¿Cómo es que dos corrientes eléctricas pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable, al mismo tiempo, sin interferir entre sí?

Una Introducción a la Teoría de la Información: Símbolos, Señales y Ruido , por John R. Pierce, dice lo siguiente:

Si bien la linealidad es una propiedad realmente asombrosa de la naturaleza, de ninguna manera es rara. Todos los circuitos formados por las resistencias, condensadores e inductores discutidos en el Capítulo I en relación con la teoría de redes son lineales, al igual que las líneas y cables de telégrafo. De hecho, por lo general, los circuitos eléctricos son lineales, excepto cuando incluyen tubos de vacío, transistores o diodos, y a veces incluso dichos circuitos son sustancialmente lineales.

Debido a que los cables de telégrafo son lineales, es decir, porque los cables de telégrafo son tales que las señales eléctricas en ellos se comportan independientemente sin interactuar entre sí, dos señales de telégrafo pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable al mismo tiempo sin interferir entre sí . Sin embargo, si bien la linealidad es un fenómeno bastante común en los circuitos eléctricos, de ninguna manera es un fenómeno natural universal. Dos trenes no pueden viajar en direcciones opuestas en la misma vía sin interferencia. Sin embargo, presumiblemente podrían, si todos los fenómenos físicos comprendidos en los trenes fueran lineales. El lector podría especular sobre el infeliz lote de una raza de seres verdaderamente lineal.

Pensando en esto desde una perspectiva física, me preguntaba cómo es que los cables de telégrafo son lineales, en el sentido de que dos señales de telégrafo (en otras palabras, dos corrientes eléctricas) pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable, al mismo tiempo , sin interferir el uno con el otro?

Estaba ingenuamente pensando en el cable como un camino de un solo carril, de dos vías. En esta analogía, los autos podrían viajar en cualquier dirección, pero no al mismo tiempo. Según tengo entendido, en los sólidos, el movimiento de los electrones produce una corriente eléctrica, por lo que los electrones serían los automóviles. Dada la explicación de la linealidad del autor, ¿qué está pasando aquí con los electrones que permiten este flujo concurrente de corriente bidireccional?

No encontré nada en la página de Wikipedia para circuitos lineales que aclare esta propiedad física de la linealidad.

Le agradecería mucho si la gente pudiera tomarse el tiempo para aclarar esto.

PD: No tengo experiencia en ingeniería eléctrica, por lo que se agradece una explicación básicamente redactada.

EDITAR: según los comentarios del hilo anterior, entiendo que mi analogía sería más precisa si represento los electrones como autos de choque de doble cara, y luego imagino el carril de dos vías que habitan cuando están llenos de estos autos, de modo que los movimientos en cualquier dirección (corriente eléctrica en cualquier dirección) está representada por un movimiento secuencial de "empujar / empujar", como una ola, que se perpetúa por cada "choque / empuje" de cada automóvil hacia el que está en "frente" (en el dirección de la corriente).

EDIT 2: veo muchas respuestas que me dicen que el núcleo de mi malentendido proviene del hecho de que supongo que la corriente eléctrica y la señal son lo mismo. Y estas respuestas son correctas, estaba asumiendo que la corriente eléctrica y la señal son la misma cosa, porque el autor sigue insinuando que son lo mismo en el texto (¡o no logra diferenciar claramente entre las dos)! Vea los siguientes extractos del mismo capítulo:

Mientras Morse trabajaba con Alfred Vail, se abandonó la antigua codificación, y lo que ahora conocemos como el código Morse había sido ideado en 1838. En este código, las letras del alfabeto están representadas por espacios, puntos y guiones. El espacio es la ausencia de una corriente eléctrica, el punto es una corriente eléctrica de corta duración y el tablero es una corriente eléctrica de mayor duración.

$$\vdots$$

La dificultad que Morse encontró con su cable subterráneo siguió siendo un problema importante. Los diferentes circuitos que conducen una corriente eléctrica estable igualmente bien no son necesariamente igualmente adecuados para la comunicación eléctrica. Si uno envía puntos y rayas demasiado rápido sobre un circuito subterráneo o submarino, se ejecutan juntos en el extremo receptor. Como se indica en la Figura II-1, cuando enviamos una breve ráfaga de corriente que se enciende y apaga abruptamente, recibimos en el extremo más alejado del circuito un aumento y una caída de corriente más largos y suaves. Este flujo de corriente más largo puede superponerse a la corriente de otro símbolo enviado, por ejemplo, como ausencia de corriente. Por lo tanto, como se muestra en la Figura II-2, cuando se transmite una señal clara y distinta, puede recibirse como un aumento y caída vagamente vagos de corriente que es difícil de interpretar.

