¿Por qué hay sólo cuatro elementos pasivos?

He leído que hay cuatro tipos de elementos pasivos: resistencias, capacitores, inductores y memristores.

El memristor se predijo 30 años antes de que se produjera. Pero, ¿por qué no pudiste inventar otro tipo de elemento pasivo? ¿Hay una prueba?

La definición que estoy usando de elementos pasivos es algo sin ganancia, sin control y lineal.

Hay este gráfico elegante, que quizás hayas visto. en.wikipedia.org/wiki/… Desafortunadamente, me encuentro mirándolo y pensando en memristores, en lugar de sentir que la pregunta ha sido respondida.
@PhilFrost ¡Claramente, no soy el único al que le gusta ese gráfico!
Creo que es importante tener en cuenta que cada cable muestra resistencia, capacitancia e inductancia. Estos son elementos de circuito ideales , pero en la vida real son características de casi todos los elementos de circuito. El memristor no encaja en ese molde. No se puede hablar de la "memristancia" de un cable. En mi opinión, el memristor no pertenece al mismo conjunto que la resistencia, la capacitancia y la inductancia.
Estoy usando elementos pasivos es algo sin ganancia, sin control y lineal. Entonces, el memristor no es un elemento pasivo ya que no es lineal (excepto en el caso trivial en el que es solo una resistencia). Según Wiki, para el memristor tenemos: v = METRO ( q ) i donde q se entiende como la integral temporal de i . Si METRO ( q ) es constante, v ∝ i y, por lo tanto, tenemos una resistencia. De lo contrario, v no es una función lineal de i . Por ejemplo, si METRO ( q ) = metro q después d v d t = metro ( i 2 + q d i d t )
@AlfredCentauri ¿Entonces contradice esta respuesta electronics.stackexchange.com/a/82801/24361 ?
@jinawee, si un elemento pasivo debe ser lineal , el memristor no es un elemento pasivo. Del artículo de Wiki "Memristor": En su artículo de 1971, Chua extrapoló una simetría conceptual entre la resistencia no lineal (voltaje frente a corriente), el condensador no lineal (voltaje frente a carga) y el inductor no lineal (enlace de flujo magnético frente a corriente). Luego infirió la posibilidad de un memristor como otro elemento fundamental del circuito no lineal que vincula el enlace del flujo magnético y la carga.
El gráfico vinculado por PhilFrost siempre a primera vista me hace pensar, "Entonces, ¿por qué no hay un componente en la línea de flujo de voltaje? Eso sería genial. ¿O la línea de corriente de carga? Oh, mierda, eso es solo tiempo ". Así que... ¿quizás podríamos hacer un componente para el momento? :D

Respuestas (3)

Hay cuatro cantidades físicas de interés para la electrónica: voltaje, flujo, carga y corriente. Si tienes cuatro cosas y quieres elegir dos, sin importar el orden , hay 4C2 = 6 formas de hacerlo. Dos de las cantidades físicas se definen en términos de las otras dos. (La corriente es el cambio de carga a lo largo del tiempo. El voltaje es el cambio de flujo a lo largo del tiempo). Eso deja cuatro posibles relaciones: resistencia, inductancia, capacitancia y memristancia.ingrese la descripción de la imagen aquí

Si desea otro componente fundamental, necesita otra cantidad física para relacionarse con estos cuatro. Y si bien hay muchas cantidades físicas que se pueden medir, ninguna parece estar tan estrechamente unida como estas. Supongo que esto se debe a que la electricidad y el magnetismo son dos aspectos de la misma fuerza . Además, supongo que dado que ahora se entiende que el electromagnetismo es parte de la fuerza electrodébil , uno podría postular algunas relaciones entre la interacción nuclear débil y nuestros cuatro elementos de voltaje, corriente, carga y flujo.

No tengo ni idea de cómo se manifestaría esto físicamente, especialmente dada la relativa debilidad de la fuerza nuclear débil en distancias inferiores a las intranucleares. ¿Quizás en presencia de fuertes campos magnéticos o eléctricos que afectan las tasas de desintegración radiactiva? ¿O en precipitar o prevenir la fusión nuclear? Supondría aún más (estoy en racha) que las intensidades de campo requeridas serían fenomenales, razón por la cual no son prácticas para la ingeniería cotidiana.

