Zemin nedir ve ne işe yarar?

Özellikle bir devreyi analiz etmeye çalışırken, toprak kavramı ve belki de gerilim konusunda biraz kafam karıştı. İlköğretim okulunda Ohm yasasını öğrendiğimde, basit devrelerin akımını, gerilimini ve direncini hesaplamak için yasanın nasıl uygulanacağını öğrendim.

Örneğin, aşağıdaki devreyi bize vermiş olsaydık:

Devreden geçen akımı hesaplamamız istenebilir. O zaman basitçe hesapladım (verilen kurallara dayanarak) 1.5V / 1Ohms = 1.5A.

Ancak daha sonra, rezistörün voltajının 1.5V olması nedeninin, voltajın gerçekten iki nokta arasındaki potansiyel fark olduğunu ve pildeki voltaj farkının pil voltajı ile aynı olacağını öğrendim. direnç (yanılıyorsam düzelt) veya 1.5V. Bununla birlikte, zemin kavramının tanıtılmasından sonra kafam karıştı.

İlk kez bir simülatördeki önceki devreye benzer bir devre için akım hesaplaması yapmaya çalıştım, program topraklama ve "kayan gerilim kaynakları" olmadığından şikayet etti. Biraz aradıktan sonra, devrelerin referans noktası olarak ya da güvenlik nedenleriyle toprağa ihtiyacı olduğunu öğrendim. Bir açıklamada, herhangi bir toprak için herhangi bir düğümü seçebileceğinden bahsedilmiştir, ancak devreleri tasarlamak gelenekseldir, bu nedenle topraklamak için "kolay bir yer" vardır.

Böylece bu devre için

Dipten toprak topladım, ancak 7 ohm ile 2 ohm rezistörü arasında zemin seçmek uygun olur mu? Ve devreyi analiz ederken fark ne olurdu?

Şasi toprağı, toprak toprağı ve sinyal toprağı gibi farklı anlamlara sahip 3 tipik toprak sembolü olduğunu okudum. Egzersizlerde gördüğüm birçok devre ya toprak toprağı ya da sinyal toprağı kullanıyor. Topraklama kullanımının amacı nedir? Bağlanan sinyal toprağı nedir?

Başka bir soru: toprak bilinmeyen bir potansiyelde olduğundan, topraktan devreye veya devreden akan akım olmaz mıydı? Okuduklarımdan itibaren toprağa 0V olarak davranıyoruz, ancak devre ve toprak potansiyelindeki bir fark nedeniyle bir tür etki olmaz mıydı? Hangi zemin kullanıldığına bağlı olarak etki farklı mı olurdu?

Son olarak: Nodal analizde, biri alışılmış olarak akünün negatif terminalinde toprak toplar. Bununla birlikte, çoklu voltaj kaynakları olduğunda, bazıları "yüzer". Kayan voltaj kaynağının voltajının anlamı nedir?

İlk kez bir simülatördeki önceki devreye benzer bir devre için akım hesaplaması yapmaya çalıştım, program topraklama ve "kayan gerilim kaynakları" olmadığından şikayet etti.

Simülatörünüz, hesaplamalarını yapabilmek ve her düğümün arasındaki farkı rapor etmek yerine, her düğümün gerilimlerini bir referansa göre rapor edebilmek istiyor. Hangi düğümün referans düğüm olduğunu söylemenizi ister.

Bunun dışında, iyi tasarlanmış bir devre için, "toprak" simülasyonda önemli değildir. Ancak iki düğüm arasında dc yolu olmayan bir devre tasarlarsanız, devre çözülemez olacaktır. Tipik SPICE benzeri simülatörler, her düğüm ve toprak arasına tipik olarak 1 GOhm ilave dirençler bağlayarak bunu çözerler, bu nedenle, toprak düğümü seçiminin yapay olarak çok yüksek empedanslı bir devrenin simülasyonunun sonuçlarını etkileyebileceği düşünülebilir.

Dipten toprak topladım, ancak 7 ohm ile 2 ohm rezistörü arasında zemin seçmek uygun olur mu? Ve devreyi analiz ederken fark ne olurdu?

Herhangi bir düğümü referans toprağı olarak seçebilirsiniz. Genellikle ileriyi düşünür ve denklemlerin koşullarını ortadan kaldıracak bir düğüm seçeriz (bunları 0'a eşit olarak ayarlayarak) veya şematiği basitleştirir (bir araya getirilen bir demet çizgiden ziyade bir toprak sembolüyle bağlantıları göstermemize izin vererek).

Şasi toprağı, toprak toprağı ve sinyal toprağı gibi farklı anlamlara sahip 3 tipik toprak sembolü olduğunu okudum. Egzersizlerde gördüğüm birçok devre, topraklama veya sinyal alanı kullanır. Topraklama kullanımının amacı nedir? Bağlanan sinyal toprağı nedir?

