Bagaimana mungkin dua arus listrik dapat berjalan dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama, pada saat yang sama, tanpa mengganggu satu sama lain?

Pengantar Teori Informasi: Simbol, Sinyal dan Kebisingan , oleh John R. Pierce, mengatakan yang berikut:

Sementara linearitas adalah sifat alami yang benar-benar mencengangkan, itu tidak berarti sesuatu yang langka. Semua sirkuit yang terdiri dari resistor, kapasitor, dan induktor yang dibahas dalam Bab I sehubungan dengan teori jaringan adalah linier, dan begitu pula garis dan kabel telegraf. Memang, biasanya rangkaian listrik linier, kecuali ketika mereka termasuk tabung vakum, atau transistor, atau dioda, dan kadang-kadang bahkan sirkuit semacam itu pada dasarnya linier.

Karena kabel telegraf adalah linier, yang hanya untuk mengatakan karena kabel telegraf sedemikian rupa sehingga sinyal listrik pada mereka berperilaku secara independen tanpa berinteraksi satu sama lain, dua sinyal telegraf dapat berjalan dalam arah yang berlawanan pada kawat yang sama pada saat yang sama tanpa mengganggu satu sama lain . Namun, sementara linearitas adalah fenomena yang cukup umum di sirkuit listrik, itu sama sekali bukan fenomena alam universal. Dua kereta api tidak dapat berjalan dalam arah yang berlawanan di jalur yang sama tanpa gangguan. Namun, mungkin mereka bisa, jika semua fenomena fisik yang terkandung dalam kereta itu linier. Pembaca mungkin berspekulasi pada banyak yang tidak bahagia dari ras makhluk yang benar-benar linier.

Memikirkan hal ini dari sudut pandang fisik, saya bertanya-tanya bagaimana kabel telegraf itu linear, dalam arti bahwa dua sinyal telegraf (dengan kata lain, dua arus listrik) dapat bergerak dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama , pada saat yang sama , tanpa mengganggu satu sama lain?

Aku secara naif memikirkan kawat itu sebagai jalan satu arah, jalan dua arah. Dalam analogi ini, mobil-mobil akan dapat melakukan perjalanan di kedua arah, tetapi tidak pada saat yang bersamaan. Seperti yang saya pahami, dalam padatan, pergerakan elektron menghasilkan arus listrik, sehingga elektron akan menjadi mobil. Dengan penjelasan penulis tentang linearitas, apa yang terjadi di sini dengan elektron yang memungkinkan arus arus dua arah yang bersamaan?

Saya tidak menemukan apa pun di halaman Wikipedia untuk sirkuit linear yang menjelaskan properti fisik linearitas ini.

Saya akan sangat menghargainya jika orang dapat meluangkan waktu untuk mengklarifikasi hal ini.

PS Saya tidak memiliki latar belakang di bidang teknik elektro, jadi penjelasan pada dasarnya sangat dihargai.

EDIT: Berdasarkan komentar dari utas sebelumnya, saya mengerti bahwa analogi saya akan lebih akurat jika saya mewakili elektron sebagai mobil bemper dua sisi, dan kemudian bayangkan jalur dua arah yang mereka tempati diisi dengan mobil-mobil ini, sehingga gerakan di kedua arah (arus listrik di kedua arah) diwakili oleh gerakan "mendorong / menyenggol" secara berurutan, seperti gelombang, yang diabadikan oleh setiap mobil "menabrak / menyenggol" ke yang di "depan" itu (di arah arus).

EDIT 2: Saya melihat banyak jawaban yang mengatakan kepada saya bahwa inti dari kesalahpahaman saya berasal dari kenyataan bahwa saya berasumsi bahwa arus listrik dan sinyal adalah hal yang sama. Dan jawaban ini benar, saya telah mengasumsikan bahwa arus listrik dan sinyal adalah hal yang sama, karena penulis terus menyiratkan bahwa mereka adalah hal yang sama dalam teks (atau dia gagal untuk secara jelas membedakan antara dua)! Lihat kutipan berikut dari bab yang sama:

Ketika Morse bekerja dengan Alfred Vail, pengkodean lama dihentikan, dan apa yang sekarang kita ketahui sebagai kode Morse telah dirancang pada tahun 1838. Dalam kode ini, huruf-huruf alfabet diwakili oleh spasi, titik, dan garis. Ruang adalah tidak adanya arus listrik, titik adalah arus listrik dengan durasi pendek, dan garis putus-putus adalah arus listrik dengan durasi lebih lama.

$$\vdots$$

Kesulitan yang Morse temui dengan kawat bawah tanahnya tetap merupakan masalah penting. Sirkuit yang berbeda yang mengalirkan arus listrik stabil yang sama baiknya belum tentu cocok untuk komunikasi listrik. Jika seseorang mengirim titik dan garis terlalu cepat pada sirkuit bawah tanah atau bawah laut, mereka berjalan bersama di ujung penerima. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar II-1, ketika kami mengirim ledakan singkat yang berubah secara tiba-tiba dan mati, kami menerima di ujung jauh dari sirkuit yang lebih lama, kenaikan dan penurunan arus yang lebih lancar. Aliran arus yang lebih panjang ini mungkin tumpang tindih dengan arus simbol lain yang dikirim, misalnya, sebagai tidak adanya arus. Jadi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar II-2, ketika sinyal yang jelas dan berbeda ditransmisikan, sinyal tersebut dapat diterima sebagai naik turunnya arus yang samar-samar berkeliaran yang sulit diinterpretasikan.

