Comment se fait-il que deux courants électriques puissent voyager dans des directions opposées sur le même fil, en même temps, sans interférer?

Une introduction à la théorie de l'information: symboles, signaux et bruit , par John R. Pierce, dit ce qui suit:

Si la linéarité est une propriété vraiment étonnante de la nature, elle n'est en aucun cas rare. Tous les circuits constitués des résistances, des condensateurs et des inductances examinés au chapitre I en relation avec la théorie des réseaux sont linéaires, tout comme les lignes et câbles télégraphiques. En effet, généralement les circuits électriques sont linéaires, sauf lorsqu'ils comprennent des tubes à vide, ou des transistors, ou des diodes, et parfois même de tels circuits sont sensiblement linéaires.

Parce que les fils télégraphiques sont linéaires, c'est-à-dire parce que les fils télégraphiques sont tels que les signaux électriques sur eux se comportent indépendamment sans interagir l'un avec l'autre, deux signaux télégraphiques peuvent voyager dans des directions opposées sur le même fil en même temps sans interférer l'un avec l'autre . Cependant, si la linéarité est un phénomène assez courant dans les circuits électriques, ce n'est en aucun cas un phénomène naturel universel. Deux trains ne peuvent pas voyager dans des directions opposées sur la même voie sans interférence. Vraisemblablement, ils pourraient, cependant, si tous les phénomènes physiques compris dans les trains étaient linéaires. Le lecteur pourrait spéculer sur le sort malheureux d'une race d'êtres vraiment linéaire.

En réfléchissant à cela d'un point de vue physique, je me demandais comment il se fait que les fils télégraphiques soient linéaires, dans le sens où deux signaux télégraphiques (en d'autres termes, deux courants électriques) peuvent voyager dans des directions opposées sur la même fil, en même temps. , sans interférer les uns avec les autres?

Je pensais naïvement au câble comme une route à deux voies à une voie. Dans cette analogie, les voitures pourraient voyager dans les deux sens, mais pas en même temps. Si je comprends bien, dans les solides, le mouvement des électrons produit un courant électrique, donc les électrons seraient les voitures. Compte tenu de l'explication de l'auteur sur la linéarité, que se passe-t-il ici avec les électrons qui permettent cette circulation simultanée et bidirectionnelle du courant?

Je n'ai rien trouvé sur la page Wikipedia pour les circuits linéaires qui clarifie cette propriété physique de linéarité.

J'apprécierais grandement que les gens prennent le temps de clarifier cela.

PS Je n'ai pas de formation en génie électrique, donc une explication de base est appréciée.

EDIT: Sur la base des commentaires du fil précédent, je comprends que mon analogie serait plus précise si je représente les électrons comme des voitures tamponneuses à double face, puis j'imagine la voie à double sens qu'ils habitent comme remplie de ces voitures, de sorte que les mouvements dans les deux sens (le courant électrique dans les deux sens) est représenté par un mouvement séquentiel de «poussée / poussée», comme une vague, qui est perpétué par chaque voiture «se cognant / poussant» dans celle qui se trouve «devant» (dans le direction du courant).

EDIT 2: Je vois beaucoup de réponses qui me disent que le cœur de mon malentendu vient du fait que je suppose que le courant électrique et le signal sont la même chose. Et ces réponses sont correctes, je suis en supposant que le courant électrique et le signal sont la même chose, parce que l'auteur conserve ce qui implique qu'ils sont la même chose dans le texte (ou il ne parvient pas à établir une distinction claire entre les deux)! Voir les extraits suivants du même chapitre:

Pendant que Morse travaillait avec Alfred Vail, l'ancien codage a été abandonné, et ce que nous connaissons maintenant comme le code Morse a été conçu en 1838. Dans ce code, les lettres de l'alphabet sont représentées par des espaces, des points et des tirets. L'espace est l'absence de courant électrique, le point est un courant électrique de courte durée et le tiret est un courant électrique de plus longue durée.

$$\vdots$$

La difficulté rencontrée par Morse avec son câble souterrain est restée un problème important. Différents circuits qui conduisent également un courant électrique constant ne sont pas nécessairement également adaptés à la communication électrique. Si l'on envoie des points et des tirets trop rapidement sur un circuit souterrain ou sous-marin, ils sont exécutés ensemble à l'extrémité de réception. Comme indiqué sur la figure II-1, lorsque nous envoyons une courte rafale de courant qui s'allume et s'éteint brusquement, nous recevons à l'extrémité du circuit une montée et une descente de courant plus longues et lissées. Ce flux de courant plus long peut chevaucher le courant d'un autre symbole envoyé, par exemple, comme une absence de courant. Ainsi, comme le montre la figure II-2, lorsqu'un signal clair et distinct est transmis, il peut être reçu sous la forme d'une montée et d'une chute vaguement errantes de courant, ce qui est difficile à interpréter.