Toprak toprağı, fiziksel olarak ayaklarımızın altındaki toprağa bağlı bir şey ile bağlantıyı belirtmek için kullanılır. Tipik bir durumda, binadan aşağıya, zemine sürülen bir bakır çubuğa giden tel. Bu toprak güvenlik amaçlı kullanılır. Ekipmanımızı kullanan birinin ayakları ile toprak gibi bir şeye bağlanacağını varsayıyoruz. Bu yüzden topraklama, dokunmaları için en güvenli devre düğümüdür, çünkü akımları vücutlarında sürmez.

Şasi topraklaması, sadece devrenizin kasası veya muhafazası potansiyelidir. Güvenlik nedeniyle, bunun toprak toprağa bağlanması en iyisidir. Ama bunun yerine "toprak" nin "şasi" olarak nitelendirdi bunu farz değil demektir edilir bağladı.

Topraklama kablolarından akan akımların önemli sinyallerin ölçümlerini bozma ihtimalini en aza indirmek için, sinyal topraklaması genellikle toprak topraklarından ayrılır (ve ondan kısmen izole edilmiştir).

Başka bir soru: toprak bilinmeyen bir potansiyelde olduğundan, topraktan devreye veya devreden akan akım olmaz mıydı?

Akımın akması için tam bir devre gerektiğini unutmayın. Devrenin topraklamadan akması için akımın iki yerden toprağa bağlanmasına ihtiyacınız olacaktır. Gerçekçi olarak, devre ve dünya arasında sürekli ileri geri akış sağlamak için bu bağlantı yollarından birinde bir tür voltaj kaynağına (pil veya anten veya benzeri bir şeye) ihtiyacınız olacaktır.

Bununla birlikte, çoklu voltaj kaynakları olduğunda, bazıları "yüzer". Kayan voltaj kaynağının voltajının anlamı nedir?

A ve b düğümleri arasında V değeri olan bir voltaj kaynağım varsa , bu a ve b arasındaki voltaj farkının V volt olacağı anlamına gelir . Mükemmel bir voltaj kaynağı, bunun gerçekleşmesi için gereken akımı üretecektir. Düğümlerden biri topraklanmışsa, bu size derhal referans sisteminizdeki diğer düğümdeki değeri verir. Bu düğümlerin hiçbiri "toprak" olamazsa, o zaman a ve b'deki gerilimlerin değerini toprağa göre belirlemek için başka bağlantılara ihtiyacınız olacaktır .

Bazen insanlar kelimenin sadece tanımlarıyla karıştırılıyorlar.

zemin
isim

1. dünyanın katı yüzeyi; sağlam veya kuru arazi: yere düşmek
2. Genellikle, zeminler. bir inancın veya eylemin dayandığı temel veya temel; Sebep veya sebep: işten çıkarılma gerekçesi .

Elektronik bağlamında, bazen toprak , yukarıdaki anlam 1 anlamına gelir. Sonuçta, dünya, yaklaşık olarak demir topudur. Her şey gibi, elektrik potansiyelinde de var ve Dünya'da uzun bir iletken çubuk takıyorsanız, bu çubuğa bağlı diğer şeyleri yaklaşık olarak aynı potansiyelde yapabilirsiniz:$6\cdot10^{24} kg$

Tabii ki, Dünya gerçekten büyük. Hepsi aynı potansiyelde değil. Aslında, yakın bile değil. Dünyanın büyük manyetik alanı sürekli değişiyor ve tüm dünyadaki akımları tetikliyor. Diğer insanların Dünya'da kendi çubukları sıkışmış ve akıntıları Dünya'ya koymuşlardır. Yıldırım, dünyadaki muazzam akımı taşır. Dünya mükemmel bir iletken olmadığından ve Ohm yasasına göre herhangi bir dirençten herhangi bir akımın bir gerilim ile birlikte olması nedeniyle, Dünya üzerindeki iki nokta arasındaki potansiyel, şanslı olmadığınız veya puanların birbirine çok yakın olmadığı sürece aynı değildir.

Ve eğer bataryayla çalışan bir cihazı çalıştırdıysanız, elektronik cihazların Dünya'ya bağlanmadan mükemmel şekilde çalışabileceğini biliyorsunuz. Ancak, bu cihazların bir toprağı var. Dolayısıyla, bu muhtemelen elektriksel anlayışınız için kullanmanız gereken toprak duygusu değildir . Bir diğer inanç , bir inancın dayandığı temel , muhtemelen daha iyi bir başlangıçtır.

Kafanızdaki karışıklığın da gerilimle ilgili olduğu çok zekice bir gözlem. Zemin , basitçe . Ancak bunun gerçekte ne anlama geldiğini anlamak için insanın gerginliği gerçekten anlaması gerekir. Birçok kişi bu yana bu düşüncenin tuzağına düşmek zemin olan ardından öğütülmüş voltaj yoktur yerdir. Bu nedenle, her yerde voltaj olması gerekir. Ancak, gerilimi anladıktan sonra, bunun doğru olamayacağını görüyorsunuz.0 $0V$$0V$

Peki voltaj nedir? Bunun için daha sert bir terim elektrik potansiyeli farkıdır . Her üç kelime de voltaj anlayışının bir parçasıdır. Elektrik açıktır.