Tentu saja, jika kita membuat titik, spasi, dan garis putus-putus kita cukup lama, arus di ujung akan mengikuti arus di ujung pengiriman dengan lebih baik, tetapi ini memperlambat laju transmisi. Jelas bahwa ada beberapa hal yang terkait dengan sirkuit transmisi tertentu yang membatasi kecepatan transmisi untuk titik dan spasi. Untuk kabel bawah laut kecepatan ini sangat lambat sehingga mengganggu telegraf; untuk kabel pada tiang sangat cepat sehingga tidak mengganggu telegraf. Telegrafis awal menyadari keterbatasan ini, dan itu juga, terletak di jantung teori komunikasi.

Bahkan dalam menghadapi pembatasan kecepatan ini, berbagai hal dapat dilakukan untuk meningkatkan jumlah huruf yang dapat dikirim ke sirkuit tertentu dalam periode waktu tertentu. Tanda hubung membutuhkan waktu tiga kali lebih lama untuk dikirim sebagai titik. Segera dihargai bahwa seseorang dapat memperoleh melalui telegrafi arus ganda. Kita dapat memahami ini dengan membayangkan bahwa pada ujung penerima galvanometer, alat yang mendeteksi dan menunjukkan arah aliran arus kecil, terhubung antara kawat telegraf dan tanah. Untuk menunjukkan sebuah titik, pengirim menghubungkan terminal positif baterainya ke kawat dan terminal negatif ke ground, dan jarum galvanometer bergerak ke kanan. Untuk mengirim tanda hubung, pengirim menghubungkan terminal negatif baterainya ke kabel dan terminal positif ke lapangan, dan jarum galvanometer bergerak ke kiri. Kita mengatakan bahwa arus listrik dalam satu arah (ke kawat) mewakili sebuah titik dan arus listrik di arah lain (keluar dari kawat) mewakili tanda hubung. Tidak ada arus sama sekali (baterai terputus) mewakili ruang. Dalam telegrafi arus ganda aktual, berbagai jenis instrumen penerima digunakan.

Dalam telegrafi arus tunggal, kita memiliki dua elemen untuk membangun kode kita: arus dan tidak ada arus, yang dapat kita sebut 1 dan 0. Dalam telegrafi arus ganda kita benar-benar memiliki tiga elemen, yang dapat kita gambarkan sebagai arus maju, atau arus ke kawat; tidak ada arus; arus mundur, atau arus keluar dari kawat; atau +1, 0, -1. Di sini tanda + atau - menunjukkan arah aliran arus dan angka 1 memberikan besarnya atau kekuatan arus, yang dalam hal ini sama dengan aliran arus di kedua arah.

Pada tahun 1874, Thomas Edison melangkah lebih jauh; dalam sistem telegraf quadruplex-nya ia menggunakan dua intensitas arus dan juga dua arah arus. Dia menggunakan perubahan intensitas, terlepas dari perubahan arah aliran saat ini untuk mengirim satu pesan, dan perubahan arah aliran saat ini terlepas dari perubahan intensitas, untuk mengirim pesan lain. Jika kita mengasumsikan arus berbeda sama satu dari yang berikutnya, kita mungkin mewakili empat kondisi aliran arus yang berbeda yang dengannya dua pesan disampaikan melalui satu sirkuit secara bersamaan sebagai +3, +1, -1, -3. Penafsiran ini di ujung penerima ditunjukkan pada Tabel I.

Gambar II-3 menunjukkan bagaimana titik-titik, tanda hubung, dan ruang dari dua pesan independen yang simultan dapat diwakili oleh suksesi dari empat nilai saat ini yang berbeda.

Jelas, berapa banyak informasi yang mungkin untuk dikirim melalui suatu sirkuit tidak hanya bergantung pada seberapa cepat seseorang dapat mengirim simbol berturut-turut (nilai arus berurutan) di atas sirkuit, tetapi juga pada berapa banyak simbol (nilai arus berbeda) yang tersedia untuk dipilih . Jika kita hanya memiliki simbol dua arus +1 atau 0 atau, yang sama efektifnya, kedua arus +1 dan - 1, kita dapat menyampaikan kepada penerima hanya satu dari dua kemungkinan sekaligus. Kita telah melihat di atas, bagaimanapun, bahwa jika kita dapat memilih salah satu dari empat nilai saat ini (salah satu dari empat simbol) pada suatu waktu, seperti +3 atau + 1 atau - 1 atau - 3, kita dapat menyampaikan melalui nilai-nilai saat ini (simbol) dua informasi independen: apakah kita berarti 0 atau 1 di pesan 1 dan apakah kita berarti 0 atau 1 di pesan 2. Dengan demikian, untuk tingkat tertentu pengiriman simbol berturut-turut, penggunaan empat nilai saat ini memungkinkan kami untuk mengirim dua pesan independen, masing-masing secepat dua nilai saat ini memungkinkan kami untuk mengirim satu pesan. Kami dapat mengirim surat dua kali lebih banyak per menit dengan menggunakan empat nilai saat ini karena kami dapat menggunakan dua nilai saat ini.

Dan buku pelajaran ini tidak mengasumsikan pengetahuan fisika atau teknik elektro apa pun yang dipersyaratkan, sehingga tampaknya tidak mungkin pembaca akan dapat membedakan antara sinyal dan arus listrik - terutama mengingat fakta bahwa penulis tampaknya terus-menerus menyiratkan bahwa mereka sama ( atau gagal, dengan cara yang jelas, memisahkan keduanya untuk orang-orang tanpa latar belakang seperti itu).

Penjelasan fisika adalah bahwa pandu gelombang (termasuk ruang kosong) memiliki mode ortogonal untuk dua arah propagasi. Ini berarti bahwa dua sinyal yang bergerak dalam arah yang berlawanan tidak akan mengganggu. (Ini bukan perkiraan, tidak akan ada gangguan).

