Se alguém envia rajadas curtas de corrente elétrica que abrem e abrem abruptamente, por que o receptor recebe uma corrente suavizada?

Uma Introdução à Teoria da Informação: Símbolos, Sinais e Ruído , de John R. Pierce, diz o seguinte:

A dificuldade que Morse encontrou com seu fio subterrâneo permaneceu um problema importante. Diferentes circuitos que conduzem uma corrente elétrica estável igualmente bem não são necessariamente adequados para a comunicação elétrica. Se alguém envia pontos e corre rápido demais por um circuito subterrâneo ou submarino, eles são executados juntos na extremidade receptora. Conforme indicado na Figura II-1, quando enviamos uma pequena rajada de corrente que liga e desliga abruptamente, recebemos na extremidade do circuito um aumento e uma queda de corrente mais longos e suavizados. Esse fluxo mais longo de corrente pode se sobrepor à corrente de outro símbolo enviado, por exemplo, como ausência de corrente. Assim, como mostrado na Figura II-2, quando um sinal claro e distinto é transmitido, ele pode ser recebido como uma subida e queda vagamente vagantes de corrente que é difícil de interpretar.

Obviamente, se aumentarmos nossos pontos, espaços e traços por tempo suficiente, a corrente no extremo oposto seguirá melhor a corrente no final do envio, mas isso diminui a taxa de transmissão. É claro que de alguma forma está associado a um dado circuito de transmissão uma velocidade de transmissão limitada para pontos e espaços. Para cabos submarinos, essa velocidade é tão lenta que atrapalha os telegrafistas; para fios em postes, é tão rápido que não incomoda telegrafistas. Os primeiros telegrafistas estavam cientes dessa limitação, e ela também está no coração da teoria da comunicação.

Como alguém que não tem formação em engenharia elétrica, acho o fenômeno descrito desconcertante. Se alguém envia rajadas curtas de corrente elétrica que ligam e desligam abruptamente, por que é verdade que, dependendo do tipo de circuito, o receptor pode receber uma corrente suavizada, em vez das correntes discretas enviadas? Seria de esperar, ingênua, talvez, que os sinais recebidos fossem idênticos aos sinais enviados?

Eu apreciaria muito se as pessoas pudessem, por favor, dedicar um tempo para responder a isso usando uma linguagem que pode ser entendida por alguém sem formação em engenharia elétrica.

Seu cabo se comporta como um filtro passa-baixo, o que significa que as altas frequências estão ficando amortecidas. Quanto mais longo o cabo, mais forte é esse efeito.

Os impulsos têm, devido à sua rápida ascensão e queda, componentes de frequência bastante rápidos. Se essas altas frequências forem atenuadas, seu impulso "borrará" ao longo do tempo e você obterá o resultado desejado publicado na sua pergunta.

Talvez fosse útil pensar de maneira diferente. Em vez de empurrar eletricidade, finja que você tem um tubo muito comprido, um pouco de água (sob pressão) e uma válvula.

Se você ligar a válvula em uma extremidade do tubo, levará um certo tempo para pressurizar o tubo e forçar a água. No outro extremo, a água acabará saindo, mas como um lento aumento no fluxo, seguido por uma lenta diminuição.

Se você ligar e desligar a água com rapidez suficiente, ela simplesmente aparecerá na outra e como um fluxo moderado.

Como mencionado em outros lugares, em termos elétricos, isso se deve à capacitância e indutância do cabo longo. Quanto maior o cabo / tubo, maior o efeito de suavização aparente. As razões (física) e matemática podem ser diferentes, mas os resultados rimam, e espero que isso ajude você a entender.

Bordas infinitamente nítidas no sinal precisam de largura de banda infinita para transmitir, o que não é possível com fios do mundo real. Como um fio longo o suficiente, ele passa apenas baixas frequências e altas frequências são atenuadas, de modo que as bordas rápidas e nítidas são borradas em bordas onduladas mais lentas e, portanto, você precisa enviar pulsos mais longos para ver a voltagem subir lentamente até o nível de detecção adequado no recebimento final. Os sinais se degradam à medida que cada comprimento de unidade do fio de cobre pode ser pensado como uma resistência em série com indutância e também possui capacitância paralela dispersa e resistência a vazamentos em seu entorno, caso contrário, este modelo é conhecido como linha de transmissão. A resistência em série com capacitância paralela é um filtro passa-baixo. A capacitância e indutância formam o que é conhecido como impedância característica da linha de transmissão, e se as extremidades de transmissão e recepção não corresponderem à impedância da linha de transmissão, um pulso de tensão será refletido de volta ao fio até certo ponto, de modo que ele pingue de um lado para o outro até que se estabilize. Como o pulso de tensão viaja no fio a aproximadamente dois terços da velocidade da luz, tudo isso quanto o sinal degrada quando viaja através da linha de transmissão ou continua saltando entre as extremidades da linha de transmissão determina a velocidade com que os sinais você pode transmitir e como Até agora, você pode transmiti-los sem ficar muito degradado.