Wäre Datenübertragung mit Lichtgeschw. möglich

Technik Elektronik & Elektrotechnik
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Hallo,
Spannungen in elektrischen Leitungen breiten sich ja mit für das Medium typischer Lichtgeschwindigkeit aus. Das heißt doch aber auch, dass man Daten theoretisch mit Lichtgeschwindigkeit übertragen könnte.
Warum es aber nicht geht ist, dass ja zum Messen des Signals immer ein gewisser Strom fließen muss, damit man die Spannung aus messen kann.
Zum Beispiel wenn ein Kondensator verbaut ist oder ein Transistor.
Dadurch, dass also Strom fließen muss, hängt die Datenübertragungsgeschwindigkeit vom Widerstand des Leiters ab, der ja mit der Länge der Leitung zunimmt. Deshalb verbaut man auch Lichtwellenleiter, die das Signal bis zum Gerät transportieren und dadurch die elektrische Leitung für das Signal kürzer wird, da sie ja nur noch im Gerät ist zur Signalweiterleitung gebraucht wird.

Stimmt das so?

Danke für die Antwort
Tim

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Hallo Tim,

natürlich ist Datenübertragung mit Lichtgeschwindigkeit möglich, man nehme Licht im Vakuum. Fernmeldesatelliten werden durchaus mit Lichtgeschwindigkeit erreicht, wenn man von der kurzen Strecke in der Atmosphäre absieht. Extraterrestrische Intelligenzen auch.

Das ist eben der Punkt: jedes andere Medium ist dichter als das Vakuum, auch optisch dichter, und die Lichtgeschwindigkeit ist geringer. Das macht aber nicht soviel aus, wie man denkt: in einem Koax-Kabel kannst du mit etwa einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit rechnen.

Was Verstärker usw. an Verzögerung zufügen, steht auf einem anderen Blatt, hält sich aber wenn nötig auch in Grenzen: 1 ns entspricht einem Lichtweg von 30 cm, Schaltgatter oder HF-Verstärker mit einer Verzögerung von 10 ns gibt es durchaus, das entspricht also einem Lichtweg von 3 m. Deswegen stösst man heute ja auf einer Leiterplatte schon an die Grenzen der Lichtgeschwindigkeit.

Gruss Reinhard

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

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Das ist eben der Punkt: jedes andere Medium ist dichter als
das Vakuum, auch optisch dichter, und die Lichtgeschwindigkeit
ist geringer. Das macht aber nicht soviel aus, wie man denkt:
in einem Koax-Kabel kannst du mit etwa einem Drittel der
Lichtgeschwindigkeit rechnen.

Das ist schon eine ganze Menge, wie ich finde, nur noch ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit im Kabel.
Weiß jemand, wie man das eigentlich gemessen hat? Bei Licht gibt es ja diese Experimente auf weit entfernten Bergen. Wie ist es beim Messen der Lichtgeschwindigkeit in einem Kabel? Wie geht das in der Praxis. Ich meine da gibt es ja auch Verzögerungen in den Messgeräten, die man ja irgendwie auch berücksichtigen muss bei der Messung.

Was Verstärker usw. an Verzögerung zufügen, steht auf einem
anderen Blatt, hält sich aber wenn nötig auch in Grenzen: 1 ns
entspricht einem Lichtweg von 30 cm, Schaltgatter oder
HF-Verstärker mit einer Verzögerung von 10 ns gibt es
durchaus, das entspricht also einem Lichtweg von 3 m. Deswegen
stösst man heute ja auf einer Leiterplatte schon an die
Grenzen der Lichtgeschwindigkeit.

Die Verzögerungen, die die elektronischen Geräte zufügen, hängt doch auch u.a. mit der Länge der Leitung zusammen, mit der sie verbunden sind um das Signal zu übermitteln, weil doch nicht nur die Spannung reicht um ein Signal zu übermitteln, sondern es muss auch noch ein Strom dazu fließen. Deshalb spielt doch auch der Widerstand der Leitung(dazu gehört doch auch die Länge) mit in die Transferzeit.
Ist an dieser Annahme irgendwas falsch?
Berichtigt mich bitte.
Danke

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Hallo Tim

Vorab: Ich hoffe ich erschlage Dich jetzt nicht mit meiner langen Antwort und alles ist soweit verständlich. Wenn nicht -> bitte nachfragen, kein Problem :smile:

Das ist schon eine ganze Menge, wie ich finde, nur noch ein
Drittel der Lichtgeschwindigkeit im Kabel.
Weiß jemand, wie man das eigentlich gemessen hat?

Stell Dir folgender Aufbau vor: Du hast einen Funktionsgenerator, der schnelle Impulse erzeugen kann. Diesen schließt Du mit einem Kabel an ein Oszilloskop an, so dass Du Dir den zeitlichen Verlauf der Spannung (=des Impulses) anschauen kannst. Das machst Du auf Kanal 1 des Oszilloskops, das Du mit einem T-Stück angeschlosen hast. Das Kabel geht weiter, sagen wir 25m, und geht dann in den Kanal 2 des Oszilloskops.