Perangkat yang memisahkan sinyal "terkirim" dan "diterima" adalah sirkulator . Itu ada juga dalam domain optik dan dapat digunakan untuk mengimplementasikan komunikasi duplex melalui serat optik tunggal. Dalam domain RF, ini dapat digunakan untuk menerapkan pemisahan sinyal pengiriman dan penerimaan melalui antena tunggal (pada waktu dan frekuensi yang sama tentu saja). Praktis seseorang sering menggunakan frekuensi yang berbeda untuk mengirim dan menerima, terutama karena alasan teknis. Circulator tidak memiliki isolasi sempurna dan pemisahan tidak berfungsi dengan baik untuk sinyal yang diterima sangat lemah. Tetapi jika seseorang memiliki perangkat sirkulator yang sempurna pengaturannya akan bekerja.

Dalam sistem telepon analog lama hanya ada satu pasangan kawat, namun dimungkinkan untuk berbicara dan mendengar pada saat yang sama.

TL / DR: Penjelasan yang sangat mendasar adalah bahwa seseorang memiliki tegangan dan arus dalam kawat dan yang dapat digunakan untuk membawa informasi terpisah dalam dua arah. Pertimbangkan yang berikut ini:

Di satu sisi kabel terdapat sumber tegangan yang dapat dikontrol, dan informasi yang akan dikirim adalah tegangan sesaat. Di sisi lain dari kawat ada sumber arus yang dapat dikontrol (atau lebih baik "tenggelam"). Informasi yang akan dikirim di sini adalah arus sesaat. Jelas, stasiun 1 (yang dengan sumber tegangan) dapat membaca sinyal dari sumber 2 dengan hanya mengukur arus melalui kabel. Stasiun 2 juga dapat menerima sinyal dari stasiun 1 dengan mengukur tegangan di terminal sumber arusnya. Jadi ini membuktikan Anda dapat mengirimkan informasi dalam dua arah secara bersamaan melalui satu pasangan kawat. Dan jika Anda ragu bahwa itu tidak mungkin untuk menghubungkan sumber arus / tenggelam ke sumber tegangan. Ini sangat mungkin,

EDIT: Ada juga penjelasan dasar untuk gelombang: Gelombang ruang bebas memiliki medan listrik dan magnet (E dan H) yang berosilasi. Mereka berorientasi dengan sudut 90 ° di ruang dan memiliki pergeseran fase temporal 90 °. Ini +90 ° untuk maju dan -90 ° untuk arah merambat mundur (mungkin juga sebaliknya tergantung pada pilihan sistem koordinat atau tanda fase). Juga rasio amplitudo medan magnet dan listrik tetap pada impedansi gelombang medium (yaitu 377 Ohm untuk vakum). Jika sekarang kita memiliki gelombang rambat maju dan mundur kita akan memiliki superposisi medan listrik dan magnet di mana saja dalam ruang dan waktu. Namun pemisahan yang ideal dari kedua gelombang dimungkinkan. Secara sederhana: Medan listrik akan bertambah sementara medan magnet akan berkurang (karena pergeseran fasa total 180 °). Karena amplitudo bidang E dan H dari masing-masing komponen memiliki rasio tetap, kita dapat mengganti bidang H untuk E (atau sebaliknya) dan menyelesaikan dua amplitudo medan E dari gelombang propagasi maju dan mundur. Itu menunjukkan bahwa pemisahan ideal dari dua arah propagasi adalah mungkin.

Dan penjelasan fisika yang sangat abstrak di balik ini, adalah - seperti yang saya tulis sebelumnya - bahwa mode yang sesuai dengan dua arah propagasi selalu ortogonal dan sinyal tidak mengganggu.

dalam arti bahwa dua sinyal telegraf (dengan kata lain, dua arus listrik) dapat berjalan dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama, pada saat yang sama, tanpa mengganggu satu sama lain

$0~V$$0~A$ ).

Jika dua gelombang saat ini berjalan dalam arah yang berlawanan, gelombang tidak memiliki kesulitan melewati satu sama lain, sama seperti dua gelombang suara mampu melakukan perjalanan dalam arah yang berlawanan dalam media yang sama.

(Di sini, biru bergerak ke kiri, hijau ke kanan, dan gelombang merah adalah superposisi yang dihasilkan dari mereka. Gelombang merah adalah distribusi arus / tegangan yang diukur dalam kawat dari waktu ke waktu.)

$x^2$$x^3$$U(x, t)$$I(x,t)$

$L, C, G$$R$$x$$t$

$U$$I$$U_1(x,t)$$U_2(x,t)$

Catatan tentang DC:

Memiliki dua arus mengalir dalam arah yang berlawanan akan membatalkan kontribusi mereka dan menghasilkan tidak ada arus. Atau, Anda dapat meyakinkan diri sendiri bahwa arus searah (DC) tidak dapat mengalir di kedua arah sekaligus, hanya dengan Hukum Ohm :

$R$$U = \varphi_2 - \varphi_1$$I = \frac{U}{R}$ mengalir. Arus (disusun untuk memindahkan muatan positif) bergerak dari potensi yang lebih positif ke potensi yang lebih negatif.

Jika kita membuat kedua potensi sama, tidak akan ada perbedaan dan arus akan menjadi nol.

Satu-satunya cara agar arus keluar di kedua ujungnya adalah memiliki sumber di tengah, yang tidak terlalu menarik.