Por supuesto, si hacemos que nuestros puntos, espacios y guiones sean lo suficientemente largos, la corriente en el extremo lejano seguirá mejor a la corriente en el extremo emisor, pero esto disminuye la velocidad de transmisión. Está claro que de alguna manera está asociado con un circuito de transmisión dado una velocidad límite de transmisión para puntos y espacios. Para los cables submarinos, esta velocidad es tan lenta que molesta a los telegrafistas; para cables en postes es tan rápido como para no molestar a los telegrafistas. Los primeros telegrafistas eran conscientes de esta limitación, y también se encuentra en el corazón de la teoría de la comunicación.

Incluso ante esta limitación de velocidad, se pueden hacer varias cosas para aumentar el número de letras que se pueden enviar a través de un circuito dado en un período de tiempo determinado. Un guión tarda tres veces más en enviarse que un punto. Pronto se apreció que se podía ganar por medio de la telegrafía de doble corriente. Podemos entender esto imaginando que en el extremo receptor un galvanómetro, un dispositivo que detecta e indica la dirección del flujo de pequeñas corrientes, está conectado entre el cable del telégrafo y la tierra. Para indicar un punto, el emisor conecta el terminal positivo de su batería al cable y el terminal negativo a tierra, y la aguja del galvanómetro se mueve hacia la derecha. Para enviar un guión, el remitente conecta el terminal negativo de su batería al cable y el terminal positivo al suelo, y la aguja del galvanómetro se mueve hacia la izquierda. Decimos que una corriente eléctrica en una dirección (en el cable) representa un punto y una corriente eléctrica en la otra dirección (fuera del cable) representa un guión. Ninguna corriente (batería desconectada) representa un espacio. En la telegrafía actual de doble corriente, se utiliza un tipo diferente de instrumento receptor.

En la telegrafía de corriente única tenemos dos elementos a partir de los cuales construir nuestro código: actual y no actual, que podríamos llamar 1 y 0. En la telegrafía de doble corriente realmente tenemos tres elementos, que podríamos caracterizar como corriente directa, o corriente en el cable; no actual; corriente hacia atrás, o corriente fuera del cable; o como +1, 0, -1. Aquí el signo + o - indica la dirección del flujo de corriente y el número 1 da la magnitud o fuerza de la corriente, que en este caso es igual para el flujo de corriente en cualquier dirección.

En 1874, Thomas Edison fue más allá; En su sistema de telégrafo cuádruplex utilizó dos intensidades de corriente, así como dos direcciones de corriente. Utilizó cambios en la intensidad, independientemente de los cambios en la dirección del flujo de corriente para enviar un mensaje, y cambios de dirección del flujo de corriente, independientemente de los cambios en la intensidad, para enviar otro mensaje. Si asumimos que las corrientes difieren igualmente una de la siguiente, podríamos representar las cuatro condiciones diferentes de flujo de corriente por medio de las cuales los dos mensajes se transmiten sobre un circuito simultáneamente como +3, +1, -1, -3. La interpretación de estos en el extremo receptor se muestra en la Tabla I.

La Figura II-3 muestra cómo los puntos, guiones y espacios de dos mensajes simultáneos e independientes pueden representarse mediante una sucesión de los cuatro valores actuales diferentes.

Claramente, la cantidad de información que es posible enviar a través de un circuito depende no solo de qué tan rápido se pueden enviar símbolos sucesivos (valores de corriente sucesivos) sobre el circuito, sino también de cuántos símbolos diferentes (valores de corriente diferentes) hay disponibles para elegir . Si tenemos como símbolos solo las dos corrientes +1 o 0 o, que es igual de efectivo, las dos corrientes +1 y - 1, podemos transmitir al receptor solo una de dos posibilidades a la vez. Sin embargo, hemos visto anteriormente que si podemos elegir entre cualquiera de los cuatro valores actuales (cualquiera de los cuatro símbolos) a la vez, como +3 o + 1 o - 1 o - 3, podemos transmitir por medio de estos valores actuales (símbolos) son dos elementos de información independientes: si queremos decir 0 o 1 en el mensaje 1 y si queremos decir 0 o 1 en el mensaje 2. Por lo tanto, para una tasa dada de envío de símbolos sucesivos, El uso de cuatro valores actuales nos permite enviar dos mensajes independientes, cada uno tan rápido como dos valores actuales nos permiten enviar un mensaje. Podemos enviar el doble de letras por minuto usando cuatro valores actuales que podríamos usar dos valores actuales.

Y este libro de texto no asume ningún requisito previo de física o conocimiento de ingeniería eléctrica, por lo que parece poco probable que los lectores puedan diferenciar entre señal y corriente eléctrica, especialmente dado que el autor parece implicar constantemente que son iguales ( o no logra, de ninguna manera clara, separar los dos para las personas sin tales antecedentes).