Bien sûr, si nous rendons nos points, espaces et tirets assez longs, le courant à l'extrémité éloignée suivra mieux le courant à l'extrémité d'envoi, mais cela ralentit le taux de transmission. Il est clair qu'il existe en quelque sorte associé à un circuit de transmission donné une vitesse de transmission limitée pour les points et les espaces. Pour les câbles sous-marins, cette vitesse est si lente qu'elle dérange les télégraphes; pour les fils sur poteaux, il est si rapide qu'il ne dérange pas les télégraphes. Les premiers télégraphistes étaient conscients de cette limitation, et elle aussi est au cœur de la théorie de la communication.

Même face à cette limitation de vitesse, diverses choses peuvent être faites pour augmenter le nombre de lettres qui peuvent être envoyées sur un circuit donné dans un laps de temps donné. Un tiret prend trois fois plus de temps à envoyer qu'un point. On a vite compris que l'on pouvait gagner au moyen de la télégraphie à double courant. On peut comprendre cela en imaginant qu'à l'extrémité réceptrice un galvanomètre, un appareil qui détecte et indique la direction du flux de petits courants, est connecté entre le fil télégraphique et la terre. Pour indiquer un point, l'expéditeur relie la borne positive de sa batterie au fil et la borne négative à la masse, et l'aiguille du galvanomètre se déplace vers la droite. Pour envoyer un tiret, l'expéditeur relie la borne négative de sa batterie au fil et la borne positive au sol, et l'aiguille du galvanomètre se déplace vers la gauche. Nous disons qu'un courant électrique dans une direction (dans le fil) représente un point et un courant électrique dans l'autre direction (hors du fil) représente un tiret. Aucun courant (batterie déconnectée) ne représente un espace. Dans la télégraphie à double courant, un autre type d'instrument de réception est utilisé.

En télégraphie à courant unique, nous avons deux éléments à partir desquels construire notre code: courant et pas de courant, que nous pourrions appeler 1 et 0. En télégraphie à double courant, nous avons vraiment trois éléments, que nous pourrions caractériser comme courant direct, ou courant dans le fil; aucun courant; courant de retour ou courant sortant du fil; ou comme +1, 0, -1. Ici, le signe + ou - indique la direction du flux de courant et le nombre 1 donne la magnitude ou la force du courant, qui dans ce cas est égal pour le flux de courant dans l'une ou l'autre direction.

En 1874, Thomas Edison est allé plus loin; dans son système télégraphique quadruplex, il a utilisé deux intensités de courant ainsi que deux directions de courant. Il a utilisé des changements d'intensité, indépendamment des changements de direction du flux actuel pour envoyer un message, et des changements de direction du flux actuel, indépendamment des changements d'intensité, pour envoyer un autre message. Si nous supposons que les courants diffèrent également l'un de l'autre, nous pourrions représenter les quatre conditions différentes du flux de courant au moyen desquelles les deux messages sont transmis simultanément sur le même circuit sous la forme +3, +1, -1, -3. L'interprétation de ceux-ci à l'extrémité de réception est indiquée dans le tableau I.

La figure II-3 montre comment les points, les tirets et les espaces de deux messages indépendants simultanés peuvent être représentés par une succession des quatre valeurs actuelles différentes.

De toute évidence, la quantité d'informations qu'il est possible d'envoyer sur un circuit dépend non seulement de la vitesse à laquelle on peut envoyer des symboles successifs (valeurs de courant successives) sur le circuit, mais également du nombre de symboles différents (différentes valeurs de courant) dont on dispose pour choisir parmi . Si nous n'avons pour symboles que les deux courants +1 ou 0 ou, ce qui est tout aussi efficace, les deux courants +1 et - 1, nous ne pouvons transmettre au récepteur qu'une seule des deux possibilités à la fois. Nous avons vu ci-dessus, cependant, que si nous pouvons choisir parmi l'une des quatre valeurs actuelles (l'un des quatre symboles) à la fois, comme +3 ou + 1 ou - 1 ou - 3, nous pouvons transmettre au moyen de ces valeurs courantes (symboles) deux informations indépendantes: si nous voulons dire un 0 ou 1 dans le message 1 et si nous voulons dire un 0 ou 1 dans le message 2. Ainsi, pour un taux donné d'envoi de symboles successifs, l'utilisation de quatre valeurs actuelles nous permet d'envoyer deux messages indépendants, chacun aussi vite que deux valeurs actuelles nous permettent d'envoyer un message. Nous pouvons envoyer deux fois plus de lettres par minute en utilisant quatre valeurs actuelles que nous pourrions utiliser deux valeurs actuelles.

Et ce manuel ne suppose aucune connaissance préalable en physique ou en génie électrique, il semble donc peu probable que les lecteurs soient en mesure de faire la différence entre le signal et le courant électrique - d'autant plus que l'auteur semble impliquer constamment qu'ils sont les mêmes ( ou ne parvient pas, de manière claire, à séparer les deux pour les personnes sans un tel fond).

L'explication physique est que les guides d'ondes (y compris l'espace libre) ont des modes orthogonaux pour les deux directions de propagation. Cela signifie que les deux signaux voyageant dans des directions opposées n'interféreront pas. (Ce n'est pas une approximation, il n'y aura pas d' interférence).

