Por que existem apenas quatro elementos passivos?

Eu li que existem quatro tipos de elementos passivos: resistências, capacitores, indutores e memristores.

O memristor foi previsto 30 anos antes de ser produzido. Mas por que você não conseguiu inventar outro tipo de elemento passivo? Existe uma prova?

A definição que estou usando de elementos passivos é algo sem ganho, sem controle e linear.

components passive-components

— jinawee
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Há este gráfico elegante, que você pode ter visto. pt.wikipedia.org/wiki/… Infelizmente, eu me vejo olhando para ele e pensando em memristores, em vez de sentir que a pergunta foi respondida.

— Phil Frost

@PhilFrost Claramente eu não sou o único que gosta desse gráfico!

— Stephen Collings

Eu acho que é importante ter em mente que todo fio exibe resistência, capacitância e indutância. Estes são elementos de circuito ideais , mas na vida real são características de praticamente todos os elementos de circuito. O memristor não se encaixa nesse molde. Você não pode falar sobre a "memristância" de um fio. Na minha opinião, o memristor não pertence ao mesmo conjunto de resistência, capacitância e indutância.

— Joe Hass

Estou usando elementos passivos é algo sem ganho, sem controle e linear. Então o memristor não é um elemento passivo, pois não é linear (exceto no caso trivial em que é apenas um resistor). De acordo com o Wiki, para o memristor temos:

onde q é entendido como sendo a integral do tempo de

. Se

é constante,

e, portanto, temos um resistor. Caso contrário,

não é uma função linear de

. Por exemplo, se

v = M (q) i

$v = M(q)i$

i

$i$

M (q)

$M(q)$

v \propto i

$v \propto i$

v

$v$

i

$i$

M (q) = m q

$M(q) = mq$ então

\frac{d v}{d t} = m (i^{2} + q \frac{d i}{d t})

$\frac{dv}{dt} = m(i^2 + q\frac{di}{dt})$

— Alfred Centauri

@jinawee, se um elemento passivo precisar ser linear , o memristor não será um elemento passivo. Do artigo da Wiki "Memristor": em seu artigo de 1971, Chua extrapolou uma simetria conceitual entre o resistor não linear (tensão x corrente), capacitor não linear (tensão x carga) e indutor não linear (ligação do fluxo magnético x corrente). Ele então inferiu a possibilidade de um memristor como outro elemento fundamental do circuito não linear que liga a ligação e a carga do fluxo magnético.

— Alfred Centauri

Respostas:

Existem quatro quantidades físicas de interesse para a eletrônica: tensão, fluxo, carga e corrente. Se você tem quatro coisas e deseja escolher duas, a ordem não importa , existem 4C2 = 6 maneiras de fazer isso. Duas das grandezas físicas são definidas em termos das outras duas. (Corrente é mudança de carga ao longo do tempo. Tensão é mudança de fluxo ao longo do tempo.) Isso deixa quatro possíveis relacionamentos: resistência, indutância, capacitância e memristância. insira a descrição da imagem aqui

Se você deseja outro componente fundamental, precisa de outra quantidade física para se relacionar com esses quatro. E embora existam muitas quantidades físicas que se possa medir, nenhuma parece ser tão fortemente acoplada quanto essas. Suponho que isso ocorre porque eletricidade e magnetismo são dois aspectos da mesma força . Eu ainda supor que desde o eletromagnetismo está agora a ser entendida parte do electroweak vigor, pode ser capaz de postular algumas relações entre a interação nuclear fraca e os nossos quatro elementos de tensão, corrente, carga e fluxo.

Não tenho a primeira pista de como isso se manifestaria fisicamente, especialmente considerando a fraqueza relativa da força nuclear fraca em qualquer distância menor que a distância intranuclear. Talvez na presença de fortes campos magnéticos ou elétricos afetando as taxas de decaimento radioativo? Ou na precipitação ou prevenção da fusão nuclear? Eu ainda suporia (estou empolgado) que as forças de campo necessárias seriam fenomenais, e é por isso que elas não são práticas para a engenharia cotidiana.

Mas isso é muita suposição. Sou um mero engenheiro e não qualificado para especular sobre essas coisas.

— Stephen Collings
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Eu acho que é mais como "alguém decidiu que existem quatro quantidades físicas de interesse para a eletrônica". E, na verdade, talvez haja apenas dois, uma vez que a carga é a integral da corrente e flui a integral da tensão. A temperatura é muito importante. O mesmo acontece com o poder, ou seu derivado, energia. Ou talvez eu queira integrar o fluxo para obter uma coisa nova e definir um componente sobre isso.

— Phil Frost

Eu acho que talvez a prova esteja no requisito (definido na pergunta) de que esses componentes passivos sejam lineares , e isso significa que eles têm alguma relação linear entre corrente e tensão, portanto, não pode haver outras quantidades físicas de interesse, por definição . Mas estou apenas adivinhando.