Ini masalah Anda: sinyal telegraf bukanlah arus listrik. (Kita mungkin juga mengatakan bahwa sinyal telegraf adalah tegangan sebagai gantinya.) Yang mana yang benar? Tidak juga.

Untuk mengatasi ini, menyerahlah pada elektronik dan sebaliknya jatuh kembali ke fisika di belakangnya. Sebenarnya sinyal telegraf (dan bahkan semua sinyal listrik di mana-mana) sebenarnya adalah energi listrik; hal yang sama seperti gelombang cahaya dan radio. Sinyal adalah perubahan , dan perubahan arus melibatkan tegangan, sama seperti mengubah tegangan yang melibatkan arus. Sinyal adalah watt, bukan hanya ampere dan bukan hanya volt.

Sinyal-energi berperilaku berbeda dari arus di sirkuit. Sementara energi ritsleting melintasi sirkuit, bukan arus ampli atau arus tidak. Biaya hanya berputar melalui loop secara keseluruhan, atau mungkin bergoyang sedikit bolak-balik, tetapi arus tidak terbang ke depan di lightspeed. Sesuatu terbang bersama pada kecepatan lights. Kami mengukurnya dan mendiskusikannya dalam hal watt atau "watt". Amp tidak terbang cepat, amp berbeda, amp adalah gerakan lambat dari "medium;" bahwa muatan laut ditemukan di dalam setiap kawat. Gelombang versus sedang. Agak seperti gelombang suara versus angin. Arus listrik seperti angin, sedangkan sinyal seperti gelombang suara. (Dan tentu saja gelombang suara adalah angin bolak-balik! Udara bergoyang, sementara gelombang merambat ke depan.)

Bagaimana dua sinyal independen dapat melewati sirkuit listrik? Pertama-tama tanyakan pada diri Anda bagaimana dua gelombang suara independen dapat melewati wilayah udara yang sama. Dan di kolam, lempar dua kerikil dan tanyakan pada dirimu bagaimana dua pola riak bullseye saling melewati tanpa berinteraksi. Mengapa satu sinar laser tidak menghalangi yang lain setiap kali mereka menyeberang? Itu hanya sesuatu yang bisa dilakukan semua gelombang, jika medianya linier. Dalam sistem linier, gelombang dapat menambah dan kemudian mengurangi lagi, sehingga mereka saling bersilangan tanpa berinteraksi. Ia bekerja untuk cahaya di dalam serat optik. Ini berfungsi untuk suara di dalam pipa organ. Ia bekerja untuk kabel coax dengan pulsa yang bergerak berlawanan arah, dan bekerja untuk sinyal telegraf yang merambat pada lightspeed melintasi satu pasangan, satu rangkaian tunggal.

Jawaban untuk pertanyaan Anda melibatkan bab gelombang buku fisika Anda. Jawaban untuk pertanyaan sirkuit khusus Anda membuka seluruh bidang elektronik yang menarik: refleksi kabel dan gelombang berdiri pada kabel.

Di sisi lain, dua arus searah tidak dapat menempati sirkuit yang sama, karena mereka kehilangan identitas mereka, bergabung untuk membentuk arus-jumlah. (Jangan lupa bahwa setiap rangkaian adalah induktor satu putaran. Demikian pula, dua tegangan berbeda tidak dapat menempati kapasitor yang sama! Dalam kedua kasus mereka bergabung, dan tidak dapat tidak dikurangi lagi.) Dua arus langsung dapat menempati satu kawat, setiap kali kawat itu adalah bagian umum dari dua sirkuit yang terpisah. Tetapi mereka melakukan ini dengan menambahkan hingga membentuk arus ketiga dalam bagian umum itu. (Misalnya, mereka dapat mengurangi arus nol di bagian itu, jika kebetulan sama dan berlawanan. Satu elektron tidak dapat benar-benar mengalir dalam dua arah secara bersamaan.)

Namun pada saat yang sama, dua gelombang energi (sinyal) yang sepenuhnya independen dapat merambat di satu sirkuit tunggal. BAGAIMANA? Ini melibatkan E dan M keduanya, dan yang mengandung rahasianya: untuk memahaminya kita harus melihat kedua kabel dari pasangan panjang, dan kita harus memasukkan tegangan serta arus. Pertanyaan Anda tidak dapat dijawab asalkan kami berkonsentrasi pada kabel dan arus tunggal saja, sementara mengabaikan kedua kabel dan tegangan melintasinya.

Dalam satu sirkuit, arus adalah lingkaran tertutup, seperti roda gila. Itu tidak dimulai di satu tempat dan mengalir ke tempat lain (melainkan hanya berjalan searah jarum jam, CW, atau mungkin CCW, mirip sabuk penggerak.) Arus dalam suatu rangkaian seperti roda gila berputar, putaran tertutup. Tetapi sesuatu pasti berjalan satu arah, bukan? Setiap kali baterai menyalakan bola lampu, sesuatu harus pergi dari baterai ke bola lampu dan tidak kembali ke baterai. Sesuatu itu tidak mutakhir. Alih-alih itu adalah energi EM, di mana aliran energi diukur dalam bentuk watt; dari volt kali amp. Dalam sirkuit senter, watt adalah aliran satu arah yang cepat dari baterai ke bohlam. Namun arusnya sangat lambataliran melingkar. Sekali lagi, "sinyal" dari baterai ke bohlam terbuat dari energi EM, bukan ampere dan bukan elektron.