La explicación física es que las guías de onda (incluido el espacio libre) tienen modos ortogonales para las dos direcciones de propagación. Esto significa que las dos señales que viajan en direcciones opuestas no interferirán. (Esto no es una aproximación, no habrá ninguna interferencia).

El dispositivo que separa la señal "transmitida" y "recibida" es un circulador . También existe en el dominio óptico y se puede usar para implementar comunicación dúplex sobre una sola fibra óptica. En el dominio de RF, se puede usar para implementar la separación de señales de transmisión y recepción en una sola antena (al mismo tiempo y con la misma frecuencia, por supuesto). Prácticamente uno a menudo usa diferentes frecuencias para transmitir y recibir, principalmente debido a razones técnicas. El circulador no tiene un aislamiento perfecto y la separación no funciona tan bien para señales recibidas muy débiles. Pero si uno tuviera un dispositivo circulador perfecto, la disposición funcionaría.

En el antiguo sistema de teléfono analógico solo había un par de cables, pero era posible hablar y escuchar al mismo tiempo.

TL / DR: Una explicación muy elemental es que uno tiene voltaje y corriente en un cable y que puede usarse para transportar información separada en dos direcciones. Considera lo siguiente:

En un lado del cable hay una fuente de voltaje controlable, y la información a transmitir es el voltaje instantáneo. En el otro lado del cable hay una fuente de corriente controlable (o mejor "sumidero"). La información a transmitir aquí es la corriente instantánea. Claramente, la estación 1 (la que tiene la fuente de voltaje) puede leer la señal de la fuente 2 simplemente midiendo la corriente a través del cable. La estación 2 también puede recibir la señal de la estación 1 midiendo el voltaje en los terminales de su fuente de corriente. Esto demuestra que puede transmitir información en dos direcciones simultáneamente a través de un solo par de cables. Y si duda de que no sea posible conectar una fuente / sumidero de corriente a una fuente de voltaje. Esto es perfectamente posible

EDITAR: También hay una explicación elemental para las ondas: una onda de espacio libre tiene un campo eléctrico y magnético oscilante (E y H). Están orientados con un ángulo de 90 ° en el espacio y tienen un desplazamiento de fase temporal de 90 °. Es + 90 ° para avance y -90 ° para dirección de propagación hacia atrás (puede ser al revés dependiendo de la elección del sistema de coordenadas o signo de fase). Además, la relación entre la amplitud del campo magnético y eléctrico está fijada a la impedancia de onda del medio (que es 377 Ohm para vacío). Si ahora tenemos una onda de propagación hacia adelante y hacia atrás tendremos la superposición de los campos eléctricos y magnéticos en todas partes en el espacio y el tiempo. Sin embargo, es posible una separación ideal de ambas ondas. Simplemente hablando: los campos eléctricos se sumarán mientras que los campos magnéticos se restarán (debido al desplazamiento de fase total de 180 °). Dado que las amplitudes del campo E y H de cada componente tienen una relación fija, podemos sustituir el campo H por el campo E (o viceversa) y resolver las dos amplitudes del campo E de las ondas de propagación hacia adelante y hacia atrás. Eso demuestra que es posible la separación ideal de las dos direcciones de propagación.

Y la explicación física muy abstracta detrás de esto es, como escribí antes, que los modos correspondientes a las dos direcciones de propagación son siempre ortogonales y las señales no interfieren.

en el sentido de que dos señales telegráficas (en otras palabras, dos corrientes eléctricas) pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable, al mismo tiempo, sin interferir entre sí

$0~V$$0~A$

Si dos ondas de corriente viajan en la dirección opuesta, las ondas no tienen problemas para cruzarse entre sí, así como dos ondas de sonido pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo medio.

(Aquí, el azul viaja hacia la izquierda, el verde hacia la derecha, y la onda roja es la superposición resultante de ellos. La onda roja es la distribución de corriente / voltaje que se mide en el cable a lo largo del tiempo).

$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)$

Nota al margen sobre DC:

Tener dos corrientes fluir en direcciones opuestas cancelaría sus contribuciones y no generaría corriente. Alternativamente, puede convencerse de que una corriente continua (CC) no puede fluir en ambas direcciones a la vez, simplemente por la Ley de Ohm :

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

Si igualamos ambos potenciales, no habrá diferencia y la corriente será cero.

La única forma de que salga una corriente en ambos extremos es tener una fuente en el medio, lo que no es realmente interesante.

Ahí está su problema: las señales telegráficas no son corrientes eléctricas. (También podríamos decir que las señales de telégrafo son voltaje). ¿Cuál es correcto? Ninguno.

