Warum gibt es nur vier passive Elemente?

Für die Elektronik sind vier physikalische Größen von Interesse: Spannung, Fluss, Ladung und Strom. Wenn Sie vier Dinge haben und zwei auswählen möchten, unabhängig von der Reihenfolge , gibt es 4C2 = 6 Möglichkeiten, dies zu tun. Zwei der physikalischen Größen sind in Bezug auf die anderen beiden definiert . (Strom ist Ladungsänderung über die Zeit. Spannung ist Flussänderung über die Zeit.) Damit bleiben vier mögliche Beziehungen übrig: Widerstand, Induktivität, Kapazität und Memristanz.

Wenn Sie eine andere grundlegende Komponente wollen, brauchen Sie eine andere physikalische Größe, um diese vier in Beziehung zu setzen. Und obwohl es viele physikalische Größen gibt, die man messen könnte, scheint keine so eng miteinander verbunden zu sein wie diese. Ich vermute, das liegt daran, dass Elektrizität und Magnetismus zwei Aspekte derselben Kraft sind . Ich würde weiter annehmen, dass man, da Elektromagnetismus jetzt als Teil der elektroschwachen Kraft verstanden wird, einige Beziehungen zwischen der schwachen nuklearen Wechselwirkung und unseren vier Elementen Spannung, Strom, Ladung und Fluss postulieren könnte.

Ich habe nicht die geringste Ahnung, wie sich dies physisch manifestieren würde, insbesondere angesichts der relativen Schwäche der schwachen Kernkraft bei etwas weniger als intranuklearen Entfernungen. Vielleicht in Gegenwart starker magnetischer oder elektrischer Felder, die die Raten des radioaktiven Zerfalls beeinflussen? Oder bei der Herbeiführung oder Verhinderung von Kernfusion? Ich würde noch weiter annehmen (ich bin auf einer Rolle), dass die erforderlichen Feldstärken phänomenal wären, weshalb sie für den Ingenieuralltag nicht praktikabel sind.

Aber das ist viel Vermutung. Ich bin nur ein Ingenieur und nicht qualifiziert, über solche Dinge zu spekulieren.

Aber warum konnten Sie keine andere Art von passivem Element erfinden? Gibt es einen Beweis?

Nun, es gibt einen Beweis, aber er ist zirkulär. Nimmt man „die vier fundamentalen elektronischen Größen“, gibt es nur sechs Möglichkeiten, sie linear zu kombinieren. Vier der Wege 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 aufgestellt hat, hat nur vier Variablen zugelassen.

Ich kann mehr „fehlende Komponenten“ „erfinden“, indem ich mehr Variablen einführe. Strom ist die zeitliche Ableitung der Ladung:

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

Verblüfft? Setzen Sie es wieder zusammen. In der Physik machen wir das ständig. Diese Sequenzen sind analog:

• Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung
• Ladung, Strom, Schwankung

Wir können Variablen beliebig oft differenzieren und den Ergebnissen Namen geben, wenn wir wollen. Die Physik hat sogar einen Namen für die Ableitung der Beschleunigung: Ruck .

Jetzt können wir diese Grafik aus Stephens Antwort mit Schwankungen versehen. Es verläuft unterhalb und links der Strömung.

Jetzt können wir fragen, was ist die Komponente, die Stoßspannung mit Spannung verbindet? Es wäre eine Komponente, die gehorcht:

Ich werde anrufen$P$ Philisterschaft . Die Komponente wird Philator genannt .

Was ist der Nutzen dieser Komponente? Ich habe keine Ahnung, aber ich gehe davon aus, dass es existiert. In ein paar Jahrzehnten, wenn es erfunden ist, werde ich sagen „Ich habe es dir doch gesagt“ und berühmt sein.

Jinawee,

Ich denke, es gibt eine große Anzahl "passiver" Komponenten, die noch entdeckt und erfunden werden müssen. „Passiv“ ist ein etwas irreführender und mehrdeutiger Begriff, den wir in der Elektronik verwenden. In der Elektronik haben wir eine Menge loser Terminologie, die Anfängern einen Kurvenball zuwirft. Sie würden denken, dass wir für eine exakte Wissenschaft eine exaktere Sprache verwenden würden. Nicht so.

Wie andere Poster angedeutet haben, sind die großen drei Passiven Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten. Ich weiß nichts über dieses Memristor-Gizmo. In meiner über 50-jährigen Elektronikerfahrung habe ich noch nie einen in der Hand gehalten oder einen in einem Schaltungsdesign gefunden, an dem ich gearbeitet habe.

Trotzdem denke ich, wenn Sie ein Gerät entwickeln könnten, das Frequenz in eine proportionale Gleichspannung umwandeln könnte, wie ein Thermoelement Temperatur in Spannung umwandelt, könnten Sie sich Leuten wie Michael Faraday in EE Heaven anschließen.

Wenn Sie ein Gerät erfinden könnten, das den Elektronenfluss ohne Magnet und Spule direkt in Schall umwandelt, könnten Sie ebenfalls auf etwas Großes stoßen.

Oder ein elastisches Material, das Strom direkt in Antriebskraft umwandelt – das schwer fassbare künstliche Muskelgewebe. Das würde die Welt der Pornografie für immer verändern, genauso wie Michael Faradays Vibrationsspule.

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