Topraklama hattına bağlı tek bir voltaj kaynağı terminali

11

Bu, elektronik eğitimi almaya başladığımda mücadeleye devam ettiğim kavramsal bir sorudur.

Diyelim ki bir pilimiz var ve terminallerinden biri doğrudan yüksek iletkenliğe sahip topraktan oluşan güzel bir yamaya bağlı. Ayrıca, pilin potansiyelinin Dünya'nınkinden daha büyük olduğunu varsayalım. Şimdi bunun kapalı bir devre olmadığını anlıyorum, ama neden bataryadan Dünya'ya akışı şarj etmiyorsunuz? Aküdeki elektron miktarının boşalmasına veya en azından Dünya ile akü arasındaki elektrik potansiyelinin aynı olduğu noktaya düşmesine neden olacak bir elektrik potansiyeli yok mu? Bu, elektrostatik deşarjın arkasındaki prensiple aynı değil mi (bu senaryo potansiyelde bu kadar büyük bir fark yaratmıyor olsa da)?

Burada elektronikle ilgili her yanıtı okudum. Stata referans veren elektronik.stackexchange ve hala memnun değilim.

voltage batteries ground

— MER
kaynak

5

Sorunuzu doğru anlarsam, bu sorunu göstermek için pil gerektirmez. Diyelim ki herhangi bir potansiyeliniz var . Ardından, başka bir potansiyele bağlarsınız. Bazı akımlar akıyor mu? Diyelim ki bu bir metal küp ve Dünya'nın potansiyeli artı bir volt. Sonra aniden Dünya'ya bağlandı:

şematik

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Kısa cevap: akım akışı yok. Akımın akması için devre yoktur.

Ancak bu, analizi basitleştirmek için yapılan bir yaklaşımdır. Önemli bir gerçeği ihmal edilir: her şey bazılarına sahiptir kapasitans için her şey başka. Metal küp kapasitörün bir plakası ve Dünya diğeri. Yani devre aslında şudur:

şematik

^{bu devreyi simüle et}

Bu durumda, V1 aniden 0V olduğunda, bir miktar akım akacaktır. Akacak toplam yük , çok küçük olan kapasitansına bağlı olacaktır . Belki de olsa bile. Kapasitans süresi voltajının şarj olduğunu biliyoruz: $C$ $1fF$

C V = Q

$CV = Q$

V1 den giderse akacak toplam yük Yani için ve ise geçerli: $1V$ $0V$ $C$ $1fF$

1 f F \cdot - 1 V = - 1 f C

$1fF \cdot -1V = -1fC$

Bu çok küçük bir yüktür, herhangi bir pratik devreye önemsizdir.

olan akım, ne kadar hızlı değiştiğinin ve kapasitansının aşağıdakilere göre bir fonksiyonudur : $V_1$ $C$

I = C \frac{d v}{d t}

$I = C\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$

Peki bu ESD ile nasıl ilişkilidir?

ESD, iki şey arasındaki potansiyel fark, bu şeyler arasındaki yalıtımı parçalayacak kadar büyük olduğunda elde ettiğiniz şeydir. Genellikle yalıtım havadır. Bunun ne kadar voltaj alacağı birçok faktöre bağlıdır ve neredeyse bir uzman değilim, ancak kilovolt cinsinden ölçülen farklılıklardan bahsediyoruz.

Bu yüksek gerilimlere, siz ve diğer her şey arasındaki çok küçük kapasitans nedeniyle tam olarak ulaşılabilir. olduğunu tekrar hatırlayın . Bunu şu şekilde düzenleyebiliriz: $CV=Q$

V = \frac{Q}{C}

$V = \frac{Q}{C}$

Eğer çok küçük, daha sonra çok küçük bir yük çok yüksek bir voltaja yol açabilir. Halıyı karıştırdığınızda, sadece (mecazi) bir avuç elektron aktarabilirsiniz , ancak bu, voltajınızı ortamınıza göre oldukça değiştirmek için yeterlidir. $C$ $Q$