Para resolver esto, abandona la electrónica y, en cambio, recurre a la física detrás de ella. En realidad, las señales telegráficas (e incluso todas las señales eléctricas en todas partes) son en realidad energía eléctrica; Lo mismo que la luz y las ondas de radio. Las señales son cambios , y una corriente cambiante involucra voltaje, igual que los voltajes cambiantes que involucran corriente. Las señales son los vatios, no solo amperios y no solo voltios.

La energía de señal se comporta de manera diferente a las corrientes en los circuitos. Mientras que la energía atraviesa un circuito, los amperios o el flujo de carga no lo hacen. Las cargas simplemente giran a través del bucle en su conjunto, o tal vez se mueven ligeramente de un lado a otro, pero la corriente no vuela hacia adelante a la velocidad de la luz. Sin embargo, algo vuela a la velocidad de la luz. Lo medimos y discutimos en términos de vatios o "vataje". Los amplificadores no vuelan rápido, los amplificadores son diferentes, los amplificadores son los movimientos lentos del "medio"; ese mar de carga que se encuentra dentro de cada cable. Olas versus medio. Algo así como las ondas sonoras versus el viento. La corriente eléctrica es como el viento, mientras que las señales son como las ondas sonoras. (¡Y, por supuesto, las ondas sonoras son viento de ida y vuelta! El aire se mueve, mientras las olas se propagan hacia adelante).

¿Cómo pueden pasar dos señales independientes a través de un circuito eléctrico? Primero pregúntese cómo dos ondas de sonido independientes pueden atravesar la misma región del aire. Y en un estanque, arroja dos piedras y pregúntate cómo dos patrones de ondas de diana se cruzan sin interactuar. ¿Por qué un rayo láser no bloquea a otro cuando se cruzan? Es algo que todas las ondas pueden hacer, si el medio es lineal. En un sistema lineal, las ondas pueden sumar y luego restar nuevamente, por lo que se cruzan entre sí sin interactuar. Funciona para la luz dentro de una fibra óptica. Funciona para el sonido dentro de un tubo de órgano. Funciona para cable coaxial con pulsos que van en direcciones opuestas, y funciona para señales de telégrafo que se propagan a la velocidad de la luz a través de un solo par, un solo circuito.

La respuesta a su pregunta involucra el capítulo de ondas de su libro de física. La respuesta a su pregunta de circuitos en particular abre un campo fascinante de electrónica: reflexiones de cables y ondas estacionarias en cables.

Por otro lado, dos corrientes directas no pueden ocupar el mismo circuito, ya que pierden su identidad, combinándose para formar una corriente de suma. (No olvide que cada circuito es un inductor de una vuelta. De manera similar, ¡dos voltajes diferentes no pueden ocupar el mismo condensador! En ambos casos se combinan y no se pueden restar de nuevo). Dos corrientes directas pueden ocupar un solo cable, siempre que ese cable sea una sección común de dos circuitos separados. Pero lo hacen sumando para formar una tercera corriente dentro de esa sección común. (Por ejemplo, podrían restar a cero corriente en esa sección, si resultaran ser iguales y opuestos. Un electrón en realidad no puede fluir en dos direcciones simultáneamente).

Sin embargo, al mismo tiempo, dos ondas de energía (señales) completamente independientes pueden propagarse a través de un solo circuito. ¿CÓMO? Involucra a E y M, y eso contiene el secreto: para entenderlo debemos mirar ambos cables del par largo, y debemos incluir tanto el voltaje como la corriente. Su pregunta no puede responderse mientras nos concentremos solo en cables y corrientes, mientras ignoramos los dos cables y el voltaje a través de ellos.

En un solo circuito, la corriente es un círculo cerrado, como un volante. No comienza en un lugar y fluye a otro (en cambio, solo va en el sentido de las agujas del reloj, CW, o quizás CCW, como una correa de transmisión). Una corriente en un circuito es como un volante giratorio, un circuito cerrado. Pero algo seguro va en un sentido, ¿verdad? Cada vez que una batería enciende una bombilla, algo debe pasar de la batería a la bombilla y no volver a la batería. Ese algo no es actual. En cambio, es energía EM, donde el flujo de energía se mide en términos de vatios; de voltios por amperios. En un circuito de linterna, la potencia es un flujo unidireccional rápido de la batería a la bombilla. Pero la corriente es muy lentaflujo circular. Una vez más, la "señal" que va de la batería a la bombilla está hecha de energía EM, no de amperios y no de electrones.