Jadi, inilah awal dari jawaban Anda: dalam satu sirkuit, bagaimana kita bisa tahu ke arah mana energi listrik mengalir? Sederhana: lihat nilai watt. Secara khusus: kalikan volt antara kabel dikali ampli melaluinya. Jika hasilnya positif, maka energi mengalir di satu arah, dan jika negatif maka itu mengalir di yang lain. Dengan senter, pasang voltmeter dan ammeter Anda sehingga memberi watt positif saat kita mengalikannya. Kemudian, saat Anda melepas bohlam dan memasang pengisi daya baterai, arus berbalik, sehingga kami memiliki energi yang mengalir mundur, ke dalam baterai. (Gagasan ini sangat penting dengan AC, di mana jika gelombang V dan I selaras, energi mengalir terus menerus ke depan, tetapi jika V dan saya berada di 180 derajat, energi sebaliknya mengalir mundur.)

Jadi, pada kabel yang panjang, dengan pulsa listrik yang memiliki watt positif, pulsa membesar di sebelah kiri, sedangkan jika watt negatif, pulsa akan benar. Jika kami tiba-tiba menghubungkan dan melepas baterai senter, kami meluncurkan gelombang energi di sepanjang dua kabel. Ia bergerak dengan kecepatan cahaya dan diserap oleh bola lampu senter, yang menyala. Jika kita membiarkan baterai terus terpasang, maka masih ada gelombang energi yang mengalir ke bohlam, bahkan jika tidak ada riak sama sekali. Itulah konsep pertama dalam rekayasa gelombang dasar: penyebaran energi listrik melintasi sirkuit ... dan gagasan bahwa "DC" benar-benar hanya "AC" pada frekuensi yang sangat rendah.

Kembali ke awal lagi: bagaimana dua pulsa sinyal bisa terbang berlawanan arah di sepanjang pasangan kawat yang sama? (Perhatikan bahwa itu harus pasangan kawat dengan volt disertakan. Bukan kawat tunggal.) Hal ini dapat terjadi jika salah satu pulsa memiliki watt positif dan pergi ke kiri, sedangkan pulsa lainnya memiliki watt negatif dan berjalan ke kanan. Satu pulsa mungkin terdiri dari volt positif dan amp positif, sedangkan pulsa lainnya terbuat dari volt negatif dan amp positif. Kedua pulsa adalah gelombang EM.

PS

Aha, saya melihat pendekatan lain! (Abaikan jika Anda mau, karena sheesh ini panjang.) Misalkan kita memiliki dua sirkuit terpisah, dua senter, tapi kemudian kita menyatukan satu bagian kawat pendek dari masing-masing? Kedua sirkuit memiliki satu kabel yang sama. Apakah mereka berinteraksi? Tidak, karena di dalam kawat biasa, arus hanya menambah dan mengurangi lagi. Setiap baterai menyalakan bohlamnya sendiri-sendiri, karena masing-masing sirkuit-loop memiliki tegangan baterai yang terpisah dan arus loop yang terpisah. Namun dalam kawat yang sama, tampaknya seolah-olah dua arus listrik yang berbeda mengalir! Mereka tidak, tidak benar-benar, karena satu "arus rangkaian" adalah arus dalam satu loop penuh, termasuk satu baterai, bohlam, dan seluruh cincin konduktor tertutup. Dalam kawat gabungan itu, dua arus ditambahkan di salah satu ujung kawat, lalu kurangi lagi di sisi lain. Dua gelombang energi di masing-masing sirkuit tetap independen, meskipun arus di kawat bersama mereka dapat menambah dan mengurangi.

Ini menunjukkan kepada kita bahwa jawaban untuk pertanyaan awal Anda tidak dapat melibatkan satu kawat. Itu hanya bisa dijawab dengan mundur dan mengambil pandangan yang lebih luas; dengan juga memasukkan tegangan melintasi dua kabel.

Ini juga menunjukkan cara kerja "linear" versus "nonlinear". Dalam kawat yang sama, pada satu ujung kedua arus telah digabungkan dengan menambahkan bersama. Tetapi kemudian mereka dengan sempurna mengurangi lagi di ujung lainnya. Ini memungkinkan kedua loop tetap independen. Tetapi bagaimana jika ini tidak terjadi, dan bukannya arus dalam kawat tunggal bukan kombinasi jumlah yang sederhana? Aha, itu akan menjadi "NONLINEAR." Dalam hal ini kami tidak dapat memisahkan mereka secara bersih setelah digabungkan. "Menambahkan bersama" di salah satu ujung kawat tidak akan sama dengan "mengurangi terpisah" di ujung lainnya, dan dalam hal ini dua sirkuit terpisah akan mulai berinteraksi. Satu baterai akan mulai sedikit menyalakan bohlam lainnya. Sinyal dari dua sirkuit akan benar-benar bercampur.

