e ambiguo che usiamo nell'elettronica. In elettronica abbiamo un sacco di terminologia libera che lancia ai principianti una palla curva. Penseresti che per una scienza esatta useremo un linguaggio più esatto. Non così.

Come altri manifesti hanno indicato, i tre grandi passivi sono resistori, condensatori e induttori. Non so di questo gizmo memristor. Durante i miei oltre 50 anni di esperienza nell'elettronica, non ne ho mai tenuto uno in mano o ne ho inventato uno in un circuito su cui ho lavorato.

Tuttavia, penso che se potessi trovare un dispositivo in grado di convertire la frequenza in una tensione CC proporzionale, come una termocoppia converte la temperatura in tensione, potresti unirti a artisti del calibro di Michael Faraday in EE Heaven.

Allo stesso modo, se potessi inventare un dispositivo che converte il flusso di elettroni direttamente in suono senza l'uso di un magnete e di una bobina, potresti anche essere su qualcosa di grande.

O del resto un materiale elastico che converte direttamente la corrente in forza motrice: il tessuto muscolare artificiale sfuggente. Ciò cambierebbe per sempre il mondo della pornografia tanto quanto la bobina vibrante di Michael Faraday.

È passato un po 'di tempo da quando il mondo EE ha goduto di una nuova componente passiva. Tienici aggiornati sui tuoi progressi.

— FiddyOhm
fonte

convert frequency to a proportional DC voltage- vuoi dire come un filtro passa-basso comunemente usato per convertire un'uscita PWN in una tensione per un DAC economico?

— Michael,

a device which converts electron flow directly to sound without the use of a magnet and coil- o che dire di un dispositivo che piega la luce senza l'uso di una lente materiale?

— Michael,

an elastic material that directly converts current to motive force- o un olo-diodo?

— Michael

@Michael "che dire di un dispositivo che piega la luce senza l'uso di una lente materiale?" Guarda in cielo in una giornata limpida e ne vedrai uno brillante.

— JAB

@JAB Sarei più preoccupato di cosa succederebbe se il pianeta cadesse sul dispositivo.

— AJMansfield,