Pero eso es un montón de suposiciones. Soy un simple ingeniero y no estoy calificado para especular sobre tales cosas.

Creo que es más como "alguien decidió que hay cuatro cantidades físicas de interés para la electrónica". Y realmente tal vez solo haya dos, ya que la carga es la integral de la corriente y el flujo es la integral del voltaje. La temperatura es bastante importante. También lo es el poder, o su derivado, la energía. O tal vez quiero integrar flux para obtener algo nuevo y definir un componente sobre eso.
Creo que tal vez la prueba radica en el requisito (establecido en la pregunta) de que estos componentes pasivos sean lineales , y eso significa que tienen una relación lineal entre la corriente y el voltaje, por lo que no puede haber otras cantidades físicas de interés, por definición. . Pero solo estoy suponiendo.
La resistencia no se define como R = d v d i sino, más bien, como la constante de proporcionalidad de voltaje y corriente, R = v i entonces, en el mejor de los casos , este gráfico es engañoso. Por ejemplo, una fuente de tensión ideal en serie con una resistencia ideal R satisface R = d v d i pero tal combinación no es un elemento fundamental del circuito pasivo .
@AlfredCentauri Hay una pequeña explicación en el artículo de Wikipedia para memristor que explica por qué todo se escribió como ecuaciones diferenciales . No puedo decir que lo sigo (no hablo muy bien las matemáticas), pero lo entendí como "porque hace que sea más fácil argumentar a favor de los memristores".
Personalmente, habría optado por definir M al revés, por lo que dq=MdΦ, entonces se podría comparar con dq=Cdv y llamarlos justificadamente condensadores de flujo.
@PhilFrost: ¿De qué manera es más "correcto" relacionar las cuatro cantidades que se muestran que decir que los capacitores, las resistencias y los inductores establecen una relación entre la corriente y dV / dt, V o integral (Vdt), o entre voltaje e integral? (Idt), I, o dI/dt?
@supercat lo siento, no tengo ni idea. Cuando veo matemáticas para algo sobre lo que aún no tengo una explicación intuitiva, mi cabeza se derrite. Solo quería proporcionar el enlace como referencia.
Realmente, la única razón por la que el flujo está en este diagrama es para que puedan poner dos derivadas en todas las ecuaciones: desde el punto de vista de la teoría de circuitos, el flujo y la carga no están realmente involucrados en absoluto. ¿Qué hay de malo con V=RI, V=LI' y V'=(1/C)I ? (donde ' denota derivada con respecto al tiempo)

Pero, ¿por qué no pudiste inventar otro tipo de elemento pasivo? ¿Hay una prueba?

Bueno, hay una prueba, pero es circular. Si toma "las cuatro variables electrónicas fundamentales", solo hay seis formas de combinarlas linealmente. Cuatro de las formas son componentes y las otras dos son definiciones. La respuesta de Stephen explica esto bien. Solo hay cuatro componentes pasivos porque quien hizo esa afirmación solo permitió cuatro variables.

Puedo "inventar" más "componentes faltantes" introduciendo más variables. La corriente es la derivada de la carga con respecto al tiempo:

i = d q d t

Voy a definir un nuevo término: surgimiento. Es la derivada de la corriente con respecto al tiempo:

s = d i d t

¿Alucinado? Vuelva a armarlo. Hacemos esto todo el tiempo en física. Estas secuencias son análogas:

  • posición, velocidad, aceleración
  • carga, corriente, aumento

Podemos diferenciar variables tantas veces como queramos y dar nombres a los resultados, si queremos. La física incluso tiene un nombre para la derivada de la aceleración: tirón .

Ahora podemos incluir el aumento de volumen en ese gráfico de la respuesta de Stephen. Va por debajo ya la izquierda de la corriente.

Ahora podemos preguntar, ¿cuál es el componente que conecta la sobretensión con el voltaje? Sería un componente que obedece:

d v = PAG d s

voy a llamar PAG Filistancia _ El componente se llama Philator .

¿Cuál es la utilidad de este componente? No tengo ni idea, pero predigo que existe. En unas décadas, cuando se invente, diré "te lo dije" y seré famoso.