PPPPS

Pertanyaan semacam ini memiliki sejarah panjang, dan sebuah buku populer tentang itu adalah THE MAXWELLIANS, oleh BJ Hunt. Oliver Heaviside yang terkenal menemukan bahwa sinyal telegraf sebenarnya adalah gelombang EM, tetapi kemudian ia hampir ditekan oleh William Preece, kepala kantor telegrafi pemerintah Inggris, yang "tahu" bahwa titik-titik dan garis-garis hanyalah arus, periode, akhir cerita dan jangan ajukan pertanyaan atau WH Preece akan membuatmu menyesal! :) Heaviside menggunakan teori EM-nya yang baru tentang gelombang-kabel untuk memecahkan masalah telegrafi yang sangat besar: untuk sinyal yang bepergian sepanjang 100km telegraf, titik-titik akan hilang atau "riak," dan untuk saluran telepon, transmisi jarak jauh sepenuhnya terdistorsi dan mustahil. (Masalahnya ditemukan dispersi gelombang atau "kicauan," di mana freq rendah bergerak lebih cepat daripada yang tinggi.) Heaviside ' "Persamaan telegrapher" dan "koil pemuatan" -nya memperbaikinya, membiarkan telegrafi menjadi broadband, bahkan ketika jarak yang sangat jauh. Dia sendirian menciptakan telepon jarak jauh. Tetapi Preece dengan cepat menghentikan bidat ini dengan menggunakan kekuatan politiknya untuk memulai kampanye anti-Heaviside yang buruk di media, dan kampanye bisikan di antara para insinyur. Kemudian di AS, Pupin dari Columbia berpura-pura menciptakan gulungan Heaviside, mematenkannya, dan menghasilkan jutaan melalui Bell Telephone, sementara Heaviside tetap nyaris tanpa uang, tidak mendapatkan ketenaran sampai setelah dia meninggal. (Heh, cerita Tesla / Marconi jauh sebelum Tesla dan Marconi. Pupin bahkan memainkan peran besar dalam kejatuhan Tesla!) Jadi sekarang Anda tahu mengapa saya jatuh cinta dengan kisah telegraf-adalah-gelombang-EM. Terobsesi. Bahkan jangan mulai saya! Ups, sangat terlambat. :)

Andreas H menyebutkan peredaran untuk pandu gelombang. Pada telepon analog, pekerjaan ini dilakukan oleh sirkuit hybrid yang tidak sempurna yang disebut Anti sidetone induction coil (ASTIC). Sebuah kumparan hibrida yang sempurna akan mengirim dan menerima ucapan secara bersamaan dan terpisah, yaitu sinyal dari pemancar Anda akan melakukan perjalanan melalui kabel ke penerima di ujung lainnya dan sinyal dari pemancar jauh akan melakukan perjalanan ke penerima Anda pada pasangan kabel yang sama. Telah disadari sejak awal bahwa orang perlu mendengar diri mereka berbicara sehingga ASTIC memungkinkan bagian dari sinyal dari pemancar lokal untuk menyeberang ke penerima lokal.

Dalam area pertukaran analog lokal, sirkuit akan terdiri dari dua kabel dari satu telepon, melalui relay dalam pertukaran ke telepon lainnya. Begitu Anda mulai melakukan perjalanan antar bursa, sinyal akan terpecah oleh koil hibrida di bursa dan ucapan di satu arah akan bergerak di sirkuit yang berbeda ke ucapan di arah lain (sirkuit persimpangan 4-kawat). Ini memungkinkan pidato diamplifikasi karena amplifier bersifat searah (hanya satu arah). Pada pertukaran jarak jauh dua jalur yang terpisah akan digabungkan kembali oleh koil hibrida dan bagian terakhir dari panggilan itu adalah pada sepasang kabel.

Pidato pada telepon analog dan pertukaran adalah 300Hz ke 3400Hz jadi ini adalah gelombang EM frekuensi rendah.

Namun jika Anda mentransfer daya, baik AC atau DC, maka kami tidak memiliki arus yang berbeda dengan cara yang berbeda di kabel yang sama. Misalnya, dalam keadaan tertentu perusahaan pemasok energi diharuskan memasok persentase energi 'hijau' tetapi mereka tidak memiliki sumber daya generasi 'hijau' yang memadai sehingga mereka membeli energi dari luar negara. Pada saat yang sama mereka menjual kelebihan energi non-hijau ke luar negara. Jika mereka membeli dan menjual energi melalui interkoneksi (kabel) yang sama, maka tidak ada dua aliran daya yang bersaing yang berjalan berlawanan arah pada kabel yang sama. Jika Negara A membeli kapasitas 500 MW dari Negara B dan Negara B membeli kapasitas 400 MW dari Negara A maka ada aliran 100 MW dari Negara B ke Negara A. Akuntansi mungkin mengatakan 500 MW dan 400 MW tetapi kenyataannya listrik adalah 100 MW.

Mereka memang mengganggu.

Sinyal listrik mengalir ke bawah kabel seperti gelombang di atas air. dan ketika dua gelombang bertemu Anda mendapat gangguan .

Tetapi karena kabelnya linier, interferansinya berupa penambahan, sehingga tidak merusak informasi lainnya, dan dengan demikian, jika Anda tahu salah satu sinyal itu, Anda dapat menemukan sinyal yang lain dengan mengurangi.

Saluran telepon menggunakan (digunakan?) Sirkuit yang disebut hibrida yang mengisolasi sinyal masuk dan keluar yang memungkinkan sirkuit tembaga tunggal untuk membawa sinyal suara di kedua arah.

Telegraf mungkin menggunakan sesuatu yang mirip jika pengirim mengurangi sinyalnya dari apa yang dilihatnya di telepon, memungkinkannya untuk menentukan apa yang datang dari ujung yang lain secara bersamaan dengan mentransmisikan sinyalnya sendiri.

Kau menulis:

Bagaimana mungkin dua arus listrik dapat berjalan dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama, pada saat yang sama, tanpa mengganggu satu sama lain?

tetapi teks aslinya mengatakan:

dua sinyal telegraf dapat bergerak dalam arah yang berlawanan pada kabel yang sama secara bersamaan tanpa mengganggu satu sama lain

Inilah kontradiksinya: sinyal telegraf dan arus listrik bukanlah hal yang sama. Arus listrik adalah superposisi linier dari gelombang yang digerakkan pada garis oleh transduser di setiap ujungnya. Arus pada satu titik pada satu titik pada saluran hanya dapat memiliki satu nilai, tetapi kita dapat menghitung nilai tersebut dengan menghitung kontribusi gelombang dari sinyal yang dikenakan pada setiap ujung garis dan menambahkannya bersama-sama.