Así que aquí está el comienzo de su respuesta: en un solo circuito, ¿cómo podemos saber en qué dirección fluye la energía eléctrica ? Simple: mira el valor de la potencia. Específicamente: multiplique los voltios entre los cables por los amplificadores a través de ellos. Si el resultado es positivo, entonces la energía fluye en una dirección, y si es negativa, fluye en la otra. Con una linterna, conecte su voltímetro y amperímetro para que den una potencia positiva cuando los multipliquemos. Luego, cuando retira la bombilla e instala un cargador de batería, la corriente se invierte, por lo que tenemos energía que fluye hacia atrás, hacia la batería. (Esta idea es crítica con AC, donde si las ondas V e I están sincronizadas, la energía fluye continuamente hacia adelante, pero si V e I están a 180 grados, la energía fluye hacia atrás).

Entonces, en un cable largo, con un pulso eléctrico que tiene una potencia positiva, el pulso se acerca a la izquierda, mientras que si la potencia es negativa, el pulso va hacia la derecha. Si de repente conectamos y desconectamos la batería de la linterna, estamos lanzando una onda de energía a lo largo de los dos cables. Viaja a la velocidad de la luz y es absorbido por la bombilla de la linterna, que se enciende. Si dejamos la batería conectada continuamente, entonces todavía fluye una onda de energía hacia la bombilla, incluso si no hay ondas en absoluto. Ese es el primer concepto en ingeniería básica de ondas: la propagación de energía eléctrica a través de circuitos ... y la idea de que "CC" es realmente solo "CA" a muy baja frecuencia.

Volviendo al inicio de nuevo: ¿cómo pueden volar dos pulsos de señal en direcciones opuestas a lo largo del mismo par de cables? (Tenga en cuenta que debe ser un par de cables con voltios incluidos. No un solo cable). Puede ocurrir si uno de los pulsos tiene potencia positiva y se va hacia la izquierda, mientras que el otro pulso tiene potencia negativa y va hacia la derecha. Un pulso puede estar compuesto de voltios positivos y amperios positivos, mientras que el otro pulso está hecho de voltios negativos y amperios positivos. Ambos pulsos son ondas EM.

PD

¡Ajá, veo otro enfoque! (Ignórelo si lo desea, ya que esto es largo.) ¿Supongamos que tenemos dos circuitos separados, dos linternas, pero luego fusionamos una corta sección de cable de cada una? Los dos circuitos tienen una sola pieza de cable en común. ¿Interactúan ellos? No, porque dentro del cable común, las corrientes simplemente suman y restan nuevamente. Cada batería enciende su propia bombilla de forma independiente, porque cada circuito tiene su propio voltaje de batería y su propia corriente de circuito. Sin embargo, en ese cable común, ¡parece que fluyen dos corrientes eléctricas diferentes! No lo son, en realidad no, porque una "corriente de circuito" es la corriente en un circuito completo, incluida una batería, una bombilla y un anillo cerrado completo de conductores. En ese cable combinado, las dos corrientes se agregan en un extremo del cable, luego se resta nuevamente al otro. Las dos ondas de energía en cada circuito permanecen independientes, aunque las corrientes en su cable común pueden sumar y restar.

Esto nos muestra que la respuesta a su pregunta original no puede involucrar un solo cable. Solo se puede responder retrocediendo y teniendo una visión más amplia; al incluir también el voltaje a través de dos cables.

Esto también muestra cómo funciona "lineal" versus "no lineal". En el cable común, en un extremo las dos corrientes se han combinado sumando. Pero luego se restan perfectamente de nuevo en el otro extremo. Esto permite que los dos bucles permanezcan independientes. Pero, ¿qué pasaría si esto no sucediera y, en cambio, las corrientes en el cable único no fueran una simple combinación de suma? Ajá, eso sería "NO LINEAL". En ese caso, no podríamos separarlos limpiamente una vez combinados. La "suma" en un extremo del cable no sería perfectamente igual a la "resta" en el otro extremo, y en ese caso los dos circuitos separados comenzarían a interactuar. Una batería comenzaría a encender la otra bombilla ligeramente. Las señales de los dos circuitos realmente se mezclarían entre sí.