Le dispositif qui sépare le signal "émis" et "reçu" est un circulateur . Il existe également dans le domaine optique et peut être utilisé pour implémenter une communication duplex sur une seule fibre optique. Dans le domaine RF, il peut être utilisé pour implémenter la séparation des signaux d'émission et de réception sur une seule antenne (en même temps et à la même fréquence bien sûr). Pratiquement, on utilise souvent des fréquences différentes pour l'émission et la réception, principalement pour des raisons techniques. Le circulateur n'a pas une isolation parfaite et la séparation ne fonctionne pas si bien pour des signaux reçus très faibles. Mais si l'on avait un circulateur parfait, l'arrangement fonctionnerait.

Dans l'ancien système téléphonique analogique, il n'y avait qu'une seule paire de fils, mais il était possible de parler et d'entendre en même temps.

TL / DR: Une explication très élémentaire est que l'on a une tension et un courant dans un fil et qui peut être utilisé pour transporter des informations distinctes dans deux directions. Considérer ce qui suit:

D'un côté du fil, il y a une source de tension contrôlable, et les informations à transmettre sont la tension instantanée. De l'autre côté du fil, il y a une source de courant contrôlable (ou mieux "puits"). Les informations à transmettre ici sont le courant instantané. De toute évidence, la station 1 (celle avec la source de tension) peut lire le signal de la source 2 en mesurant simplement le courant à travers le fil. La station 2 peut également recevoir le signal de la station 1 en mesurant la tension aux bornes de sa source de courant. Cela prouve donc que vous pouvez transmettre des informations dans deux directions simultanément sur une seule paire de fils. Et si vous doutez qu'il ne soit pas possible de connecter une source / puits de courant à une source de tension. C'est parfaitement possible,

EDIT: Il existe également une explication élémentaire des ondes: Une onde d'espace libre a un champ électrique et magnétique oscillant (E et H). Ils sont orientés avec un angle de 90 ° dans l'espace et ont un déphasage temporel de 90 °. Elle est de + 90 ° pour la direction de propagation vers l'avant et de -90 ° pour la direction de propagation vers l'arrière (elle peut être inversement selon le choix du système de coordonnées ou du signe de phase). Le rapport entre l'amplitude du champ magnétique et électrique est également fixé à l'impédance d'onde du milieu (qui est de 377 Ohm pour le vide). Si nous avons maintenant une onde se propageant en arrière et en avant, nous aurons la superposition des champs électriques et magnétiques partout dans l'espace et le temps. Cependant, une séparation idéale des deux ondes est possible. Pour parler simplement: les champs électriques s'ajouteront tandis que les champs magnétiques se soustraireont (en raison du déphasage total de 180 °). Puisque les amplitudes du champ E et H de chaque composante ont un rapport fixe, nous pouvons substituer le champ H au champ E (ou vice versa) et résoudre les deux amplitudes du champ E des ondes de propagation avant et arrière. Cela démontre qu'une séparation idéale des deux directions de propagation est possible.

Et l'explication physique très abstraite derrière cela, c'est - comme je l'ai écrit plus tôt - que les modes correspondant aux deux directions de propagation sont toujours orthogonaux et que les signaux n'interfèrent pas.

en ce sens que deux signaux télégraphiques (en d'autres termes, deux courants électriques) peuvent se déplacer dans des directions opposées sur le même fil, en même temps, sans interférer l'un avec l'autre

$0~V$$0~A$

Si deux ondes actuelles se déplacent dans la direction opposée, les ondes n'ont aucun mal à se traverser, tout comme deux ondes sonores peuvent se déplacer dans des directions opposées dans le même milieu.

(Ici, le bleu se déplace vers la gauche, le vert vers la droite et l'onde rouge en est la superposition qui en résulte. L'onde rouge est la distribution de courant / tension qui est mesurée dans le fil au fil du temps.)

$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)$

Note latérale sur DC:

Le fait que deux courants circulent dans des directions opposées annulerait leurs contributions et n'entraînerait aucun courant. Alternativement, vous pouvez vous convaincre qu'un courant continu (DC) ne peut pas circuler dans les deux directions à la fois, simplement par la loi d'Ohm :

$R$$U = \varphi_2 - \varphi_1$$I = \frac{U}{R}$

Si nous égalisons les deux potentiels, il n'y aura pas de différence et le courant sera nul.

La seule façon d'avoir un courant aux deux extrémités est d'avoir une source au milieu, ce qui n'est pas vraiment intéressant.

Voilà votre problème: les signaux télégraphiques ne sont pas des courants électriques. (Nous pourrions aussi bien dire que les signaux télégraphiques sont des tensions à la place.) Lequel est correct? Ni.

Pour résoudre ce problème, abandonnez l'électronique et retombez plutôt sur la physique derrière. En fait, les signaux télégraphiques (et même tous les signaux électriques partout) sont en fait de l'énergie électrique; même chose que la lumière et les ondes radio. Les signaux sont des changements , et un changement de courant implique une tension, identique à des changements de tension impliquant un courant. Les signaux sont les watts, pas seulement les ampères et pas seulement les volts.

