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“哥尼斯堡” 电路学(1) — 认识载流子(试图严谨的类比)

已有 505 次阅读 2024-5-5 19:04 |个人分类:电路观点|系统分类:科研笔记

我们假想,有一片海,仅有4个岛,建了一个仿“哥尼斯堡”城;又有一块PCB板,留有4块铜皮,搭了一个仿“哥尼斯堡”电路。城市里的居民迁移 和 电路里的电荷运动,两者类比 如下图所示。

基本概仿真城-WYL-V2.jpg

1)载流子:

城市里的载流子是 居民户,记为 f+ (Family)。

电路里的载流子是 元电荷,记为 e+ (Elementary charge,其电量e = 1.602176634×10-19库仑)

(注,此文仍按习惯用正电荷类比,实际导体中的载流子是自由电子,运动方向与正电荷相反)。

2)载流子容器

城区 是居民的容器,居民居住在城区的 房子 中。

导体 是电荷的容器,电荷占据在铜皮的 导带 中。

3)载流子的资产

城市里,居民户的资产 是所入住城区的房子,一户家庭有且只能拥有城区一套房屋。

电路里,元电荷的资产 是所占据导带的位置,一个电荷能且只能占据导带一个位置。

4)载流子的资产价值

城市里,居民资产价值 即所住房子的价格,同一城区内房价相同(等价城假定

电路里。电荷能量价值 即所占位置的势能,同一导体内电势相同(等势体假定

5)载流子的传输

城市里,居民通过 两岛间的桥梁 迁移。

电路里,电荷通过 两端子元件或其串联组合 迁移。

6)载流子迁移过程中的资产置换

城市里,一户家庭 从A 迁移到 B,将在A卖出房子 在B买入房子,收获 价格差

电路里,一个电荷 从A 迁移到 B,将在A释放位置 在B占据位置,收获 势能差

   基于此类比,可以进一步 解释载流子资产如何定价,如何置换 … (未完待续)

   类比是一种本能思维模式,虽不严谨,但符合直觉,可以加快对复杂事物的理解。

    电路的电磁场通量分配模型(Electromagnetic-Flux-Distribution Model)[1] 及其磁通流通图(Magnetic-Flux-Flow diagram,MFF diagram)[2] 、电通流图(Electric-charge-flow diagram,ECF diagram)[3] 是一种新型交互式电路图,能帮助我们更直观地分析载流子的电磁场相互作用,加深对电路机理的理解。其中,MFF图 以磁通为载流子,直观地诠释了 基于宏观量子效应的超导约瑟夫森结电路的工作原理。

[1] Y. L. Wang, "An Electromagnetic-Flux-Distribution Model for Analyses of Superconducting Josephson Junction Circuits and Quantum Phase-Slip Junction Circuits," IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 32, no. 5, pp. 1-6, Aug 2022.

[2] Y. L. Wang, "Magnetic-Flux-Flow Diagrams for Design and Analysis of Josephson Junction Circuits,"  IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 33, no. 7, pp. 1-8, Oct 2023

[3] Y. L. Wang, "A general flux-Based Circuit Theory for Superconducting Josephson Junction Circuits," arXiv:2308.01693, pp. 1-35, 2023.



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