PPPPS

Este tipo de pregunta tiene una larga historia, y un libro popular al respecto es THE MAXWELLIANS, de BJ Hunt. El infame Oliver Heaviside descubrió que las señales del telégrafo eran en realidad ondas EM, pero William Preece, jefe de la oficina de telegrafía del Reino Unido, casi lo suprimió, quien "sabía" que los puntos y las rayas eran simplemente corrientes, punto, final de la historia y ¡no hagas preguntas o WH Preece te hará sentir mal! :) Heaviside usó su nueva teoría EM de ondas de cable para resolver un gran problema de telegrafía: para cualquier señal que viaje a lo largo de líneas de telégrafo de 100 km, los puntos desaparecerían o "ondularían", y para las líneas telefónicas, la transmisión a larga distancia estaba completamente distorsionada y imposible. (Se descubrió que el problema era la dispersión de ondas o "chirrido", donde las frecuencias bajas viajan más rápido que las altas). La "ecuación del telegrafista" y sus "bobinas de carga" arreglaron esto, permitiendo que la telegrafía se convirtiera en banda ancha, incluso cuando se encontraba a grandes distancias. Él solo creó un teléfono de larga distancia. Pero Preece detuvo rápidamente esta herejía al usar su poder político para comenzar una campaña anti-Heaviside en la prensa y una campaña susurrante entre los ingenieros. Luego, en los EE. UU., Pupin de Columbia fingió inventar las bobinas de carga de Heaviside, las patentó e hizo millones a través de Bell Telephone, mientras que Heaviside permaneció casi sin dinero, sin ganar fama hasta después de su muerte. (Je, una historia de Tesla / Marconi mucho antes de Tesla y Marconi. ¡Pupin incluso jugó un papel importante en la caída de Tesla!) Así que ahora ves por qué estoy enamorado de la historia de las ondas de telégrafo. Obsesionado. ¡Ni siquiera me hagas empezar! Ups demasiado tarde. :)

Andreas H mencionó el circulador para guías de onda. En los teléfonos analógicos, este trabajo se realiza mediante un circuito híbrido imperfecto llamado bobina de inducción anti sidetone (ASTIC). Una bobina híbrida perfecta transmitiría y recibiría voz al mismo tiempo y por separado, es decir, la señal de su transmisor viajaría a través de los cables al receptor en el otro extremo y la señal del transmisor distante viajaría a su receptor en el mismo par de cables. Desde el principio se dio cuenta de que las personas necesitaban escucharse a sí mismas para hablar, por lo que el ASTIC permite que parte de la señal del transmisor local pase al receptor local.

Dentro de un área de intercambio analógico local, el circuito sería dos cables desde un teléfono, a través de los relés en el intercambio al otro teléfono. Una vez que comience a viajar entre intercambios, la señal se dividirá por una bobina híbrida en el intercambio y el habla en una dirección viajará en un circuito diferente al habla en la otra dirección (circuito de unión de 4 hilos). Esto permitió que el discurso se amplificara ya que los amplificadores son unidireccionales (solo de una manera). En el intercambio remoto, las dos rutas separadas serían recombinadas por una bobina híbrida y el último tramo de la llamada estaría en un par de cables.

El discurso en teléfonos e intercambios analógicos fue de 300Hz a 3400Hz, por lo que se trata de ondas EM de baja frecuencia.

Sin embargo, si está transfiriendo energía, ya sea CA o CC, entonces no tenemos diferentes corrientes que vayan de diferentes maneras en el mismo cable. Por ejemplo, en un estado en particular, las compañías de suministro de energía están obligadas a suministrar un porcentaje de energía "verde", pero no tienen suficientes recursos de generación "verde", por lo que compran la energía fuera del estado. Al mismo tiempo, venden energía excedente no verde fuera del estado. Si están comprando y vendiendo energía a través de la misma interconexión (cables), entonces no hay dos flujos de energía competidores que viajen en direcciones opuestas en el mismo cable. Si el Estado A está comprando 500 MW de capacidad del Estado B y el Estado B está comprando 400 MW de capacidad del Estado A, entonces habrá un flujo de 100 MW del Estado B al Estado A. La contabilidad podría decir 500 MW y 400 MW pero la realidad eléctrica es de 100 MW.

Ellos interfieren.

Las señales eléctricas viajan por los cables como ondas en el agua. y cuando dos olas se encuentran, obtienes interterancia .

Pero debido a que los cables son lineales, la interferencia toma la forma de una suma y, por lo tanto, no es destructiva para la información, y por lo tanto, si sabe cuál es una de las señales, puede encontrar la otra señal por sustracción.

Las líneas telefónicas usan (¿usado?) Un circuito llamado híbrido que aísla las señales entrantes y salientes permitiendo que un solo circuito de cobre transmita señales de voz en ambas direcciones.

El telégrafo probablemente usó algo similar al hacer que el emisor reste su propia señal de lo que ve en la línea, lo que le permite determinar qué estaba llegando desde el otro extremo simultáneamente con la transmisión de su propia señal.

Tu escribiste:

¿Cómo es que dos corrientes eléctricas pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable, al mismo tiempo, sin interferir entre sí?

pero el texto original dice:

dos señales telegráficas pueden viajar en direcciones opuestas en el mismo cable al mismo tiempo sin interferir entre sí

Aquí está la contradicción: una señal telegráfica y una corriente eléctrica no son lo mismo. La corriente eléctrica es la superposición lineal de ondas puestas en movimiento en la línea por los transductores en cada extremo. La corriente en un instante en un punto de la línea solo puede tener un valor, pero podemos calcular ese valor calculando la contribución de las ondas a partir de las señales impuestas en cada extremo de la línea y sumándolas juntas.

