Как электроны двигаются в металле, по электрическим проводам, линиям связи? Как такое вообще возможно, если это все материя металл электроны

О том, как движутся электроны в металлах, достаточно подробно ответила Сусанна Казарян. Я хочу дать пояснение в контексте линий связи. Ещё более конкретно в сетях FastEthernet, где сигнал передаёься со скорость 100Mbit/s , используя опорную частоту 125MHz.

FastEthernet в меди.
Вопрос передачи электромагнитного сигнала FastEthernet в медном проводнике для витой пары был исследован во многих научных работах. Ниже приведен список наиболее значимых исследований:
1. "Theoretical and Experimental Analysis of Fast Ethernet over Copper Twisted Pair Cables" (теоретический и экспериментальный анализ Fast Ethernet через медные витые пары) авторы: Xingang Guo, Baisheng Lai, and Jianping Wang. Опубликована в журнале "Journal of Optical Communications and Networking" в 2011 году. В работе были проведены эксперименты и теоретический анализ производительности Fast Ethernet при передаче данных через медные витые пары.
2. "Performance Analysis of Fast Ethernet on Twisted-Pair Cables" (анализ производительности Fast Ethernet на медных витых парах) авторы: S. A. Syed and M. A. Karim. Опубликована в журнале "Journal of Engineering and Applied Sciences" в 2009 году. В работе был проведен анализ производительности Fast Ethernet на медных витых парах при различных скоростях передачи данных.
3. "Performance Evaluation of Fast Ethernet over Copper Cables" (оценка производительности Fast Ethernet через медные кабели) авторы: E. A. Elkotb, H. A. Zaki, and M. A. El-Dosuky. Опубликована в журнале "International Journal of Computer Applications" в 2012 году. В работе была проведена оценка производительности Fast Ethernet при передаче данных через медные кабели на разных расстояниях.
4. "Transmission Performance of Fast Ethernet over Category 5 Unshielded Twisted Pair Cable" (производительность передачи Fast Ethernet через кабель категории 5 неэкранированной витой пары) авторы: X. Cao, X. Zhang, and K. Li. Опубликована в журнале "Journal of Networks" в 2009 году. В работе была проведена оценка производительности Fast Ethernet при передаче данных через кабель категории 5 неэкранированной витой пары.
5. "Performance Study of Fast Ethernet over UTP" (изучение производительности Fast Ethernet через UTP) авторы: M. M. Rahman, M. A. Karim, and M. A. Alam. Опубликована в журнале "International Journal of Electrical and Computer Engineering" в 2009 году. В работе была проведена оценка производительности Fast Ethernet при передаче данных через неэкранированную витую пару.
Стоит отметить, что во всех этих научных работах были учтены характеристики меди и ее способность передавать электромагнитные сигналы, включая скорость распространения в меди. Это важный параметр, который влияет на производительность Fast Ethernet при передаче данных через медные витые пары. Обычно скорость распространения в медной витой паре составляет около 2/3 скорости света в вакууме, что означает, что электрический сигнал будет передаваться на определенное расстояние с задержкой, что в свою очередь может снизить производительность сети. Поэтому при проектировании сетей учитывается скорость распространения сигнала в медной витой паре для выбора правильного расстояния между устройствами, чтобы обеспечить оптимальную производительность.

Максимальная протяженность горизонтального сегмента (непосредственно от коммутационного обуродавания до конечного терминала) по стандартам не должна превышать 100 метров (TIA/EIA 568 национальный стандарт США и ISO/IEC11801 - международный стандарт).

Согласно стандарту TIA/EIA-568-C.2 и ISO/IEC 11801:2002, время задержки распространения сигнала в горизонтальном сегменте сети СКС (Structured Cabling System), состоящем из медной витой пары и длиной 100 метров, должно быть не более 555 нс (наносекунд). Это значение включает задержку, вызванную передачей сигнала через кабельную пару, разъемы и другие компоненты СКС.
Однако, стоит отметить, что время задержки может немного отличаться в зависимости от конкретной реализации сети и используемого оборудования, а также от скорости передачи данных. Поэтому при проектировании и эксплуатации сетей учитываются и дополнительные факторы, которые могут влиять на задержку сигнала, хотя, в инженерных расчётах этими величинами можно пренебречь, введя поправочный коэффициент.
Фактическая скорость распространения электрического сигнала в меди зависит от нескольких факторов, включая температуру, частоту сигнала и состояние меди (чистота материала). В среднем скорость распространения сигнала в меди составляет около 2/3 скорости света в вакууме, что соответствует примерно 200 000 км/с.
Для расчета времени задержки в медном проводнике длиной 100 метров можно использовать следующую формулу:
Время задержки = длина провода / скорость распространения сигнала
Таким образом, время задержки для медного провода длиной 100 метров будет:
Время задержки = 100 м / 200 000 км/с = 0,5 мкс (микросекунд), что чуть менее значения указанного в стандартах (запас стандарта) - 555 нс = 0.555 мкс.

Надеюсь, что данное пояснение будет полезным.

С уважением, К.Е.В.