Obwód elektryczny i OTW

[dobrychemik]

Czy ktoś biegły w fizyce mógłby mi podpowiedzieć jakich efektów można się spodziewać w obwodzie elektrycznym, którego różne części są w niewielkiej, ale różnej odległości od czarnej dziury? Mam parę pomysłów, ale nie chcę ani nic sugerować, ani wyjść na nieuka, więc na razie tylko pytam.

[komprez]

FIzykiem nie jestem , ale rozum mi podpowiada że obwód elektryczny będzie działać  Problem stanie się kiedy będzie np wysyłać dane.... pole grawitacyjne wpływa na propagację zaburzeń pola elektromagnetycznego, czyli fal elektromagnetycznych. Posiada jeszcze ponoć pole magnetyczne które nie jest udowodnione ale ono mogło by np zaszkodzić komórkom pamięci.

To jest tak abstrakcyjne że można tylko snuć teorie. 

[komprez]

Ewentualnie jeśli mowa o stricte elektonice to często spotykam takie skutki  

Edytowane 17 Stycznia 2022 przez komprez

[dobrychemik]

Chodzi mi o efekty tego, że w różnych miejscach obwodu elektrony będą się poruszały z różną prędkością. A gdyby jeszcze to był prąd przemienny to pojawią się komplikacje wynikłe z dylatacją czasu różną w różnych częściach obwodu.

[Behlur_Olderys]

Świetne pytanie. 

Jeśli gradient grawitacji byłby tak dramatyczny że byłby zauważalne i różne efekty dylatacji na przestrzeni - no jakiej? 10cm? To prawdopodobnie obwód zostałby zniszczony przez absurdalnie wielkie siły pływowe

 

Rozważania w rodzaju "co będzie wewnątrz horyzontu zdarzeń" może lepiej sobie darować. I tak ich nigdy nie zaobserwujemy

 

Natomiast gdyby rozważyć już tak na serio: powiedzmy że mamy ramkę z przewodnika, kwadratową, o boku a przez którą płynie prąd I. Umieszczamy ją w odległości d od horyzontu zdarzeń (powiedzmy we współrzędnych Schwarzschilda) czarnej dziury o masie M. Załóżmy, że ramka jest ustawiona tak, że dwa przeciwległe jej boki są równoległe do współrzędnej radialnej, a pozostałe dwa leżą w odległości d oraz (d+a) od horyzontu zdarzeń, równolegle do jego powierzchni.

 

Wtedy rozważania można rozbić na efekty "radialne" (prąd płynący przez boki ramki równoległe do wsp. radialnej) oraz efekty "horyzontalne" czyli równoległe do powierzchni horyzontu.

 

Efekty horyzontalne moim zdaniem można na początku pominąć ze względu na symetrię sferyczną. Być może to zbyt duże uproszczenie, ale nic mi nie przychodzi do głowy. Wydaje się że najciekawsze rzeczy będą działy się we fragmentach, których odległość od horyzontu się zmienia.

 

Na pewno jednym z efektów "radialnych" będzie to, że przy elektrony będą traciły energię "wspinajac się" a zyskiwały "spadając". Ewentualnie częstotliwość będzie rosła i malała, ale w zamkniętej ramce wydaje się że efekty się nawzajem wyzerują. 

 

Jest duża szansa, że - tak, jak postuluje @komprez - w najprostszym przypadku i w największym przybliżeniu nic takiego w ogóle się nie stanie

 

na Ziemi też można postawić gigantyczny obwód np. między szczytem i podnóżem Burj Khalifa, i sprawdzić co się stanie. Akurat precyzyjne mierzenie częstotliwości to jedna z rzeczy która wychodzi ludziom całkiem nieźle

 

Później mogą zacząć się ciekawe rzeczy jeśli uwzględnimy spin elektronów i jego oddziaływanie z metryką Kerra, bo na ogół czarne dziury się kręcą

 

Ale tego nawet jakościowo nie jestem w stanie przemyśleć

 

@dobrychemik miałeś coś konkretnego na myśli?