Örnekte değil, kilovolttan bahsettiğinizde , bu önemsiz akım artık o kadar önemsiz değil. Hala küçük, dikkat edin, ancak kısa bir sürede uygulanır, hassas cihazlara zarar verebilir. $1V$

Belki de modern zamanlarda en çok hasar gören cihaz , belki bir arıza voltajına sahip olabileceği kadar ince olan MOSFET'lerde geçit yalıtım oksididir . Voltajınızı çevrenizdeki nispeten güçlü havayı zaplamak için yeterince yükseltmek için yeterli yükünüz varsa, silikon dioksitin birkaç atomu bu yükü ıslak kağıt mendil kadar geri tutabilir: $10V$

— Phil Frost
kaynak

Yani bir bataryanın voltajını koruma şekli, uçtan uca geçen bir birim yükün çizgi integrali her zaman aynı olacak şekilde yapısı içindeki statik elektrik alanlarını sabit tutmaktır. Peki ya bir ark deşarjı? Bu durumda belirgin bir kapalı devre yok, en azından görebildiğim bir devre yok.

— MER

@Gigglelot evet. Temel olarak aküdeki kimyasalların redoks potansiyelleri veya belirli bir kimyasal kombinasyonu veya bir şey için sabit olan bir şeyle ilgilidir. Ben bir kimyager değilim, bu yüzden nasıl çalıştığını tam olarak bilmiyorum. Ama aynı zamanda, sorunuzu yanlış anladığımı düşünüyorum, bu yüzden yeniden yazdım. Daha anlayışlı mısınız?

— Phil Frost

Ah-ha! Yaptığın son düzenleme tam olarak aradığım şey! İhmal edilebilir olabileceğini düşündüm, ama okuduğum kaynakların hiçbiri bunu kabul etmedi.

— MER

1

@Gigglelot Gerçekten, bunu bir elektronik ders kitabında bulamazsınız. Yine de fizik kaynaklarında bulacaksınız. Yararlı şeyler yapmakla ilgili kaynaklar ve işlerin gerçekte nasıl gerçekleştiğini açıklayan kaynaklar var, ama ne yazık ki, her ikisi de aynı anda değil :)

— Phil Frost

Son bir soru. Bir kişiden ESD'nin daha hassas bileşenleri kolayca yok edebileceğini okudum. İmha, senaryonuzda yukarıda anlatıldığı gibi akan "önemsiz" yükten mi kaynaklanıyor yoksa parmağınızın çok büyük olması ve cihazın her iki ucuna da uzanması ve devrenin tamamlanması nedeniyle mi?

— MER

1

Ayrıca, pilin potansiyelinin Dünya'nınkinden daha büyük olduğunu varsayalım.

Piller elektriksel olarak şarj edilmemiştir .

Bir pilin bir terminali ideal bir toprağa (elektrik yükü için mükemmel bir lavabo) bağlanırsa ve şarj o terminalden toprağa (buradan) akarsa (veya akarsa), elektrik elektrikle şarj olur.

Ancak bu , sistemin potansiyel enerjisini azaltmak yerine arttırır . *

Bunu görmenin bir başka yolu da, örneğin elektronlar pili terk ettiyse, pilin elektronları yerden aküye çekecek pozitif şekilde şarj olacağıdır .

* Sistemin enerjisini düşüren geometriye bağlı olarak şarjın bir miktar yeniden dağıtılması olabilir.

— Alfred Centauri
kaynak

Sadece geri akışa bıraktığınız varsayımsal yük senaryosunuz çok aydınlatıcı. Ancak, hala pilin net şarjı olmadığı gerçeğini uzlaştırmakta zorlanıyorum, ancak aynı zamanda bir voltaj sağlayabilir. Pilin uçları arasında elektriksel potansiyel farkı varsa, bu uçtan uca bir şarj eğimi anlamına gelmez mi? Gradyan, bir uçtaki bir yükün diğer uçtaki bir yükten daha pozitif / negatif olacağını gösterir.