Sebagai sistem yang lebih sederhana tetapi langsung dapat diamati, pertimbangkan memainkan musik stereo di sebuah ruangan. Satu pembicara tidak mengubah bagaimana gelombang tekanan dari pembicara lain merambat. Gradien tekanan bersih pada titik mana pun dalam ruang dan instan adalah hasil dari penambahan gelombang tekanan dari masing-masing speaker.

Meskipun jumlah fisik seperti arus atau tekanan hanya dapat memiliki satu nilai, jika kita tahu bahwa jumlah tersebut dipengaruhi oleh kombinasi aditif penyebab, prinsip superposisi linier memungkinkan sistem dipecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil yang dapat dipertimbangkan secara terpisah: dalam hal ini huruf stasiun telegraf di setiap ujung garis, dan gelombang yang dihasilkannya merambat ke bawah garis.

Sinyal terdiri dari gelombang. Gelombang saling lewat, dan setelah lewat tidak berubah. Gelombang elektromagnetik. Gelombang di laut juga saling berpapasan (walaupun terkadang memiliki efek yang tidak akan saya bahas) "Interfere" adalah pilihan kata yang buruk oleh penulis. Tidak ada yang bisa memberi tahu Anda alasannya. Tapi Anda sudah secara naluriah tahu bahwa gelombang bisa saling lewat. Bayangkan saja cahaya bersinar dari jendela dan masuk melalui jendela pada saat yang sama. Ini sepertinya tidak membingungkan, bukan?

Dalam pertanyaan Anda, Anda menggunakan kata "saat ini." Arus adalah masalah lain. Arus dalam kawat pada dasarnya didefinisikan sebagai aliran muatan melewati suatu titik. Ini akan menjadi aliran bersih. Jadi tidak masuk akal untuk berbicara tentang arus yang saling berpapasan.

Saya mencoba untuk menghindari berbicara tentang efek saluran transmisi yang lebih maju seperti kapasitansi dan induktansi karena saya khawatir itu akan semakin memperkeruh perairan. Intinya adalah bahwa sinyal dapat melewati satu sama lain, dan selama lewat, di lokasi lewat, mereka saling mempengaruhi. Tetapi setelah lewat, mereka meneruskan seolah-olah lewat tidak pernah terjadi. Pikirkan saja cahaya yang melewati kedua jalan melalui jendela.

Ini bukan saat ini, tetapi SIGNAL yang melakukan perjalanan ke salah satu atau semua arah. Inilah sebabnya mengapa handset telepon tidak harus mengganggu suara yang diterima ketika Anda berbicara, dan itu lebih akrab bagi kita daripada protokol telegraf.

Ini sedikit menarik perhatian, yang disebut 'hibrida', yang menghadirkan sinyal ke telinga Anda yang sebagian besar merupakan sinyal dari telepon yang jauh, dan menciptakan sinyal (modulasi arus) sesuai dengan suara Anda yang diterapkan pada mikrofon. Apa yang Anda MENDENGAR bukan 'arus dalam kawat' yang sama-sama dimodulasi oleh dua suara, itu 90% suara jauh yang Anda dengar, dan hanya 10% dari suara Anda sendiri. Hibrida serupa di ujung sambungan membatalkan bagian utama input vokalnya sehingga suara Anda terdengar kuat di penerima telepon itu.

Hibrida adalah rangkaian penambahan sinyal, yang memiliki akses ke suara Anda dan kombinasi dua suara (on the line), dan menggabungkan keduanya untuk memperkuat pesan dari kejauhan. Tidak ada dalam skema ini tidak tersedia untuk kantor telegraf, yang juga dapat beroperasi sebagai stasiun penerima bahkan ketika sedang mentransmisikan.

Ini TIDAK mudah tersedia untuk pemancar nirkabel (jenis non-digital) yang biasanya memiliki saklar pengganggu push-to-talk. Ponsel kita yang mengirim paket digital melakukan banyak interupsi, cukup cepat sehingga jarang mengganggu kita, karena fungsi hybrid berinteraksi buruk dengan penerima yang kelebihan beban saat transmisi sedang berlangsung.

Analogi Anda rusak. Jangan memikirkan jalur mobil, kecuali jika Anda menganggap mobil sebagai mobil bumper yang disatukan.

Kecepatan rata-rata keseluruhan aktual elektron yang bergerak melalui kawat cukup lambat. The kecepatan gerak elektron dalam kawat biasanya beberapa mikrometer / detik, tidak cepat sekali.

Apa yang merambat melalui kawat bergerak dari elektron ke elektron, dari sumber ke tujuan. Proses itu terjadi sangat cepat, nyaris kecepatan cahaya. Dalam analogi jalan raya, akan sama dengan memukul mobil pertama, dan setiap mobil menabrak mobil yang ada di depannya. Meskipun setiap mobil bergerak perlahan secara keseluruhan, gelombang dapat merambat melalui rantai asalkan Anda dapat memukulnya cukup keras.

Beberapa gelombang suara jelas dapat melakukan perjalanan di udara dalam berbagai arah secara bersamaan. Namun, ketika Anda meneriakkan sesuatu, satu molekul tidak perlu melakukan perjalanan langsung dari mulut Anda ke telinga pendengar. Sebaliknya, memantul antar molekul melalui udara adalah apa yang mentransmisikan suara. Hal yang sama pada dasarnya berlaku untuk sinyal listrik.