[lkosz]

Prąd elektryczny w przewodnikach płynie o wiele szybciej niż elektrony. Trzeba to rozpatrywać przede wszystkim dla fali EM. Bardziej niż prędkością jego przepływu martwiłbym się mechaniką, bo jednak parametry różnych elementów i obwodów zależą od ich stanu mechanicznego.

 

Trza by to policzyć, ale stawiam hipotezę, że gradienty pola grawitacyjnego niezdolne uszkodzić lub zniekształcić obwód drukowany ze scalakami są na tyle słabe, że nie powinny odstrajać obwodów rezonansowych, strojonych cewek, zmieniać znacząco pojemności kondensatorów itp. ani tak wpływać na propagację sygnału, że duże obwody cyfrowe pracujące synchronicznie na jednym zegarze nie powinny doznać uszczerbku w logice działania.

 

Puszczając wodze fantazji... jeden róg dużej płytki do jakiejś Mery 400 będzie daleko od czarnej dziury, będzie tam układ generujący takty zegara na rezonatorze kwarcowym oraz jakiś arytmometr na układach TTL. W przeciwległym rogu rejestry (nikt tak nie robi układów, ale załóżmy). Powiedzmy że częstotliwość pracy jest na tyle duża, że arytmometr nie doczeka się danych z rejestrów, przyjdą one za późno, na szynie danych będą bzdury i bramki się niepoprawnie poprzełączają, dostaniemy błędny wynik. Układy cyfrowe jednak dość mocno polegają na czasie, projektuje się je tak, żeby był jego zapas, ale nie są to duże odstępy. Chociaż w sumie powinny być też spadki napięć rozwalające wszystko...

 

9 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

postawić gigantyczny obwód np. między szczytem i podnóżem Burj Khalifa, i sprawdzić co się stanie

Czym większa częstotliwość tym gorzej. Raczej pojemności i indukcyjności pasożytnicze wszystko zeżrą. Ewentualnie rezystancja z konduktancją. Albo będzie bardzo kłopotliwa linia długa i będzie kłopot z utrzymaniem prawidłowej impedancji linii żeby nie było odbić sygnałów.

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez lkosz

[MateuszW]

Godzinę temu, lkosz napisał:

Puszczając wodze fantazji... jeden róg dużej płytki do jakiejś Mery 400 będzie daleko od czarnej dziury, będzie tam układ generujący takty zegara na rezonatorze kwarcowym oraz jakiś arytmometr na układach TTL. W przeciwległym rogu rejestry (nikt tak nie robi układów, ale załóżmy). Powiedzmy że częstotliwość pracy jest na tyle duża, że arytmometr nie doczeka się danych z rejestrów, przyjdą one za późno, na szynie danych będą bzdury i bramki się niepoprawnie poprzełączają, dostaniemy błędny wynik. Układy cyfrowe jednak dość mocno polegają na czasie, projektuje się je tak, żeby był jego zapas, ale nie są to duże odstępy.

W przypadku dzisiejszych komputerów PC prędkość propagacji sygnału i jego "wyrównanie" w różnych częściach CPU, czy szybkich magistral np od RAM to rzecz kluczowa i często limitująca wydajność. Na płytach głównych, czy kartach jest sporo "zawijasów" ze ścieżek, aby wyrównać ich długość i w efekcie czas propagacji sygnałów. To jest również jeden z powodów ograniczenia w wielkości rdzenia CPU / GPU.

Dlatego jeśli mówimy o sprzęcie taktowanym w gigahercach, to wpływ zmiany prędkości sygnału w różnej odległości od czarnej dziury powinien być bardzo duży, ale trzeba by było policzyć, czy zanim ten efekt będzie zauważalny, to już dawno płytka nie rozpadnie się na części  

[dobrychemik]

Dzięki za odpowiedzi

Ja, jak zwykle, mam trochę inny punkt widzenia - z punktu widzenia bliższego chemikowi, czyli elektronów.

Spodziewam się, że różna prędkość elektronów w obwodzie spowoduje polaryzację obwodu - będą miejsca o większej gęstości elektronowej tam gdzie elektrony hamują. Jak na autostradzie w korku. Czy to spowoduje jakieś problemy nie wiem.