— Phil Frost

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

R = \frac{v}{i}

$R = \dfrac{v}{i}$

R

$R$

R = \frac{d v}{d i}

$R = \frac{dv}{di}$

@AlfredCentauri Há um pouco de explicação no artigo da Wikipedia para memristor que explica por que tudo foi escrito como equações diferenciais . Não posso dizer que o sigo (não falo matemática muito bem), mas entendi como "porque torna mais fácil argumentar em favor dos memristores".

— Phil Geada

Pessoalmente, eu teria escolhido para definir M o contrário, então dq = MdΦ, então você pode comparar com dq = CDV e justificadamente chamá-los de fluxo-capacitores

— Pete Kirkham

Mas por que você não conseguiu inventar outro tipo de elemento passivo? Existe uma prova?

Bem, há uma prova, mas é circular. Se você pegar "as quatro variáveis eletrônicas fundamentais", existem apenas seis maneiras de combiná-las linearmente. Quatro das maneiras são componentes e as outras duas são definições. A resposta de Stephen explica isso bem. Existem apenas quatro componentes passivos, porque quem fez essa afirmação permitiu apenas quatro variáveis.

Eu posso "inventar" mais "componentes ausentes" introduzindo mais variáveis. Corrente é a derivada da carga em relação ao tempo:

i = \frac{d q}{d t}

$i = \frac{\mathrm dq}{\mathrm dt}$

Vou definir um novo termo: surgingness. É a derivada da corrente em relação ao tempo:

s = \frac{d i}{d t}

$s = \frac{\mathrm di}{\mathrm dt}$

Mente soprada? Coloque-o novamente. Fazemos isso o tempo todo em física. Essas sequências são análogas:

posição, velocidade, aceleração
carga, corrente, afluência

Podemos diferenciar variáveis quantas vezes quisermos e fornecer os nomes dos resultados, se quisermos. A física ainda tem um nome para a derivada da aceleração: idiota .

Agora podemos destacar a figura da resposta de Stephen. Vai abaixo e à esquerda da corrente.

Agora podemos perguntar: qual é o componente que conecta a sobretensão à tensão? Seria um componente que obedece:

d v = P d s

$\mathrm dv = P \mathrm ds$

$P$

Qual é a utilidade desse componente? Não faço ideia, mas prevejo que exista. Em algumas décadas, quando for inventado, direi "eu te disse" e ser famoso.

— Phil Frost
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Eu acho que você é apenas um filisteu.

— Hbbs

s = \frac{d i}{d t}

$s = \frac{di}{dt}$

d v = P d s

$dv = P ds$

v = P \frac{d i}{d t} + V

$v = P\frac{di}{dt} + V$

@AlfredCentauri O que significa que, se você fizer um Philator passivo , será realmente muito famoso.

— Buhb

@Buhb, um passivo Philator seria como um casado bacharel.

— Alfred Centauri

@AlfredCentauri Se você diz. Eu nunca fui muito bom em matemática :) Eu queria saber, e se eu integrar carga e integrar fluxo, então imagine que há algum componente passivo lá. Talvez um "Forgistor"? Ou isso também é uma combinação de coisas que já temos?

— Phil Frost

jinawee,

Eu acho que há um grande número de componentes "passivos" ainda a serem descobertos e inventados. "Passivo" é um termo um tanto enganoso e ambíguo que usamos na eletrônica. Em eletrônica, temos muita terminologia flexível que lança uma bola curva para iniciantes. Você pensaria que, para uma ciência exata, usaríamos uma linguagem mais exata. Não tão.

Como outros pôsteres indicaram, as três grandes passivas são resistores, capacitores e indutores. Eu não sei sobre esse dispositivo de memristor. Nos meus mais de 50 anos de experiência em eletrônica, nunca segurei um na mão ou tive um em um projeto de circuito em que trabalhei.

No entanto, acho que se você pudesse criar um dispositivo capaz de converter frequência em uma tensão DC proporcional, como um termopar converte temperatura em tensão, você pode se juntar a Michael Faraday no EE Heaven.

Da mesma forma, se você pudesse inventar um dispositivo que converte o fluxo de elétrons diretamente em som, sem o uso de um ímã e bobina, também poderá estar envolvido em algo grande.

Ou, nesse caso, um material elástico que converte diretamente a corrente em força motriz - o indescritível tecido muscular artificial. Isso mudaria para sempre o mundo da pornografia tanto quanto a bobina vibratória de Michael Faraday.

Já faz um bom tempo desde que o mundo da EE desfrutou de um novo componente passivo. Mantenha-nos informados sobre o seu progresso.

— FiddyOhm
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convert frequency to a proportional DC voltage- você quer dizer como um filtro passa-baixo comumente usado para converter uma saída PWN em tensão para um DAC barato?

— Michael

a device which converts electron flow directly to sound without the use of a magnet and coil- ou o que dizer de um dispositivo que inclina a luz sem o uso de uma lente de material?

— Michael

an elastic material that directly converts current to motive force- ou um holo-diodo?

— Michael

@ Michael "e quanto a um dispositivo que inclina a luz sem o uso de uma lente de material?" Olhe para o céu em um dia claro e você verá um brilhando.

— JAB

@JAB Eu ficaria mais preocupado com o que aconteceria se o planeta caísse no dispositivo.

— precisa saber é o seguinte