Wenn ich eine Taste auf meiner Tastatur drücke, ändert sich der Elektronenfluss in einem Kabel, das zum Senden von Daten an meinen Computer verwendet wird. Angenommen, es werden die Bits gesendet: 100000000100000000100000000100000000Dies sind einige Buchstaben, die in Binär- und ASCII-Form codiert sind.
Diese Elektronen bewegen sich irgendwie den Draht hinunter zu einem Chip, der erkennt, wohin meine Daten mit Transistoren gehen sollen, oder, wie ich es verstehe, kleinen Schaltern, die mit einem anderen Draht gesteuert werden können. Der Chip erkennt, wohin meine Daten gehen, und sendet sie in die richtige Richtung.
Die Frage ist also, ob ich, wenn ich eine HTTP-Anfrage von Europa an einen Server in den USA stelle, einige Elektronen von meinem PC in 200 ms, die Antwort dauert, über den Atlantik in die USA reise und zu mir zurückkomme.
Antworten:
Wenn Sie ein Elektron in ein Ende eines Drahtes drücken, drängeln sich alle ein wenig herum, und am anderen Ende springt ein anderes heraus.
In einem Leiter (z. B. einem Metall) befindet sich ein bestimmter Teil der Elektronen, die nicht an einen bestimmten Kern gebunden sind, und diese bewegen sich die ganze Zeit frei durch den Leiter, selbst wenn keine externe Spannung angelegt wird. Das Anlegen einer Spannung verursacht einfach eine Netto- "Drift" dieses Elektronenmeeres in Richtung des elektrischen Feldes. Die Geschwindigkeit dieser Drift ist um Größenordnungen langsamer als die Geschwindigkeit, die das elektrische Feld vorantreibt (was im Grunde die Lichtgeschwindigkeit ist).
Die Antwort darauf, ob ein bestimmtes Elektron von einem Ende des Drahtes zum anderen gelangen könnte, hängt von der Länge des Drahtes und der Signalfrequenz ab. Die Driftgeschwindigkeit geteilt durch die Signalfrequenz gibt Ihnen die durchschnittliche Entfernung an, die ein Elektron in einem Zyklus zurücklegen könnte. (Ich zögere, diese "Wellenlänge" zu nennen, aber es ist das gleiche Konzept.) Wenn der Draht kürzer als die Hälfte dieser Entfernung ist, machen einige Elektronen die gesamte Reise.
Die Signalfrequenz ist wichtig, da in dem von Ihnen angegebenen Beispiel sowohl USB als auch Ethernet Wechselstromsignale mit relativ hohen Frequenzen verwenden. Die Elektronen bewegen sich überhaupt nicht sehr weit.
Und um Ihren anderen Punkt anzusprechen, über Elektronen vom Eingang eines Moduls, die an seinem Ausgang erscheinen - nein, das ist selten wahr. Kondensatoren, Transformatoren, Röhren, FETs und die meisten Konfigurationen von Bipolartransistorschaltungen verhindern dies. Es gibt viele Orte auf Ihrer Transatlantikreise, an denen der direkte Elektronenfluss absichtlich blockiert wird. Nein, "Ihre" Elektronen schaffen es definitiv nicht über den Atlantik.
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Das Signal ist die Ladungsbewegung, die viel schneller abläuft als die Bewegung von Elektronen.
Die beiden werden auf Wikipedia verglichen: http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity Aus dem Wikipedia-Artikel:
Die für die Kommunikation verwendeten Signale sind Wechselstrom.
Betrachten Sie analog das Schreibtischspielzeug "Newton's Cradle":
Das Signal bewegt sich schneller durch die Bälle als der Ball selbst.
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Sie müssen das Konzept der Spannung vom Strom trennen.
Das kanonische Beispiel ist ein Schlauch, der an einen Wasserhahn angeschlossen ist. Nehmen Sie der Einfachheit halber an, dass der Schlauch bereits mit Wasser gefüllt ist, der Wasserhahn jedoch ausgeschaltet ist und der Schlauch nicht leckt (dh in Richtung Himmel gerichtet ist).
Nehmen wir nun an, Sie schalten den Wasserhahn gerade noch ein. Es wird ziemlich lange dauern, bis sich ein bestimmtes Wassermolekül (das für die Analogie ein Elektron darstellt) vom Wasserhahn bis zum Schlauchende ausbreitet. Dies ist wie "aktuell".