Creo que solo eres un filisteo.
Si s = d i d t y d v = PAG d s después v = PAG d i d t + V , es decir, el Philator es solo un inductor en serie con una fuente de voltaje constante.
@AlfredCentauri Lo que significa que si haces un Philator pasivo , serás muy famoso.
@Buhb, un Philator pasivo sería como un soltero casado .
@AlfredCentauri Si tú lo dices. Nunca fui muy bueno en matemáticas :) Me preguntaba qué pasa si integro carga e integro flujo, luego imagino que hay algún componente pasivo allí. ¿Quizás un "falsificador"? ¿O es también una combinación de cosas que ya tenemos?
Extendiendo la analogía de la física, la lista completa hasta la séptima derivada es "posición, velocidad, aceleración, tirón, chasquido, crujido, estallido".
@Buhb if you make a passive Philator, you will indeed be very famoushizo que mi día fuera mucho mejor, ¡gracias! Ha pasado mucho tiempo que me reí tan fuerte

jinawee,

Creo que hay una gran cantidad de componentes "pasivos" aún por descubrir e inventar. "Pasivo" es un término algo engañoso y ambiguo que usamos en electrónica. En electrónica tenemos mucha terminología vaga que lanza a los principiantes una bola curva. Pensarías que para una ciencia exacta usaríamos un lenguaje más exacto. No tan.

Como han indicado otros carteles, los tres grandes pasivos son resistencias, condensadores e inductores. No sé acerca de este artilugio memristor. En mis más de 50 años de experiencia en electrónica, nunca tuve uno en la mano ni me apareció uno en un diseño de circuito en el que he trabajado.

Sin embargo, creo que si pudiera encontrar un dispositivo que pudiera convertir la frecuencia en un voltaje de CC proporcional, como un termopar convierte la temperatura en voltaje, podría unirse a Michael Faraday en EE Heaven.

Del mismo modo, si pudieras inventar un dispositivo que convierta el flujo de electrones directamente en sonido sin el uso de un imán y una bobina, también podrías estar ante algo grande.

O, para el caso, un material elástico que convierte directamente la corriente en fuerza motriz: el escurridizo tejido muscular artificial. Eso cambiaría para siempre el mundo de la pornografía tanto como lo hizo la bobina vibratoria de Michael Faraday.

Ha pasado bastante tiempo desde que el mundo EE ha disfrutado de un nuevo componente pasivo. Mantennos informados de tus progresos.

convert frequency to a proportional DC voltage- ¿Quiere decir como un filtro de paso bajo comúnmente utilizado para convertir una salida PWN a un voltaje para un DAC barato?
a device which converts electron flow directly to sound without the use of a magnet and coil- o ¿qué pasa con un dispositivo que desvía la luz sin el uso de una lente de material?
an elastic material that directly converts current to motive force- o un holo-diodo?
Michael, ¿estás seguro de que tu apellido NO es Faraday? Sus ideas pueden sonar locas, pero también lo fue la idea de grabar una voz en un trozo de papel de aluminio hace 130 años, o enviar un mensaje a través de un trozo de alambre de cerca de 20 millas de largo hace 200 años.
@Michael "¿qué pasa con un dispositivo que dobla la luz sin el uso de una lente de material?" Mire hacia el cielo en un día despejado y verá uno brillando intensamente.
@JAB exactamente, parece que se requiere gravedad. pero crear suficiente gravedad para doblar la luz y encajarla en algo que quepa en el laboratorio, o incluso en la cara, ahora eso es un desafío.
@Michael, sería cauteloso al poner algo con suficiente fuerza gravitatoria para doblar la luz que también es lo suficientemente pequeña como para caber en la cara de alguien. Parece un poco peligroso dada la cantidad de masa requerida; ¿Qué sucede si cae sobre el pie de la persona?
@JAB Me preocuparía más lo que sucedería si el planeta cayera sobre el dispositivo.
In my 50+ years of electronics experiencecon todo el respeto posible, tenga en cuenta que los primeros memristores reales se construyeron recientemente, por lo que no es de extrañar que no lo haya hecho... esto no significa mucho. Nunca sostuve un láser de gas, y he visto una gran cantidad de otros dispositivos emisores de luz. No sostener / ver en vivo uno de ellos no significa que estos dispositivos no existan (o no puedan) o sé útil.
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