L'énergie du signal se comporte différemment des courants dans les circuits. Alors que l'énergie zippe sur un circuit, ce n'est pas le cas des ampères ou du flux de charge. Les charges tournent simplement à travers la boucle dans son ensemble, ou peuvent légèrement bouger d'avant en arrière, mais le courant ne vole pas vers l'avant à la vitesse de la lumière. Cependant, quelque chose vole à la vitesse de la lumière. Nous le mesurons et en discutons en termes de watts ou de «puissance». Les amplis ne volent pas vite, les amplis sont différents, les amplis sont les mouvements lents du "medium"; cette charge-mer trouvée à l'intérieur de chaque fil. Vagues contre moyenne. Un peu comme les ondes sonores contre le vent. Le courant électrique est comme le vent, tandis que les signaux sont comme des ondes sonores. (Et bien sûr, les ondes sonores sont un vent de va-et-vient! L'air tremble, tandis que les vagues se propagent vers l'avant.)

Comment deux signaux indépendants peuvent-ils traverser un circuit électrique? Demandez-vous d'abord comment deux ondes sonores indépendantes peuvent traverser la même région de l'air. Et sur un étang, jetez deux cailloux et demandez-vous comment deux motifs d'ondes bullseye se croisent sans interagir. Pourquoi un faisceau laser n'en bloque-t-il pas un autre chaque fois qu'ils se croisent? C'est juste quelque chose que toutes les vagues peuvent faire, si le milieu est linéaire. Dans un système linéaire, les ondes peuvent s'ajouter puis se soustraire à nouveau, de sorte qu'elles se croisent sans interagir. Il fonctionne pour la lumière à l'intérieur d'une fibre optique. Il fonctionne pour le son à l'intérieur d'un tuyau d'orgue. Cela fonctionne pour le câble coaxial avec des impulsions allant dans des directions opposées, et cela fonctionne pour les signaux télégraphiques se propageant à la vitesse de la lumière à travers une seule paire, un seul circuit.

La réponse à votre question concerne le chapitre sur les vagues de votre livre de physique. La réponse à votre question particulière sur les circuits ouvre tout un domaine fascinant de l'électronique: les réflexions sur les câbles et les ondes stationnaires sur les fils.

En revanche, deux courants continus ne peuvent pas occuper le même circuit, car ils perdent leur identité, se combinant pour former un somme-courant. (N'oubliez pas que chaque circuit est un inducteur à un tour. De même, deux tensions différentes ne peuvent pas occuper le même condensateur! Dans les deux cas, elles se combinent et ne peuvent plus être soustraites.) Deux courants continus peuvent occuper un seul fil, chaque fois que ce fil est une section commune de deux circuits autrement séparés. Mais ils le font en s'additionnant pour former un troisième courant dans cette section commune. (Par exemple, ils pourraient soustraire à un courant nul dans cette section, s'ils se trouvaient être égaux et opposés. Un électron ne peut pas réellement circuler dans deux directions simultanément.)

Pourtant, en même temps, deux ondes d'énergie (signaux) complètement indépendantes peuvent se propager à travers un seul circuit. COMMENT? Cela implique E et M à la fois, et cela contient le secret: pour le comprendre, nous devons regarder les deux fils de la longue paire, et nous devons inclure la tension ainsi que le courant. Il est impossible de répondre à votre question tant que nous nous concentrons sur les fils simples et les courants seuls, tout en ignorant les deux fils et la tension qui les traverse.

Dans un seul circuit, le courant est un cercle fermé, comme un volant. Il ne démarre pas à un endroit et ne coule pas dans un autre (au lieu de cela, il va juste dans le sens des aiguilles d'une montre, CW, ou peut-être CCW, un peu comme une courroie d'entraînement.) Un courant dans un circuit est comme un volant tourné, une boucle fermée. Mais quelque chose va à sens unique, non? Chaque fois qu'une batterie allume une ampoule, quelque chose doit passer de la batterie à l'ampoule et ne pas retourner à la batterie. Ce quelque chose n'est pas courant. Au lieu de cela, c'est l'énergie EM, où le flux d'énergie est mesuré en termes de watts; de volts fois ampères. Dans un circuit de lampe de poche, la puissance est un flux unidirectionnel rapide de la batterie à l'ampoule. Mais le courant est très lentécoulement circulaire. Encore une fois, le "signal" allant de la batterie à l'ampoule est constitué d'énergie électromagnétique, et non pas d'ampères et pas d'électrons.