@lkosz jesteś pewien, że prąd jest szybszy od elektronów? Wydaje mi się to nielogiczne, niefizyczne.

[bartolini]

@dobrychemik prędkość unoszenia elektronów pod wpływem przepływu prądu to ~ułamek mm/s

Prędkość fali EM (prądu) w przewodniku ~50000 km/s.

[dobrychemik]

34 minuty temu, bartolini napisał:

@dobrychemik prędkość unoszenia elektronów pod wpływem przepływu prądu to ~ułamek mm/s

Prędkość fali EM (prądu) w przewodniku ~50000 km/s.

 

Ależ nie! Elektrony poruszają się o wiele szybciej. Czy rozpatrujemy pojedyńcze atomy, czy też np. całe obiekty, typu przewodniki, elektrony są w nich w ciągłym ruchu i to z prędkościami rzędu własnie tej podanej dla fali. To dlatego właśnie dla ciężkich atomów, by poprawnie opisać zachowanie elektronów w pobliżu jądra atomowego o dużym ładunku, trzeba uwzględniać poprawki relatywistyczne z uwagi na prędkość ich ruchu.

 

Prędkość fali nie może być większa niż prędkość jej nośnika. Gdyby tak było, to możliwe by była komunikacja w czasie zerowym. W przypadku światła te prędkości są równe. Elektron jako cząstka masowa musi mieć oczywiście prędkość niższą.

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez dobrychemik

[rambro]

30 minut temu, dobrychemik napisał:

 

Ależ nie! Elektrony poruszają się o wiele szybciej. Czy rozpatrujemy pojedyńcze atomy, czy też np. całe obiekty, typu przewodniki, elektrony są w nich w ciągłym ruchu i to z prędkościami rzędu własnie tej podanej dla fali. To dlatego właśnie dla ciężkich atomów, by poprawnie opisać zachowanie elektronów w pobliżu jądra atomowego o dużym ładunku, trzeba uwzględniać poprawki relatywistyczne z uwagi na prędkość ich ruchu.

 

https://zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/jak-predko-plynie-prad-elektryczny/

[dobrychemik]

1 minutę temu, rambro napisał:

 

https://zapytajfizyka.fuw.edu.pl/pytania/jak-predko-plynie-prad-elektryczny/

To efekt różnego definiowania ruchu. Posłużę się analogią: z jaką prędkością poruszają się pszczoły? Bierzemy dużo pszczół, najlepiej cały ul, robimy im zdjęcie w odstępie czasowym np. godziny. Wyznaczamy ich położenia, liczymy średnie przesunięcie i dzielimy przez czas. Wyjdzie, że pszczoły latają z prędkością kilku milimetrów na godzinę.

[lkosz]

Godzinę temu, dobrychemik napisał:

@lkosz jesteś pewien, że prąd jest szybszy od elektronów? Wydaje mi się to nielogiczne, niefizyczne.

tak, prądu elektrycznego nie da się wyjaśnić wyłącznie ruchem elektronów, są za wolne. Z pamięci - w grafenie lub innej specjalnej postaci węgla są ekstremalnie szybkie i rzędu 10mm/s (piszę z pamięci), w miedzianym przewodniku to ułamki milimetra. One nawet w lampach pracujących z częstotliwościami mikrofalowymi nie płyną szybko. A przynajmniej nie powinny, żeby nie powstawał np. efekt dynatronowy. Elektrony się wręcz spowalnia siatkami żeby tego uniknąć, a mimo to lampa elektronowa jest urządzeniem baaardzo szybkim. Bez uwzględnienia powstawania choćby pola elektrycznego i magnetycznego wokół przewodnika oraz efektów falowych wynikających z tzw. linii długiej nie wyjaśnimy czemu np. w kablu złożonym na pół (może być przecięty na końcu) długości 1 roku świetlnego prąd popłynie niemal natychmiast (zaniedbując rezystancję)

 

@MateuszW dlatego pisałem o Merze tam są niewielkie częstotliwości, duże wygodne płytki w procesorze, duże elementy dysktretne, duże odległości między nimi i proste układy scalone robiące za rejestry współczesne procesory to głównie walka z efektami pasożytniczymi

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez lkosz

[dobrychemik]

Każdy elektron, absolutnie każdy wchodzący w skład materii porusza się bardzo szybko nawet w sytuacji braku prądu elektrycznego. Byłoby zaiste dziwne, gdyby prąd elektryczny brał się z ich niemalże zatrzymywania.