Die Wassermoleküle am Ende des Schlauchs fallen jedoch fast sofort aus dem Schlauch. Wichtig ist, dass diese Wassermoleküle nicht aus dem Wasserhahn stammen und sich noch weit am anderen Ende des Schlauchs befinden. Man könnte sagen, dass eine "aquamotorische Kraft" aus dem Wasserhahn das Wasser aus dem Schlauchende drückt. Diese Kraft bewegt sich viel schneller als ein bestimmtes Wassermolekül. Dies ist wie "Spannung" (oder "elektromotorische Kraft")
Um es noch einmal zusammenzufassen: Strom repräsentiert diskrete "Dinge", die sich über einen bestimmten Punkt hinaus bewegen, und Spannung repräsentiert die Kraft, die diese Dinge drückt. Sie bewegen sich mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten; Ich glaube, während sich die Spannung mit ungefähr 2e8 Metern pro Sekunde durch Kupfer ausbreitet (ungefähr für die Permittivität), bewegen sich die tatsächlichen Elektronen mit einem Gletscher von 1 Meter pro Stunde (und das unter der Annahme, dass Gleichstrom und Wechselstrom sich noch langsamer bewegen, wenn die Elektronen "schwappen" und weiter)
Warum ist das? Nun, in einem Vakuum (oder einem Supraleiter) würden die Elektronen mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit vorbeifliegen, mit der sich die Spannung ausbreitet. Aber in Leitern der realen Welt schlagen die Elektronen in andere Elektronen, in einen Kern, werden durch Wärmeenergie usw. angeregt. Sie springen also tatsächlich einzeln mit hoher Geschwindigkeit hin und her, aber gemeinsam bewegen sie sich alle langsam in eine Richtung .
Die Spannung hat dieses Problem nie, es ist nur ein elektrisches Feld. Deshalb verwenden wir Spannung und nicht Strom zur Signalisierung. Das Signal über den Atlantik (ohne Berücksichtigung der Glasfaser) wird nicht von einzelnen Elektronen übertragen, sondern als die Kraft erfasst, die diese Elektronen drückt. Deshalb ist Elektronik die Kunst, Spannung und nicht Strom zu lenken. Der Draht ist niemals "leer", er ist immer voller Elektronen; Die Frage ist, ob eine Kraft angewendet wird oder nicht.
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Auf jeden Fall nein; Sie haben etwas Großes übersehen :
Es ist ungewöhnlich, dass Ihr Signal nur über Kabel übertragen wird.
Es gibt viele Möglichkeiten, wie Signale übertragen werden:
Abgesehen davon ist es sehr wahrscheinlich, dass die Route zwischen den USA und Europa entweder faseroptisch oder drahtlos ist, sodass sie in eine andere Art von Energie übertragen wird.
Das Internet besteht aus vielen verschiedenen Netzwerken. Es ist möglich, den ganzen Weg durch ein Kabel zu fahren, aber der Verkehr wird auf die schnellste Route geleitet, oft Glasfaser, wenn Sie können. Wenn Glasfaser zu 100% verwendet wird, können Sie möglicherweise alle Kabel erhalten. Sie können sogar durch Australien geleitet werden, wenn sie und Europa eine Glasfaserverbindung und eine mit den USA haben, aber die USA und Europa haben keine Glasfaserverbindung.
Einige Router / Switches / Booster / Repeater verfügen möglicherweise über einen Transistor oder ähnliches, um das Signal zu verstärken, Ihr Signal zu "entsorgen" und es mit einem anderen zu imitieren.
Selbst wenn Sie einen Draht, keinen Transistor oder irgendetwas und keine Glasfaser oder Draht erhalten könnten, springt beim Hinzufügen eines Elektrons zum Draht der am weitesten entfernte heraus, fast so, als wäre der erste Eingang der erste Ausgang oder eine Leitung .
Eine etwas bessere Analogie sind die Milchkarren in einem Geschäft. Wenn es voll ist und Sie versuchen, einen mit genügend Kraft in den Rücken zu schieben, springt der vordere heraus, um verarbeitet zu werden (vom Hausmeister), und alle schalten nach unten. Wenn Sie die Länge zwischen den einzelnen Elementen steuern, die Sie aus dem Regal gestoßen haben, können Sie einen Code erstellen. (Ein bisschen.) Ähnlich verhält es sich mit Elektronen. Ein Milchkrug ist ein Elektron, und jeder "Schlitz" (Platz für einen Karton: vier Schlitze in einem Regal, in dem vier Milchkrüge Platz finden) ist ein Atom / Partikel / so weiter.
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