Voici donc le début de votre réponse: dans un seul circuit, comment savoir dans quelle direction l' énergie électrique circule? Simple: regardez la valeur de la puissance. Plus précisément: multipliez les volts entre les fils multipliés par les ampères qui les traversent. Si le résultat est positif, alors l'énergie circule dans une direction, et si elle est négative, elle circule dans l'autre. Avec une lampe de poche, branchez votre voltmètre et ampèremètre pour qu'ils donnent une puissance positive lorsque nous les multiplions ensemble. Ensuite, lorsque vous retirez l'ampoule et installez un chargeur de batterie à la place, le courant s'inverse, nous avons donc de l'énergie qui retourne dans la batterie. (Cette idée est critique avec AC, où si les ondes V et I sont synchronisées, l'énergie circule continuellement vers l'avant, mais si V et I sont à 180 degrés, l'énergie s'écoule à la place vers l'arrière.)

Ainsi, sur un long câble, avec une impulsion électrique qui a une puissance positive, l'impulsion zoome le long de la gauche, tandis que si la puissance était négative, l'impulsion va vers la droite. Si nous connectons et déconnectons soudainement la batterie de la lampe de poche, nous lançons une onde d'énergie le long des deux fils. Il se déplace à la vitesse de la lumière et est absorbé par l'ampoule de la lampe de poche, qui s'allume. Si nous laissons la batterie attachée en continu, une onde d'énergie continue de s'écouler vers l'ampoule, même s'il n'y a aucune ondulation. C'est le premier concept de l'ingénierie des ondes de base: la propagation de l'énergie électrique à travers les circuits ... et l'idée que "DC" est vraiment juste "AC" à très basse fréquence.

Revenons au début: comment deux impulsions de signal peuvent-elles voler dans des directions opposées le long de la même paire de fils? (Notez qu'il doit s'agir d'une paire de fils avec des volts inclus. Pas un seul fil.) Cela peut se produire si l'une des impulsions a une puissance positive et va à gauche, tandis que l'autre impulsion a une puissance négative et va à droite. Une impulsion peut être composée de volts positifs et d'ampères positifs, tandis que l'autre impulsion est constituée de volts négatifs et d'ampères positifs. Les deux impulsions sont des ondes EM.

PS

Aha, je vois une autre approche! (Ignorez-le si vous le souhaitez, car le sheesh est long.) Supposons que nous ayons deux circuits séparés, deux lampes de poche, mais ensuite nous fusionnons une courte section de fil de chacun? Les deux circuits ont un seul fil en commun. Interagissent-ils? Non, car à l'intérieur du fil commun, les courants s'ajoutent et se soustraient à nouveau. Chaque batterie allume sa propre ampoule indépendamment, car chaque boucle de circuit a sa propre tension de batterie séparée et son propre courant de boucle séparé. Pourtant, dans ce fil commun, il semble que deux courants électriques différents circulent! Ils ne le sont pas, pas vraiment, car un "courant de circuit" est le courant dans une boucle entière, y compris une batterie, une ampoule et un anneau fermé de conducteurs. Dans ce fil combiné, les deux courants sont ajoutés à une extrémité du fil, puis soustrait à nouveau à l'autre. Les deux ondes d'énergie dans chaque circuit restent indépendantes, même si les courants dans leur fil commun peuvent s'ajouter et se soustraire.

Cela nous montre que la réponse à votre question d'origine ne peut pas impliquer un seul fil. On ne peut y répondre qu'en reculant et en élargissant la vue; en incluant également la tension aux deux fils.

Cela montre également comment fonctionne "linéaire" contre "non linéaire". Dans le fil commun, à une extrémité, les deux courants se sont combinés en s'ajoutant. Mais ensuite, ils se soustraient parfaitement à l'autre extrémité. Cela permet aux deux boucles de rester indépendantes. Mais que se passerait-il si cela ne se produisait pas et que les courants dans le fil unique n'étaient pas une simple combinaison de sommes? Aha, ce serait "NON LINÉAIRE". Dans ce cas, nous ne pouvions pas les séparer proprement une fois combinés. L '«addition ensemble» à une extrémité du fil ne serait pas parfaitement égal à la «soustraction à part» à l'autre extrémité, et dans ce cas, les deux circuits séparés commenceraient à interagir. Une batterie commencerait à allumer légèrement l'autre ampoule. Les signaux des deux circuits se mélangeraient vraiment.

PPPPS

Ce genre de question a une longue histoire, et un livre populaire à ce sujet est THE MAXWELLIANS, par BJ Hunt. Le tristement célèbre Oliver Heaviside a compris que les signaux télégraphiques étaient en fait des ondes électromagnétiques, mais il a ensuite été presque supprimé par William Preece, chef du bureau de télégraphie du gouvernement britannique, qui "savait" que les points et les tirets n'étaient que des courants, une période, une fin d'histoire et ne posez pas de questions ou WH Preece vous fera regretter! :) Heaviside a utilisé sa nouvelle théorie EM des ondes câblées pour résoudre un énorme problème de télégraphie: pour tous les signaux voyageant le long de lignes télégraphiques de 100 km, les points disparaîtraient ou «onduleraient» et pour les lignes téléphoniques, la transmission longue distance était complètement déformée et impossible. (Le problème s'est avéré être la dispersion des ondes ou "chirp", où les basses fréquences se déplacent plus rapidement que les hautes.) Heaviside ' s «l'équation du télégraphe» et ses «bobines de chargement» ont corrigé cela, permettant à la télégraphie de devenir large bande, même sur des distances immenses. Il a créé à lui seul le téléphone longue distance. Mais Preece a rapidement mis fin à cette hérésie en utilisant son pouvoir politique pour lancer une campagne anti-Heaviside de mauvaise bouche dans la presse et une campagne de chuchotements parmi les ingénieurs. Aux États-Unis, Pupin of Columbia a prétendu inventer les bobines de chargement de Heaviside, les a brevetées et a fait des millions via Bell Telephone, tandis que Heaviside est resté presque sans le sou, ne devenant célèbre qu'après sa mort. (Heh, une histoire Tesla / Marconi bien avant Tesla et Marconi. Pupin a même joué un grand rôle dans la chute de Tesla!) Alors maintenant, vous voyez pourquoi je suis amoureux de l'histoire des ondes télégraphiques. Obsédé. Ne me lancez même pas! Oops, trop tard. :)