 

Jeśli myślicie, że gasząc światło zatrzymujecie ruch elektronów w przewodach i te elektrony grzecznie, nieruchomo czekają, by znowu móc się ruszać, to jesteście w błędzie. Atomy z nieruchomymi elektronami nie mogłyby istnieć.

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez dobrychemik

[lkosz]

2 minuty temu, dobrychemik napisał:

Każdy elektron, absolutnie każdy wchodzący w skład materii porusza się bardzo szybko nawet w sytuacji braku prądu elektrycznego. Byłoby zaiste dziwne, gdyby prąd elektryczny brał się z ich niemalże zatrzymywania.

nie jestem fizykiem, ale się wypowiem i proszę tego nie traktować poważnie co tu napiszę, bo to moje domysły ruch w polu elektrycznym = ruch termiczny + uporządkowany w kierunku od ujemnego terminala do dodatniego. Termiczny jest duży, uśredniony równy (lub bliski) 0, ale uporządkowany mały o niezerowej wartości i zapewne stąd nieporozumienie, bo "ruch" elektronik rozumie jako średnią wartość na sekundę. Elektrony oddziałują jednak z siecią krystaliczną, czas przyłączenia i odłączenia się od atomu musi trwać, w 1 molu pomnożony przez 6*10^23 da całkiem spore opóźnienia. A to tylko 64g miedzi więc stosunkowo krótki odcinek. Gdyby elektron poruszał się szybciej (np. w przejrzystej solance), to mieli byśmy do czynienia z emisją promieniowania Czerenkowa?

[lkosz]

17 minut temu, dobrychemik napisał:

Jeśli myślicie, że gasząc światło zatrzymujecie ruch elektronów w przewodach i te elektrony grzecznie, nieruchomo czekają, by znowu móc się ruszać, to jesteście w błędzie. Atomy z nieruchomymi elektronami nie mogłyby istnieć.

oczywiście że nie, gasnący w przełączniku łuk elektryczny powoduje wręcz emisję fali radiowej z przewodnika, bo rozchodzi się po kablu "sygnał" o dużej częstotliwości, przewody w ścianach stają się linią długą, dochodzi do odbić sygnału i jego powrotu. Całe szczęście jest rezystancja, indukcyjność i pojemność pasożytnicza, i wszystko wygasa bardzo szybko

[dobrychemik]

Otóż to, zupełnie jak z pszczołami. Jeszcze tylko mała korekta: nawet w temperaturze zera bezwzględnego ruch elektronów w materii nie zostaje zatrzymany, więc mamy dodatkową składową, immanentną dla ruchu elektronów.

[bartolini]

55 minut temu, dobrychemik napisał:

 

Ależ nie! Elektrony poruszają się o wiele szybciej. ...

Tak - chaotyczny ruch elektronów jest o wiele wiele rzędów wielkości szybszy niż uporządkowany dryf, spowodowany przepływem prądu. 

[Behlur_Olderys]

5 minut temu, dobrychemik napisał:

Każdy elektron, absolutnie każdy wchodzący w skład materii porusza się bardzo szybko nawet w sytuacji braku prądu elektrycznego. Byłoby zaiste dziwne, gdyby prąd elektryczny brał się z ich niemalże zatrzymywania.

 

Tak to jest w fizyce: wiele rzeczy jest dziwnych i nieintuicyjnych

 

Oskar ty mówisz o ruchu elektronów na powłokach atomowych. One nie biorą udziału w przepływie prądu. Ruch wolnych elektronów w sieci krystalicznej to coś zupełnie innego.

 

Ta tematyka jest poruszana w dowolnym akademickim podręczniku do elektromagnetyzmu, osobiście polecam "Podstawy" Griffiths-a.

 

Mogę Ci pożyczyć jak chcesz.

