¿Cómo viajan los datos dentro de un cable?

Sé que esta es una pregunta muy básica, pero las respuestas de Google son demasiado complicadas para que las entienda. No estoy preguntando acerca de la modulación aquí. Lo que quiero saber es qué es exactamente lo que lleva los datos.

Por favor, déjame explicarte mis dudas:

Supongamos que desde mi PC, si quiero transmitir el número diez. Se convertirá a binario y se convertirá en 00001010. Luego se enviará al módem que se convertirá en una señal analógica. Esta señal analógica luego viajará por el cable y llegará a su destino donde nuevamente se convertirá a binario y el usuario recibirá el número.

Ahora bien, si fuera una señal digital, el valor se transmitiría como una combinación de alto y bajo voltaje.

Lo que fluye a través del cable es corriente.

¿Cómo lleva esta corriente los datos? La corriente es básicamente electrones que fluyen.

La velocidad de los electrones depende del voltaje aplicado (eso es lo que recuerdo de la escuela). Pero mis datos se reciben casi al instante.

Entonces, si estuviera al día con mis datos, no viajaría tan rápido.

Leí en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de la luz. ¿Cómo?

¿Qué lleva mis datos? Solo las ondas EM viajan tan rápido.

Por favor, ayúdame. Puede que me esté perdiendo muchos puntos básicos aquí. No he estudiado los modos de comunicación.

La velocidad de los electrones depende del voltaje aplicado (eso es lo que recuerdo de la escuela). Pero mis datos se reciben casi al instante. Si empuja una barra rígida en un lado, el otro lado se moverá (casi) inmediatamente, independientemente (si somos lo suficientemente razonables al respecto) de la longitud de la barra. El electrón del lado transmisor no es el mismo electrón del lado receptor.
Para agregar a esa analogía, el movimiento viajará a través de la varilla a una velocidad específica: la velocidad del sonido en ese medio. La analogía se traslada a la electricidad, hay una velocidad cuantificable específica a la que las señales viajan por el cable, que está relacionada con la permitividad de los cables.

Respuestas (3)

¿Cómo lleva esta corriente los datos?

La corriente y el voltaje son inseparables. La corriente fluye porque hay un voltaje en el cable y hay un camino conductor desde ese voltaje a un voltaje más bajo.

Entonces podemos decir que los datos están codificados como pulsos de voltaje o pulsos de corriente, realmente no importa. A menudo, un voltaje alto (5 V) indica un "1" y un voltaje bajo (0 V) indica un "0". Pero puedes elegir los dos voltajes que quieras. 3,3 y 0 V. 0 y 3,3 V. -0,8 y -1,2 V. Según lo que mejor funcione en tu diseño.

Leí en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de la luz. ¿Cómo? ¿Qué lleva mis datos? Solo las ondas EM viajan tan rápido.

Otra forma de ver las cosas es que el voltaje en un lugar del cable es solo una forma más simple de ver el hecho de que hay un campo eléctrico entre el cable y todo lo que lo rodea.

Cuando una señal se propaga a lo largo de un cable, en realidad es el campo electromagnético entre el cable y un conductor de "tierra" o "retorno" cercano el que se está propagando. Entonces, en realidad es una onda EM, no un objeto masivo (como un electrón) que transporta la señal a lo largo del cable.

Entonces, cuando los datos salen del módem, son transportados por ondas EM que se generan debido a la corriente que fluye.
Además, por lo que recuerdo, la onda portadora (en este caso, la onda EM) se modifica (o modula). Por ejemplo, la amplitud, frecuencia o fase se cambia de acuerdo con la señal de datos. Entonces, uno de estos atributos de las ondas EM debe estar cambiando, ¿verdad?
@Sunshine Bueno, es más complicado que eso. Una señal modulada (eso es una señal que transporta información) puede ser muy diferente según el esquema de modulación que se utilice para "poner la información" en la señal portadora (es decir, la señal no modulada). Puede variar cualquier propiedad de la señal portadora (amplitud, fase, frecuencia, incluso la polarización de una onda EM se puede variar para transmitir información) y esto solo en los esquemas básicos de modulación analógica. En esquemas de modulación complejos (especialmente modulaciones digitales) se varía más de una propiedad a la vez.
De hecho, está modulado por el MOdulator-DEModulator. La forma exacta de la modulación se describe en varios estándares 'V': en.wikipedia.org/wiki/List_of_ITU-T_V-series_recommendations : comience en V21 y avance hacia arriba.
El voltaje en el cable cambia incluso para un circuito abierto.
@ScottSeidman, en el caso de un circuito abierto, podemos hablar sobre la capacitancia parásita del cable, y el voltaje a través de él está relacionado con la historia de la corriente que entra y sale de la capacitancia. Lo que estoy tratando de evitar es decir "el voltaje causa la corriente" o "la corriente causa el voltaje".
La mejor forma concisa en que me han explicado la electricidad que fluye en un cable es pensar en el cable como una guía de ondas. Las ondas EM viajan a lo largo del cable.
@Shamtam, eso es más o menos lo que intentaba decir mi último párrafo, sin convertirse en un capítulo completo de un libro de texto.

Leí en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de la luz. ¿Cómo? ¿Qué lleva mis datos? Solo las ondas EM viajan tan rápido.

La ley de Ohm es genial. Te dice que si pones 1 voltio en una resistencia de 1 ohmio, fluirá 1 amperio. Sin embargo, esconde una verdad más oscura que se descubre mejor si imagina que la resistencia de 1 ohmio está a varias millas de distancia de la fuente de 1 voltio y está conectada por cable.