Pertimbangkan situasi berikut:

Mari kita asumsikan kita memiliki pasangan kawat tunggal dengan sumber tegangan yang dapat dikendalikan di satu ujung dan wastafel arus yang dapat dikendalikan di ujung lainnya. Karena kedua ujungnya dapat mengukur sinyal dari ujung lainnya (pada sumber tegangan kita dapat mengukur arus dan pada sumber arus kita dapat mengukur tegangan) kita dapat mengirimkan informasi di kedua arah. Tidak ada multiplexing frekuensi atau waktu yang terlibat. Dan disana ada gangguan dan kita tidak perlu menggunakan teori gelombang.

Rincian lebih lanjut ada di jawaban saya pada Fisika SE .

Kabel udara untuk antena parabola membawa arus dalam dua arah - Sinyal DC 18 Volt dipasok oleh tuner untuk memberi daya pada LNB pada titik fokus antena parabola, dan pada saat yang sama LNB mengirimkan sinyal 4-12 GHz kembali ke tuner, melalui kabel yang sama.

Keduanya adalah arus listrik, tetapi satu adalah DC dan datar, yang lainnya adalah Frekuensi Radio dan bervariasi.

Itu karena setiap gelombang dapat melewati satu sama lain. Gangguan akan terjadi, tetapi ini tidak menghentikan gelombang.

Ini seperti bertanya mengapa dua gelombang di kolam bisa saling melintas. Jika ombak benar-benar berlawanan, mereka akan musnah, jika tidak mereka akan saling melemahkan dan melanjutkan.

Telah diamati, oleh banyak insinyur dan peneliti (termasuk saya) bahwa konduktor logam memiliki perilaku linier berkaitan dengan arus dan tegangan listrik. Namun, seperti kebanyakan material, perilaku linier hanya ada pada rentang tertentu. Tingkat arus yang tinggi akan menghasilkan perilaku yang tidak linier. Dengan konduktor yang baik, seperti tembaga, perak dan emas, rentang perilaku linier cukup besar. Logam-logam ini memiliki resistansi yang rendah (tetapi tidak nol). (Jika Anda menganggap logam memiliki resistansi nol, maka Anda akan berakhir dengan prediksi aneh yang tidak sesuai dengan kenyataan)

Pada kerapatan arus yang rendah, ada banyak ruang bebas di logam untuk elektron bergerak, dan mereka tidak saling bertabrakan atau sering terjebak. jadi tidak banyak energi yang diserap oleh logam dan perilaku tampak linier (mobil-mobil bemper jauh lebih jauh)

Ketika kerapatan arus dalam logam menjadi cukup tinggi, maka arus transfer signifikan muncul ke logam, yang mengubah resistansi itu, dan perilaku telah menjadi non linier. Sebagai contoh sederhana adalah mengaitkan kawat tipis (seperti 28 gauge) di terminal aki mobil 12V besar. Logam menjadi panas, akhirnya meleleh dan memutus sirkuit. Ini adalah perilaku SANGAT nonlinier. Kawat itu mungkin membawa sekitar 50 Amp. (JANGAN coba ini sendiri - Anda bisa mendapatkan serpihan logam cair yang terbang di sekitar, dapat menyebabkan kebakaran dan kerusakan parah pada mata Anda) Di sisi lain jika saya meletakkan dua sinyal pada kawat yang sama ini (sebelum saya melelehkannya) dengan masing-masing 0,001 amp , perilaku akan sangat linier.

Orang ini sedang menunggu untuk membuat titik yang lebih eksistensial. Prinsipnya bekerja, tetapi tidak seperti yang dia katakan. Dan dengan sinyal, bukan arus .

Heck, bahkan di radio, dua pemancar dapat dan tidak memblokir penggunaan bersamaan . Dengarkan ini pada 1:25."Booooop" itu sama-sama pesawat yang mengakui izin lepas landas "mereka", tetapi saling menginjak sehingga setidaknya satu tidak terdengar.

Jika Anda menggunakan sistem telegraf DC, masalah yang sama. Jika salah satu tombol telegraf ditekan, itu akan menyebabkan kedua sounder aktif. Benar-benar tidak mungkin untuk mengirim sinyal DC ke arah yang berlawanan di domain DC, (kecuali melalui gaya CSMA-CD, menunggu sampai orang lain selesai, dan waspada terhadap dua orang yang memulai sekaligus).

Namun, bayangkan jika stasiun telegraf 1 mentransmisikan DC, dan stasiun telegrph 2 memiliki suaranya terhubung melalui choke pemblokiran AC. Station 2 mentransmisikan dengan menyalakan dan mematikan 1000Hz AC, yang hanya dapat didengar oleh stasiun 1 karena sounder-nya memiliki kapasitor berukuran tepat, yang melewati 1000 Hz AC tetapi menghalangi DC.

Anda dapat memperluas ini ke beberapa frekuensi AC dengan menggunakan filter "bandpass" yang hanya memungkinkan melalui frekuensi tertentu. Pertimbangkan nada bah-boo-BEEP yang memuji stasiun pemadam kebakaran di serial TV Chicago Fire . Pertunjukan itu merupakan penghormatan besar dan seruan untuk pertunjukan tahun 1970-an yang disebut Emergency , asal usul nada. Emergency menggambarkan sistem pengiriman kebakaran era 1960-an di mana beberapa frekuensi digunakan hanya dengan cara itu.

Dua stasiun mentransmisikan sekaligus hanya membuat akor pada kabel. Frekuensi harus dipilih dengan cerdas sehingga akord tidak saling mengganggu.

Semua stasiun mendengar semua sinyal. Mereka mengabaikan "makanan anjing mereka sendiri", yaitu sinyal yang mereka transmisikan.

Itu bisa menjadi lebih kompleks, dengan gelombang pembawa dimodulasi. Pada titik ini kita berbicara tentang spektrum radio, tetapi pada kabel .