Erzeugt der Impulsgenerator nun einen Puls, wirst Du zwischen Kanal 1 (direkt vom Impulsgenerator gemessen) und Kanal 2 (über 25m Kabel verzögert) eine zeitliche Differenz feststellen. Und die ist direkt abhängig von der Länge des Kabels, d.h. doppelte Länge = doppelte Verzögerung. (Die Verzögerung ist auch vom Kabel an sich abhängig, wie Reinhard schon schrieb).

Vorraussetzung ist natürlich dass Du ein wirklich schnelles Oszilloskop hast, aber so etwas gibt es durchaus. Es gibt sogar Messgeräte, die Dir mit Hilfe dieser Laufzeiten sagen können, wo Dein Kabel gebrochen ist! Stell Dir vor Du hast 3km Kabel unterirdisch verlegt und irgendwo ist es kaputt - man kann ja nicht 3km die Straße aufreißen und nachschauen :wink:

Wie geht das in der Praxis. Ich meine da gibt es ja auch
Verzögerungen in den Messgeräten, die man ja irgendwie auch
berücksichtigen muss bei der Messung.

Im Beispiel meines Oszilloskops: Beide Kanäle haben ja die gleiche Verzögerung. Das Signal wird zwar (durch Laufzeiten usw.) verzögert dargestellt, aber wenn beide Kanäle gleich viel später dargestellt werden, ist es kein Problem.

Die Verzögerungen, die die elektronischen Geräte zufügen,
hängt doch auch u.a. mit der Länge der Leitung zusammen, mit
der sie verbunden sind um das Signal zu übermitteln, …

korrekt

…, weil doch
nicht nur die Spannung reicht um ein Signal zu übermitteln,
sondern es muss auch noch ein Strom dazu fließen. Deshalb
spielt doch auch der Widerstand der Leitung(dazu gehört doch
auch die Länge) mit in die Transferzeit.
Ist an dieser Annahme irgendwas falsch?

Jein :wink: Zuerst einmal zu Strom und Spannung: Wenn Du ein Kabel verwendest, hast Du immer Strom *und* Spannung. Dein Funktionsgenerator erzeugt eine Spannung, die durch den Eingangswiderstand des Oszilloskops einen Strom fließen lässt. Der fließt natürlich auch durch das Kabel. Andere Denkweise: Du hast einen Generator, der Stromimpulse generiert anstatt Spannungsimpulse. Dieser Strom fließt dann auch durch das Kabel und erzeugt am Eingangswiederstand des Oszilloskops eine Spannung.

Insofern korrekt: Der Widerstand des Kabels spielt eine Rolle. In diesem Fall aber eine kleine, da das Kabel einen kleinen Widerstand im Vergleich zum Oszilloskop hat. Für die Transferzeit spielt das Kabel an sich die größte Rolle, und zwar das Material um genau zu sein. Die Lichtgeschwindigkeit gilt im Vakuum. Hast Du kein Vakuum, kommt es auf das Material an.

ciao, Knobi

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Das ist schon eine ganze Menge, wie ich finde, nur noch ein
Drittel der Lichtgeschwindigkeit im Kabel.

sorry, hab mich vertan es sind 2/3.

… Deshalb
spielt doch auch der Widerstand der Leitung(dazu gehört doch
auch die Länge) mit in die Transferzeit.
Ist an dieser Annahme irgendwas falsch?
Berichtigt mich bitte.

Naja, ob es falsch ist, hängt davon ab, was du unter Widerstand verstehst. Der ohmsche Widerstand ist bei realen Leitungen meistens vernachlässigbar, die Verzögerung hängt von der Induktivität/Längeneinheit und der Kapazität/Längeneinheit ab nach der Formel Delay (ps/inch) = 10^12 * (L/inch * C/inch)^0.5.

Für ein RG58-Kabel gilt etwa L/inch = 6400 pH/inch, C/inch = 2.6 pF/inch, also Delay = 129 ps/inch. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 0.0118 inch/ps, entsprechend Delay im Vakuum = 85 ps/inch. Wie oben bereits erwähnt, ist das etwa 2/3 der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit in einem 50-Ohm-Kabel.

Wenn du eine 100m-Kabeltrommel nimmst, lässt sich das einfach messen: Vakuum Delay = 3 ns/m, also für die Trommel 300 ns - das kann man mit einem Oszilloskop mit 200 - 500 MHz gut messen.

Willst du das auf einer Leiterplatte messen, brauchst du allerdings ein 50 GHz-Oszi, damit kommst du leicht in den 100 kEuro-Bereich.

Weiterführende Literatur : Theory of infinite uniform transmission lines.

Gruss Reinhard