Entonces, aplica 1 voltio y algún tiempo después verá ese 1 voltio a través de la carga de 1 ohmio; bueno, eso es lo que cree que podría suceder, pero es más complejo que eso en los microsegundos que lleva bajar el cable.

En realidad, el cable "informa" a la fuente de alimentación de 1 voltio que está tomando 20 mA (esto es para cables con una impedancia característica de 50 ohmios, es decir, muchos cables coaxiales tienen esta impedancia). Claramente 1 voltio / 50 ohmios = 20 mA. Entonces, la corriente inicialmente no está determinada por la carga (demasiado lejos) sino por el medio del cable.

Entonces, los 20 mA Y el 1 voltio se precipitan por el cable como una onda EM: el cable garantiza esto y hay un campo E y un campo H como una onda de radio real transmitida al aire / atmósfera / vacío / medio . Un vacío también tiene una impedancia característica: es de aproximadamente 377 ohmios; lo que significa que la relación entre el campo E y el campo H es 377.

Los campos E y H viajan hasta el otro extremo del cable para ser recibidos con una carga de 1 ohm y luego comienzan a suceder cosas extrañas. Si la carga en el otro extremo fuera de 50 ohmios, sería el "fin de la historia", pero, debido a que la carga no coincide con las "características" de la onda EM, se envía un reflejo a la fuente de alimentación y, después de muchas veces también: yendo y viniendo finalmente, la corriente correcta se envía por el cable para adaptarse a la carga. Sin embargo, todo termina en unos pocos microsegundos.

Entonces, es una onda EM que viaja por el cable. Y, por esa razón, siempre es una buena idea considerar el uso de impedancias coincidentes para evitar reflejos que provoquen daños en los datos.

si la corriente es el flujo de electrones, ¿y de dónde viene la onda EM aquí? aplica un voltaje a través de un cable e instantáneamente obtiene un flujo de electrones. entonces, cuando la señal es "alta", 5v hará que los electrones fluyan instantáneamente y la estación receptora debería recibir una corriente instantáneamente. ¿Me estoy perdiendo de algo? solo en los cables de fibra óptica la onda EM transportará la señal, ¿no es así?
@vikrant No, no al instante. Las ondas por los cables viajarán alrededor del 70% de la velocidad de la luz. Y, de hecho, el progreso del voltaje (y la corriente) por un cable es el progreso de una onda EM. Sí, sé que no te enseñaron eso en la escuela, pero es verdad. Sin embargo, no importa en el 99,9% de la mayoría de las situaciones eléctricas y solo hablamos de corriente o flujo de electrones.

Dado que está haciendo esta pregunta dentro del contexto de una PC y un módem, las respuestas que presento se limitan al dominio telefónico.

Tiene razón en su explicación de enviar el valor "10" desde su PC hasta el punto en que el módem convierte los 1 y 0 que componen el valor binario 00001010. En general, el módem en realidad está convirtiendo los 1 y 0 en dos diferentes tonos de audio Esto se debe básicamente a que el sistema telefónico fue diseñado para transmitir y recibir formas de onda de audio como una corriente eléctrica variable. Estos dos valores discretos de tonos de audio (dos frecuencias distintas) pasan a través del sistema telefónico local como una corriente variable en el tiempo. Una vez que estas señales se reciben en la oficina central ("CO") de su compañía telefónica local (es decir, el lugar donde se conecta el cable telefónico de su casa), generalmente se convierten en datos digitales allí mismo y se envían digitalmente a través de las líneas troncales nacionales.

El módem receptor reconoce estos dos tonos de audio específicos (un tono es un "cero", el otro es un "uno") y los vuelve a convertir en una cadena binaria de 1 y 0. Luego, depende de la PC conectada al módem receptor convertir estos 0 y 1 nuevamente en valores de 8 bits.

Entonces, para responder a su pregunta sobre lo que realmente transporta los datos, en realidad es un mecanismo de varios niveles. El módem convierte los 0 y los 1 en diferentes señales variables en el tiempo (los dos tonos, representados por un voltaje variable en el tiempo análogo) y luego empuja estas señales variables en el tiempo a través de los cables telefónicos de cobre hasta el CO como corrientes variables en el tiempo. El módem convierte las señales variables en el tiempo en corrientes variables en el tiempo porque la conexión a la CO es lo que se conoce como un "bucle de corriente". El circuito telefónico local de alambre de cobre a su CO transporta señales de audio codificadas eléctricamente como corrientes, no como voltajes. Estas corrientes eléctricas fluyen muy rápidamente, por lo que sus "datos" (que representa la corriente variable en el tiempo) fluyen muy rápidamente. Tal vez no a la velocidad de la luz,

¿Verás? Hay dos mecanismos en juego aquí: los datos binarios se representan como tonos de frecuencia de audio y los tonos se transmiten en forma de corrientes eléctricas. Al menos así funciona entre el módem y la CO de la compañía telefónica en ambos extremos de la conexión. Entre los dos CO participantes entra en juego otro conjunto de mecanismos.

También para corregir su pensamiento, los datos binarios se codifican comúnmente como dos niveles de voltaje en los sistemas electrónicos, pero no siempre. Algunos sistemas codifican datos como frecuencias, como el módem. Otros codifican datos como la fase de una señal de frecuencia constante. Y también hay algunos otros métodos.

Y deje todo lo relacionado con la propagación de ondas eléctricas y campos eléctricos a los físicos. Solo lo confundirá cuando se trate de equipos electrónicos prácticos. En este mundo de EE se trata de voltajes y corrientes. No es necesario comprender los fenómenos más allá de estos dos parámetros para comprender gran parte de lo que sucede en la mayoría de los dispositivos electrónicos comunes.