Como un sistema más simple pero directamente observable, considere un estéreo que reproduce música en una habitación. Un altavoz no cambia cómo se propagan las ondas de presión del otro altavoz. El gradiente de presión neta en cualquier punto del espacio e instantáneo es el resultado de la adición de las ondas de presión de cada altavoz.

Aunque las cantidades físicas como la corriente o la presión solo pueden tener un valor, si sabemos que esas cantidades están influenciadas por una combinación aditiva de causas, el principio de superposición lineal permite que el sistema se divida en partes más pequeñas que se pueden considerar por separado: la estación de telégrafo en cada extremo de la línea y las ondas que genera que se propagan por la línea.

Las señales están formadas por ondas. Las olas se cruzan y después del pase no cambian. Ondas electromagnéticas. Las olas en el mar también se cruzan (aunque a veces tienen efectos en los que no entraré). "Interferir" fue una mala elección de palabra por parte del autor. Nadie puede decirte realmente por qué. Pero ya sabes instintivamente que las olas pueden cruzarse. Solo piense en la luz que brilla por una ventana y por una ventana al mismo tiempo. Esto no parece ser desconcertante, ¿verdad?

En tu pregunta usas la palabra "actual". Las corrientes son otro asunto. La corriente en un cable se define básicamente como el flujo de carga más allá de un punto. Este sería el flujo neto. Por lo tanto, no tiene sentido hablar de las corrientes que se cruzan de alguna manera.

Estoy tratando de evitar hablar de efectos de línea de transmisión más avanzados, como la capacitancia y la inductancia, porque me temo que esto enturbiará aún más las aguas. La conclusión es que las señales pueden pasar entre sí, y durante el paso, en la ubicación del paso, se afectan entre sí. Pero después del fallecimiento, continúan como si el fallecimiento nunca sucediera. Solo piense en la luz que pasa en ambos sentidos por una ventana.

No es actual, sino una SEÑAL que viaja en cualquiera o en todas las direcciones. Es por eso que un teléfono no tiene que interrumpir el sonido recibido cuando habla, y eso nos es más familiar que los protocolos telegráficos.

Este es un truco, llamado 'híbrido', que presenta una señal a su oído que tiene principalmente la señal del teléfono distante, y crea una señal (modulación de corriente) de acuerdo con su voz aplicada al micrófono. Lo que ESCUCHA no es la "corriente en el cable", que está modulada igualmente por dos voces, es el 90% de la voz distante que escuchas, y solo el 10% de la tuya. Un híbrido similar en el otro extremo de la conexión cancela la parte principal de su entrada vocal para que su voz se escuche con fuerza en el receptor del teléfono.

El híbrido es un circuito de adición de señal, que tiene acceso tanto a su voz como a la combinación de dos voces (en la línea), y las combina para reforzar el mensaje desde la distancia. Nada en este esquema no está disponible para una oficina de telégrafos, que también puede funcionar como estación receptora incluso mientras está transmitiendo.

NO está fácilmente disponible para un transmisor inalámbrico (del tipo no digital) que generalmente tendría un interruptor de interrupción de pulsar para hablar. Nuestros teléfonos celulares que envían paquetes digitales están interrumpiendo mucho, lo suficientemente rápido como para que rara vez nos moleste, porque esa función híbrida interactúa mal con un receptor que se sobrecarga mientras una transmisión está en progreso.

Tu analogía está rota. No pienses en un carril de autos, a menos que pienses en los autos como autos chocadores todos juntos.

La velocidad promedio general real de los electrones que se mueven a través de un cable es bastante lenta. La velocidad de deriva de los electrones en un cable suele ser de varios micrómetros / segundo, nada rápida.

Lo que se propaga a través del cable viaja de electrón a electrón, de origen a destino. Ese proceso ocurre muy rápido, casi a la velocidad de la luz. En la analogía de la carretera, sería análogo a golpear el primer automóvil, y cada automóvil choca con el que está frente a él. A pesar de que cada automóvil se mueve lentamente en general, una ola podría propagarse a través de la cadena siempre que pueda golpearlo lo suficientemente fuerte.

Obviamente, varias ondas de sonido pueden viajar a través del aire en múltiples direcciones simultáneamente. Sin embargo, cuando gritas algo, una sola molécula no necesariamente viaja directamente de tu boca al oído del oyente. En cambio, el rebote entre las moléculas a través del aire es lo que transmite el sonido. Lo mismo es básicamente cierto para las señales eléctricas.

Considere la siguiente situación:

Supongamos que tenemos un solo par de cables con una fuente de voltaje controlable en un extremo y un sumidero de corriente controlable en el otro. Dado que ambos extremos pueden medir la señal del otro extremo (en la fuente de voltaje podemos medir la corriente y en la fuente de corriente podemos medir el voltaje) podemos transmitir información en ambas direcciones. No hay multiplexación de frecuencia o tiempo involucrada. Y no hay interferencia y no necesitamos invocar la teoría de ondas.

