¿Cómo funcionan los reflejos de señal?

Primero, no es realmente correcto decir que las cargas positivas son agujeros en los metales regulares (no semiconductores). Sin embargo, ese no es el punto aquí.

Estás bien con el cuarto diagrama, pero el quinto está mal. Piénsalo. Cualquier efecto en el otro extremo de la línea tiene que propagarse al extremo más cercano antes de que tenga importancia allí. La línea que está abierta importa primero en el extremo lejano, luego el efecto de eso eventualmente se propaga de regreso al extremo cercano.

A medida que el paso se propaga por la línea, la capacitancia de la línea se carga. Eso requiere una corriente constante, ya que se cargará la misma cantidad de capacitancia por unidad de tiempo a medida que se propaga el paso. Cuando el escalón llega al extremo abierto, no hay lugar para que las cargas sigan fluyendo, pero debido a la inductancia en serie, las cargas siguen llegando a corto plazo. El resultado neto es que para una línea de transmisión ideal, el voltaje al final aumenta, absorbiendo algo de carga en el proceso porque la capacitancia inherente se carga. Este voltaje más alto ahora empuja las cargas hacia arriba por la línea hasta la fuente, lo que hace que la corriente disminuya. La inductancia en serie y la capacitancia en paralelo funcionan de tal manera que el voltaje se acumula hasta duplicar el valor original y la corriente disminuye hasta el punto en que se vuelve 0.

Cuando el escalón llega a la fuente, suponiendo una terminación ideal allí, la línea ahora parece un circuito abierto. El voltaje de la línea y el voltaje de la fuente son iguales y la corriente es 0. La línea permanecerá en este estado mientras se aplique el mismo voltaje.

Este es otro caso en el que el modelo de electricidad de electrones viajeros lo llevará por mal camino.

Lo que se propaga por un cable a una fracción significativa de la velocidad de la luz es una onda electromagnética. Esto tiene el efecto de mover electrones de un lado a otro, porque son partículas cargadas, pero no significa que si de alguna manera etiquetaras un electrón en el punto de inyección lo verías llegar al otro extremo junto con la señal. Se parece mucho más a una "cuna de Newton". La fuerza electromotriz aplicada en un extremo empuja a través de los campos repulsivos mutuos para aplicar una fuerza en el otro extremo.

Puede enviar señales de RF para algunos rangos de frecuencia con baja pérdida sin utilizar un conductor central: esto se denomina "guía de ondas". Se basa en la reflexión interna total de las superficies internas.

Piense en un montón de pesos colgantes idénticos inicialmente inmóviles conectados por resortes. Si el peso de arriba se sacude momentáneamente hacia arriba, eso hará subir el peso de abajo, que algún tiempo después hará subir el peso de abajo, etc., creando una onda de tensión que viaja hacia abajo. En un modelo ideal conceptualizado (los resortes reales no se comportan perfectamente), la cantidad de energía que cualquier resorte que no sea el primero o el último recibe del peso de arriba equilibrará con precisión la energía que pasa al peso de abajo, por lo que cada resorte será inmóvil después de que pasa a lo largo de su energía.

Si el último peso está sujeto rígidamente para que no se pueda mover, tirará hacia atrás contra el resorte anterior con el doble de fuerza que si pudiera moverse suavemente. El efecto neto es que el peso anterior se comportará como si hubiera tirado de un resorte subsiguiente (sintiendo una cantidad normal de tracción inversa) y el resorte subsiguiente, a su vez, hubiera tirado hacia atrás con tanta fuerza nuevamente. Esto haría que ese peso jalara al de arriba, el cual jalaría al de arriba, etc. causando que una onda de tensión se propague hacia arriba.

Si el último resorte no está sujeto, intentará tirar del siguiente resorte pero no recibirá la resistencia esperada (o ninguna). El comportamiento será equivalente a lo que sucedería si tirase contra la resistencia esperada y luego fuera empujado por esa misma fuerza; en consecuencia, empujaría el peso por encima, lo que empujaría el peso por encima de eso, etc., provocando que una onda de compresión se propague hacia arriba.

Si uno no quiere que ningún tipo de onda se propague hacia arriba, algo debe proporcionar la cantidad justa de resistencia al último peso de modo que su energía cinética y potencial se absorban perfectamente. Demasiada resistencia y una onda de tensión se propagará hacia arriba; muy poco y una onda de compresión lo hará.