Andreas H a mentionné le circulateur pour guides d'ondes. Dans les téléphones analogiques, ce travail est effectué par un circuit hybride imparfait appelé la bobine d'induction anti sidetone (ASTIC). Une bobine hybride parfaite transmettrait et recevrait la parole simultanément et séparément, c'est-à-dire que le signal de votre émetteur passerait par les fils au récepteur à l'autre extrémité et le signal de l'émetteur distant se rendrait à votre récepteur sur la même paire de fils. Il a été réalisé très tôt que les gens devaient s'entendre parler, de sorte que l'ASTIC permet à une partie du signal de l'émetteur local de passer au récepteur local.

Dans une zone d'échange analogique locale, le circuit serait composé de deux fils allant d'un téléphone à l'autre, via les relais de l'échange vers l'autre téléphone. Une fois que vous commencez à voyager entre les échanges, le signal serait divisé par une bobine hybride à l'échange et la parole dans un sens se déplacerait sur un circuit différent pour parler dans l'autre sens (circuit de jonction à 4 fils). Cela a permis d'amplifier la parole car les amplificateurs sont unidirectionnels (unidirectionnels uniquement). Au central distant, les deux chemins séparés seraient recombinés par une bobine hybride et la dernière étape de l'appel serait sur une paire de fils.

La parole sur les téléphones analogiques et les échanges était de 300 Hz à 3400 Hz, il s'agit donc d'ondes électromagnétiques basse fréquence.

Cependant, si vous transférez de l'énergie, CA ou CC, nous n'avons pas de courants différents allant de différentes manières dans le même fil. Par exemple, dans un État particulier, les entreprises de fourniture d'énergie sont tenues de fournir un pourcentage d'énergie «verte», mais elles ne disposent pas de ressources de production «vertes» suffisantes, de sorte qu'elles achètent l'énergie hors de l'État. Dans le même temps, ils vendent de l'énergie non verte excédentaire hors de l'État. S'ils achètent et vendent de l'énergie sur la même interconnexion (fils), il n'y a pas deux flux électriques concurrents voyageant dans des directions opposées sur le même fil. Si l'État A achète 500 MW de capacité à l'État B et que l'État B achète 400 MW de capacité à l'État A, alors il y a un flux de 100 MW de l'État B vers l'État A. La comptabilité peut dire 500 MW et 400 MW, mais la réalité électrique est de 100 MW.

Ils interfèrent.

Les signaux électriques descendent les fils comme des vagues sur l'eau. et lorsque deux vagues se rencontrent, vous obtenez une interférence .

Mais parce que les fils sont linéaires, l'interférence prend la forme d'addition, et donc elle n'est pas destructrice de l'information, et donc si vous savez quel est l'un des signaux, vous pouvez trouver l'autre signal par soustraction.

Les lignes téléphoniques utilisent (utilisé?) Un circuit appelé hybride qui isole les signaux entrants et sortants permettant à un seul circuit en cuivre de transporter des signaux vocaux dans les deux sens.

Le télégraphe a probablement utilisé quelque chose de similaire en demandant à l'expéditeur de soustraire son propre signal de ce qu'il voit sur la ligne, lui permettant de déterminer ce qui arrivait de l'autre extrémité simultanément avec la transmission de son propre signal.

Tu as écrit:

Comment se fait-il que deux courants électriques puissent voyager dans des directions opposées sur le même fil, en même temps, sans interférer l'un avec l'autre?

mais le texte original dit:

deux signaux télégraphiques peuvent voyager dans des directions opposées sur le même fil en même temps sans interférer l'un avec l'autre

Voici la contradiction: un signal télégraphique et un courant électrique ne sont pas la même chose. Le courant électrique est le superposition linéaire d'ondes mises en mouvement sur la ligne par les transducteurs à chaque extrémité. Le courant à un instant donné à un point de la ligne ne peut avoir qu'une seule valeur, mais nous pouvons calculer cette valeur en calculant la contribution des ondes à partir des signaux imposés à chaque extrémité de la ligne et en les additionnant.