Más detalles están en mi respuesta en Física SE .

Un cable de antena para una antena parabólica transporta corrientes en dos direcciones: el sintonizador suministra una señal de CC de 18 voltios para alimentar el LNB en el punto focal de la antena, y al mismo tiempo el LNB envía una señal de 4-12 GHz de vuelta al sintonizador, sobre el mismo cable.

Ambas son corrientes eléctricas, pero una es CC y es plana, la otra es radiofrecuencia y varía.

Es porque cualquier ola puede pasar entre sí. Se producirá interferencia, pero esto no detiene las ondas.

Es como preguntar por qué dos olas en un estanque pueden cruzarse. Si las ondas son completamente opuestas, se aniquilarán, de lo contrario se debilitarán mutuamente y continuarán.

Muchos ingenieros y investigadores (incluido yo mismo) hemos observado que los conductores metálicos tienen un comportamiento lineal con respecto a las corrientes y voltajes eléctricos. Sin embargo, como con la mayoría de los materiales, el comportamiento lineal solo existe en un cierto rango. Los altos niveles de corriente darán como resultado un comportamiento no lineal. Con buenos conductores, como cobre, plata y oro, el rango de comportamiento lineal es bastante grande. Estos metales tienen resistencia baja (pero no cero). (Si asumes que los metales tienen resistencia cero, terminarás con predicciones extrañas que no coinciden con la realidad)

A baja densidad de corriente, hay muchos espacios libres en el metal para que los electones se muevan, y no chocan entre sí ni se atascan muy a menudo. así que el metal no absorbe mucha energía y el comportamiento parece lineal (los autos de choque están muy separados)

Cuando la densidad de corriente en el metal se vuelve lo suficientemente alta, entonces la corriente transfiere energía significativa al metal, lo que cambia su resistencia, y el comportamiento se ha vuelto no lineal. Un simple ejemplo es enganchar un cable delgado (como el calibre 28) a través de los terminales de una batería de automóvil grande de 12V. El metal se calienta, finalmente se derrite y rompe el circuito. Este es un comportamiento MUY no lineal. Ese cable probablemente lleva 50 amperios más o menos. (NO intente esto usted mismo; puede hacer que pedazos de metal fundido vuelen, puede causar incendios y daños graves en los ojos) Por otro lado, si pongo dos señales en este mismo cable (antes de derretirlo) con 0.001 amperios cada una , el comportamiento será bastante lineal.

Este tipo está saludando para hacer un punto más existencial. Funciona en principio, pero no como él dice. Y con señal, no actual .

Diablos, incluso en la radio, dos transmisores pueden bloquear el uso concienzudo . Escucha esto a las 1:25.Ese "Booooop" es que ambos aviones reconocen "su" autorización de despegue, pero se pisan unos a otros para que al menos uno no sea escuchado.

Si está utilizando un sistema de telégrafo DC, el mismo problema. Si cualquiera de las teclas del telégrafo se presiona, causará ambas sirenas. Realmente no es posible enviar señales DC en direcciones opuestas en el dominio DC, (excepto a través de un estilo CSMA-CD por cortesía de esperar hasta que la otra persona haya terminado y desconfiar de que dos personas se inicien a la vez).

Sin embargo, imagine si la estación telegráfica 1 transmite CC, y la estación telegráfica 2 tiene su sirena conectada a través de un estrangulador de bloqueo de CA. La estación 2 transmite activando y desactivando 1000Hz AC, que solo la estación 1 puede escuchar porque su sirena tiene un condensador del tamaño correcto, que pasa 1000 Hz AC pero bloquea DC.

Puede expandir esto a múltiples frecuencias de CA mediante el uso de filtros de "paso de banda" que solo permiten a través de una determinada frecuencia. Considere el tono bah-boo-BEEP que saluda a la estación de bomberos de la serie de televisión Chicago Fire . Ese espectáculo es un gran homenaje y agradecimiento a un espectáculo de 1970 llamado Emergency , el origen de los tonos. Emergencia retrata un sistema de despacho de incendios de la era de la década de 1960 donde se usaban múltiples frecuencias de esa manera.

Dos estaciones que transmiten a la vez simplemente crean un acorde en el cable. Las frecuencias deben elegirse de manera inteligente para que los acordes no interfieran entre sí.

Todas las estaciones escuchan todas las señales. Simplemente ignoran "su propio alimento para perros", es decir, la señal que transmiten.

Puede volverse más complejo, modulando las ondas portadoras. En este punto estamos hablando del espectro de radio, pero en un cable .