Peki ya potansiyel ? Potansiyelin fizikte özel bir anlamı vardır. Potansiyel enerji yapılacaklar bazı düzenleme için kapasitesidir işi . Örneğin, sıkıştırılmış bir yay, gerilmiş bir yay veya yüksek basınçlı bir gaz tankı serbest bırakıldığında çalışma yapma potansiyeline sahiptir.

Bir rampanın tepesinde bir top hayal edin. Topun rampadan aşağı inmesine izin verilirse, alttan oldukça hızlı hareket eder. Bu kinetik enerjiyi , rampanın tepesindeki potansiyel enerjiden aldı. Başka kayıp yoksa (örneğin sürtünme), top tarafından kazanılan kinetik enerji , enerjinin korunumu yasasıyla kaybettiği potansiyel enerjiye eşittir .

Bu potansiyel enerji . Sadece potansiyelin kendi başına farklı bir tanımı vardır: Bir sistemdeki bir noktada birim birim başına potansiyel enerjidir. Açıkçası, rampanın üstündeki büyük bir top aynı rampanın üstündeki küçük bir toptan daha fazla potansiyel enerjiye sahiptir. Böylece, iki top rampanın tepesinde farklı potansiyel enerjilere sahiptir, ancak aynı potansiyeldedirler.

İlgili tür şeyler potansiyelin türüne bağlıdır. Yerçekimi alanları için malzeme kütledir. Elektrik alanları için malzeme şarj edilir . Potansiyel enerji joule cinsinden ölçülür . Yerçekimi potansiyeli cinsinden ölçülür . Elektrik potansiyeli sonra başı jul olarak ölçülecek coulomb ( , aslında tam tanımı), volt .J /$J/kg$$J/C$

Daha önce voltajın elektrik potansiyel farkı olduğunu söyledik . Ne var fark ? Yine rampamızı hayal et. Yerçekiminin Dünya üzerinde herhangi bir yerde eşit derecede güçlü olduğunu varsayıyorsanız (bu yalnızca yaklaşık olarak doğrudur , ancak birçok pratik mühendislik için geçerli basitleştirici bir varsayımdır), o zaman rampanın konumu önemli midir? Bu olabilir Ölüm Vadisi veya Everest Dağı : top, rampadan aşağı yuvarlanan sonra, sonunda aynı kinetik enerji de sahip olacaktır. Rampanın üstündeki ve altındaki potansiyel önemsizdir; önemli olan farkÜst ve alt arasındaki potansiyelde. Eğer Dünya'nın yerçekimi alanının, bu rampayı alabileceğimiz her yerde aynı olduğunu varsayarsak, sadece rampanın yüksekliği ile ilgilidir.

Bu nedenle, voltaj bir fark olduğundan , voltaj için iki noktaya ihtiyacımız vardır. Bir devredeki bazı düğümlerin olduğunu söylersek , o zaman başka bir noktadan daha fazla olduğunu söylüyoruz . Zemin, aksi belirtilmediği sürece, diğer nokta.5 $5V$$5V$

Benzer bir kongre yüksekliği ile var. Mt. Everest , sen yüksekliği olduğu anlamına üstlenecek deniz seviyesinden daha . Açıkça bağlamda bu referansı geçersiz kılabilirim. Örneğin, Mt. Everest daha yüksek K2 . Varsayılan referans da değişebilir. Örneğin, Olympus Mons'ın olduğunu , muhtemelen bunun deniz seviyesinin üstünde olduğunu düşünmüyorsunuz, bunun yerine Mars'taki eşdeğer bir veri. Yükseklik için evrensel bir referans yoktur.8848 m 237 m 21229 $8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

Bu yüzden zemin olduğunu deniz seviyesi olduğu gibi, . Yerin gerilimi olmadığı veya deniz seviyesinin yükselmesi olmadığı: bu şeylerin farklı olduğu ve bir şey ile kendi arasındaki farkın . Böylece, hakkında hiç sihir vardır toprağa . O değil yapmak bir şey. Diğer herhangi bir şey gibi, sadece devrede bir düğüm. Sadece tanım gereği ve bu tanım bir devre tartışmamızı kolaylaştırmak için bir kural olarak var olduğunu gösterir. Evrensel topraklama veya0 m 0 0 V 0 $0V$$0m$$0$$0V$$0V$biz böyle bir şey tanımlayana kadar. Genellikle, sadece zemin sembolünü yapıştırmaya karar verdiğimiz her şeydir. İstediğimiz her yere koyabiliriz, ancak genellikle hesaplamaları en kolay hale getirdiği ve tartışmayı en basit hale getirdiği yere koyarız.

İlgili sorular:

• Voltaj bir delta mı? Her zaman bir referans noktasından potansiyel bir fark olarak değerlendirilebilir mi?
• Negatif terminal ve bakır toprak arasındaki fark?

Zemin nedir ve elektronikte "zemin" teriminin nasıl kullanıldığı ile ilgili cevabımı burada görün . Bu cevabın önemli kısımları buradaki soru ile de ilgilidir.