— MER

@Gigglelot, kimyasal reaksiyon yoluyla , bir terminalden elektronları çıkararak ve diğerine elektron ekleyerek elektrik yükünü ayırır . Aküye harici bir devre (kapalı yol) bağlandığında, kimyasal reaksiyon devam edebilir, çünkü ayrı yük, bu devre aracılığıyla bir terminalden diğerine akar. Harici devre yoksa, bataryadan veya bataryaya akan herhangi bir şarj bataryayı net elektrik yükü ile terk eder.

— Alfred Centauri

1

Bu, elektrostatik deşarjın arkasındaki prensiple aynı değil mi (bu senaryo potansiyelde bu kadar büyük bir fark yaratmıyor olsa da)?

Elektrostatik deşarj ancak hava (veya vakum veya başka bir gaz) tarafından uygulanan bariyeri aşmak (veya içinden geçmek) için yeterli potansiyel olduğunda meydana gelebilir.

İşte Paschen yasasının bir açıklaması. Bu, bir elektrik arkının çeşitli gaz basınçlarında akım akışına neden olması için terminaller arasındaki "boşluk" ile gerekli olan terminal voltajı ile ilgilidir: -

resim açıklamasını buraya girin

Piliniz 100V'un altındaysa, en optimum gaz (Argon) için optimum basınçta bile akımın akması için mücadele edeceğinizi unutmayın. Ancak, pil terminalleriniz optimum şekilde şekillendirildiyse, akmaya başlamak için akım alma şansı daha yüksektir. İstenmedikçe bu cevapta o rotaya gitmeyeceğim.

Pilinizin bir terminalde topraklanıp topraklanmadığı önemli değildir - pil / hava / gaz / vakum yoluyla deşarj olup olmadığını belirleyen potansiyel fark (aka voltaj).

— Andy aka
kaynak

0

Elektronik üzerine çalışmaya başladığımda bu soru benimkiyle aynı soru.

Ayrıca , pilin potansiyelinin Dünya'dan daha büyük olduğunu varsayalım , neden pildeki tek terminali toprağa bağladığımızda akım yok?

Basit cevap, çünkü pil, terminallerinden akımın akmasına izin vermek için kimyasal reaksiyona ihtiyaç duyan galvanik bir hücredir . + Ve - terminallerinden bağlantı olmadan, orada herhangi bir akım yoktur.

Batarya, hava ve toprak (toprak, toprak) arasında farklı bir potansiyele ( gökyüzü voltajı ) sahip olan şimşek gibi değildir .

— zynskav
kaynak

0

Pilin net şarjı yok. Kapalı bir devrede bile akü üzerindeki net şarj sıfırdır. Ancak, pil kapalı bir devreye bağlandığında, yani pilin (+) ve (-) terminalleri arasında iletken bir yol oluşturulduğu anlamına gelir, çünkü şarj taşıyıcıları pil terminalleri arasındaki iletken yoldan pompalanır, çünkü bir potansiyel vardır terminaller arasındaki fark.

Sıradan bir bataryanın tek bir terminalinin toprak iletken kirine bağlanması, toprağa net yükü olmayan iletken bir nesnenin bağlanmasıyla aynı olacaktır; hiçbir şey olmuyor. Sadece bir terminalin toprağa bağlanması, pili ahşap bir çekmecede saklamakla aynıdır (terminali zeminde bırakmak büyük olasılıkla paslanacaktır)

Her iki terminali de topraktaki iletken kire bağlayacaksanız, devreyi tamamladınız ve şarj, akünün terminalleri arasındaki topraktan akacaktır.

Terminalleri arasında 3000 V potansiyel farkı olan bir piliniz varsa ve bir terminali toprak iletken kirine bağladıysanız ve diğer terminal ile toprak arasında maksimum 1 mm hava boşluğu koruduysa, hava muhtemelen parçalanacak ve devreyi tamamlayacaktır. (akü terminali, toprak, iyonize hava, diğer akü terminali) akünün terminalleri arasında akım akışına izin verir.

— E Riachi
kaynak