En tant que système plus simple mais directement observable, considérez une chaîne stéréo jouant de la musique dans une pièce. Un haut-parleur ne change pas la façon dont les ondes de pression de l'autre haut-parleur se propagent. Le gradient de pression net en tout point de l'espace et de l'instant est le résultat de l'ajout des ondes de pression de chaque haut-parleur.

Même si des quantités physiques comme le courant ou la pression ne peuvent avoir qu'une seule valeur, si nous savons que ces quantités sont influencées par une combinaison additive de causes, le principe de superposition linéaire permet de diviser le système en parties plus petites qui peuvent être considérées séparément: dans ce cas la station télégraphique à chaque extrémité de la ligne, et les ondes qu'elle génère qui se propagent sur la ligne.

Les signaux sont constitués d'ondes. Les vagues se croisent et après le passage sont inchangées. Ondes électromagnétiques. Les vagues sur la mer se croisent également (bien qu'elles aient parfois des effets dans lesquels je n'entrerai pas). "Interférer" était un mauvais choix de mots par l'auteur. Personne ne peut vraiment vous dire pourquoi. Mais vous savez déjà instinctivement que les vagues peuvent se croiser. Pensez simplement à la lumière qui sort d'une fenêtre et à travers une fenêtre en même temps. Cela ne semble pas déroutant, n'est-ce pas?

Dans votre question, vous utilisez le mot «actuel». Les courants sont une autre affaire. Le courant dans un fil est essentiellement défini comme le flux de charge au-delà d'un point. Ce serait le flux net. Il n'est donc pas logique de parler de courants qui se croisent.

J'essaie d'éviter de parler d'effets de ligne de transmission plus avancés tels que la capacité et l'inductance, car je crains que cela ne boue les eaux encore plus. L'essentiel, c'est que les signaux peuvent se croiser, et pendant le passage, à l'endroit du passage, ils se touchent. Mais après le décès, ils continuent comme si le décès n'avait jamais eu lieu. Pensez simplement à la lumière passant dans les deux sens à travers une fenêtre.

Ce n'est pas actuel, mais SIGNAL qui voyage dans toutes les directions. C'est pourquoi un combiné téléphonique n'a pas à interrompre le son reçu lorsque vous parlez, et cela nous est plus familier que les protocoles télégraphiques.

C'est un peu de gadget, appelé `` hybride '', qui présente un signal à votre oreille qui a principalement le signal du téléphone distant et crée un signal (modulation du courant) en fonction de votre voix appliquée au microphone. Ce que vous ENTENDRE n'est pas le «courant dans le fil» qui est également modulé par deux voix, c'est 90% de la voix distante que vous entendez et seulement 10% de la vôtre. Un hybride similaire à l'autre extrémité de la connexion annule la partie principale de son entrée vocale afin que votre voix soit entendue fortement dans ce récepteur téléphonique.

L'hybride est un circuit qui ajoute du signal, qui a accès à la fois à votre voix et à la combinaison de deux voix (sur la ligne), et les combine pour renforcer le message à distance. Rien dans ce schéma n'est à la disposition d'un bureau télégraphique, qui peut également fonctionner comme une station de réception même pendant qu'il émet.

Il n'est PAS facilement accessible à un émetteur sans fil (du type non numérique) qui aurait généralement un interrupteur d'interruption push-to-talk. Nos téléphones portables qui envoient des paquets numériques font beaucoup d'interruptions, juste assez vite pour que cela nous dérange rarement, car cette fonction hybride interagit mal avec un récepteur qui surcharge alors qu'une transmission est en cours.

Votre analogie est rompue. Ne pensez pas à une voie de voitures, à moins que vous ne pensiez aux voitures comme des autos tamponneuses toutes assemblées.

La vitesse moyenne globale réelle des électrons se déplaçant à travers un fil est assez lente. La vitesse de dérive des électrons dans un fil est généralement de plusieurs micromètres / seconde, pas rapide du tout.

Ce qui se propage à travers le fil se déplace d'électron en électron, de la source à la destination. Ce processus se produit très rapidement, presque à la vitesse de la lumière. Dans l'analogie de l'autoroute, ce serait comme frapper la première voiture, et chaque voiture heurter celle devant elle. Bien que chaque voiture se déplace lentement dans l'ensemble, une vague pourrait se propager à travers la chaîne à condition que vous puissiez la frapper assez fort.

De multiples ondes sonores peuvent évidemment voyager dans l'air dans plusieurs directions simultanément. Cependant, lorsque vous criez quelque chose, une seule molécule ne se rend pas nécessairement directement de votre bouche à l'oreille de l'auditeur. Au lieu de cela, le rebond entre les molécules dans l'air est ce qui transmet le son. La même chose est essentiellement vraie pour les signaux électriques.

Considérez la situation suivante:

Supposons que nous avons une seule paire de fils avec une source de tension contrôlable à une extrémité et un puits de courant contrôlable à l'autre. Puisque les deux extrémités peuvent mesurer le signal de l'autre extrémité (à la source de tension, nous pouvons mesurer le courant et à la source de courant, nous pouvons mesurer la tension), nous pouvons transmettre des informations dans les deux directions. Il n'y a aucun multiplexage de fréquence ou de temps impliqué. Et il n'y a aucune interférence et nous n'avons pas besoin d'invoquer la théorie des ondes.