 

BTW:

A woda w rurach wodociągowych płynie szybko?

Bo jak przycisnę węża w ogrodzie to strumień jest bardzo szybki

[dobrychemik]

24 minuty temu, bartolini napisał:

Tak - chaotyczny ruch elektronów jest o wiele wiele rzędów wielkości szybszy niż uporządkowany dryf, spowodowany przepływem prądu. 

Ruch to ruch, OTW nie zastanawia się jaki procent prędkości elektronu wynika z ruchu chaotycznego, a jaki z dryfu.

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez dobrychemik

[lkosz]

5 minut temu, dobrychemik napisał:

nawet w temperaturze zera bezwzględnego ruch elektronów w materii nie zostaje zatrzymany,

No zważywszy na to, że każdy przewodnik jest anteną i na jego końcach stale jest obecne szczątkowe napięcie, no bo odbieramy sygnał choćby z kosmosu, to już nawet chłodzić nie trzeba Tam i tak będzie się coś działo, a do tego będzie nadprzewodnik więc rezystancja zaniknie. I weź tu człowieku rozważaj na kartce ODIZOLOWANY układ

[dobrychemik]

17 minut temu, Behlur_Olderys napisał:

Oskar ty mówisz o ruchu elektronów na powłokach atomowych. One nie biorą udziału w przepływie prądu. Ruch wolnych elektronów w sieci krystalicznej to coś zupełnie innego.

 

Tak, to trochę inna sytuacja: przestrzeń, w której dozwolony jest ruch danego elektronu jest zdecydowanie większa, jego funkcja falowa obejmuje cały przewodnik. Ale nadal jest to przestrzeń, w której tenże elektron musi się poruszać, a nie tylko być i czekać na napięcie. Permanentny ruch - elektron od tego nie ucieknie.

[komprez]

Wracając to wszystko zależy chyba od wielkości takiej elektroniki, przy obecnej miniaturyzacji w zasadzie porządny układ elektroniczny zmieścimy w chipie 1x1mm więc odległości półprzewodników między sobą są bardzo małe , musiało by to być naprawdę blisko horyzontu zdarzeń żeby jakieś oddziaływanie było na taki układ. Ciekawe jest natomiast to co pisałem o promieniowaniu magnetyczne- jeśli istnieje to załatwi praktycznie każdy układ produkowany dziś, no chyba że użyjemy tradycyjnej elektroniki z lat 80.

46 minut temu, dobrychemik napisał:

Jeśli myślicie, że gasząc światło zatrzymujecie ruch elektronów w przewodach i te elektrony grzecznie, nieruchomo czekają, by znowu móc się ruszać, to jesteście w błędzie. Atomy z nieruchomymi elektronami nie mogłyby istnieć.

Oczywiście - ale to chyba tylko część ludzi o tym wie  Był kiedyś taki kawał , że został prąd w kablu  

Edytowane 18 Stycznia 2022 przez komprez

[dobrychemik]

Wróćmy może w okolicę czarnej dziury:

- czy dobrze wydaje mi się, że elektrony w części obwodu bliżej czarnej dziury będą miały większą energię, a tym samym będzie tam wyższe napięcie niż w części naprzeciwległej?

- czy pojawi się polaryzacja obu części przewodnika, która będzie generować siłę przeciwdziałającą siłom pływowym na zasadzie przyciągającego oddziaływania elektrostatycznego?

[MateuszW]

Godzinę temu, dobrychemik napisał:

Ruch to ruch, OTW nie zastanawia się jaki procent prędkości elektronu wynika z ruchu chaotycznego, a jaki z dryfu.

Tak, ruch to ruch, ale w tym temacie zastanawiamy się nad działaniem obwodu elektrycznego, a dla obwodu ruch chaotyczny nie ma znaczenia, liczy się tylko składowa uporządkowana. Dlatego rozróżnienie tego jest istotne. Można się ewentualnie zastanowić, czy w pobliżu czarnej dziury ta składowa chaotyczna nie zaczyna być czasem jakoś istotna dla obwodu. Intuicja podpowiada że nie, ale w OTW nic nie jest intuicyjne