Plus de détails sont dans ma réponse sur Physics SE .

Un câble d'antenne pour une antenne parabolique transporte les courants dans deux directions - Un signal CC de 18 volts est fourni par le tuner pour alimenter le LNB au point focal de l'antenne, et en même temps le LNB envoie un signal de 4-12 GHz redescendre à l'accordeur, sur le même fil.

Les deux sont des courants électriques, mais l'un est continu et plat, l'autre est radiofréquence et varie.

C'est parce que n'importe quelle vague peut se traverser. Des interférences se produiront, mais cela n'arrêtera pas les vagues.

C'est comme demander pourquoi deux vagues dans un étang peuvent se croiser. Si les vagues sont complètement opposées, elles s'annihileront, sinon elles s'affaibliront et continueront.

Il a été observé, par de nombreux ingénieurs et chercheurs (dont moi-même) que les conducteurs métalliques ont un comportement linéaire vis-à-vis des courants et des tensions électriques. Cependant, comme pour la plupart des matériaux, le comportement linéaire n'existe que sur une certaine plage. Des niveaux de courant élevés entraîneront un comportement non linéaire. Avec de bons conducteurs, comme le cuivre, l'argent et l'or, la plage de comportement linéaire est assez large. Ces métaux ont une résistance faible (mais non nulle). (Si vous supposez que les métaux ont une résistance nulle, vous vous retrouverez avec d'étranges prédictions qui ne correspondent pas à la réalité)

À faible densité de courant, il y a beaucoup d'espaces libres dans le métal pour les électons, et ils ne se heurtent pas ou ne se coincent pas très souvent. donc peu d'énergie est absorbée par le métal et le comportement semble linéaire (les autos tamponneuses sont loin)

Lorsque la densité de courant dans le métal devient suffisamment élevée, le courant transfère une énergie significative vers le métal, ce qui modifie sa résistance, et le comportement est devenu non linéaire. Un exemple simple consiste à accrocher un fil mince (comme la jauge 28) aux bornes d'une grande batterie de voiture 12V. Le métal devient chaud, éventuellement il fond et rompt le circuit. Il s'agit d'un comportement TRÈS non linéaire. Ce fil transporte probablement environ 50 ampères. (N'ESSAYEZ PAS cela vous-même - vous pouvez faire voler des morceaux de métal en fusion, cela peut provoquer des incendies et de graves dommages aux yeux) Par contre, si je mets deux signaux sur ce même fil (avant de le faire fondre) avec 0,001 ampère chacun , le comportement sera assez linéaire.

Ce gars est en train de faire un bras pour faire un point plus existentiel. Cela fonctionne en principe, mais pas comme il le dit. Et avec signal, pas courant .

Heck, même en radio, deux émetteurs peuvent bloquer et bloquent l'utilisation concurrente . Écoutez ceci à 1:25.Ce "Booooop", ce sont les deux avions qui reconnaissent "leur" autorisation de décollage, mais qui marchent l'un sur l'autre pour qu'au moins un ne soit pas entendu.

Si vous utilisez un système télégraphique DC, même problème. Si une ou l' autre touche télégraphique enfoncée, il fera à la fois sirènes s'activeront. Il n'est vraiment pas possible d'envoyer des signaux DC dans des directions opposées dans le domaine DC (sauf via un style CSMA-CD courtoisie d'attendre que l'autre personne ait terminé et de se méfier de deux personnes démarrant à la fois).

Cependant, imaginez si la station télégraphique 1 transmet le courant continu et la station de téléphonie 2 a son sondeur connecté via une inductance bloquant le courant alternatif. La station 2 transmet en activant et désactivant 1000Hz AC, que seule la station 1 peut entendre car son sondeur a un condensateur de bonne taille, qui passe 1000Hz AC mais bloque DC.

Vous pouvez étendre cela à plusieurs fréquences CA en utilisant des filtres «passe-bande» qui ne permettent de traverser qu'une certaine fréquence. Considérez le ton bah-boo-BEEP qui salue la caserne des pompiers de la série télévisée Chicago Fire . Ce spectacle est un énorme hommage et un cri à un spectacle des années 1970 appelé Emergency , à l'origine des tons. Emergency dépeint un système de répartition des incendies des années 1960 où plusieurs fréquences étaient utilisées de cette façon.

Deux stations émettant à la fois créent simplement un accord sur le fil. Les fréquences doivent être choisies intelligemment afin que les accords n'interfèrent pas entre eux.

Toutes les stations entendent tous les signaux. Ils ne tiennent pas compte de "leur propre nourriture pour chien", c'est-à-dire du signal qu'ils transmettent.

Cela peut devenir plus complexe, les ondes porteuses étant modulées. À ce stade, nous parlons de spectre radio, mais sur un fil .