Bir devre Mars'tan dönüş topraklamalı Dünya'dan güç alabilir mi?

Bir devreyi tamamlamak için dünyadan sıcak bir tel (120v 60 hz) ve başka bir dünya dışı gövdeye (mars) yerleştirilmiş bir bakır çubuk kullanabilir misiniz? Eğer empedans endişelenecek bir şey değilse (Mars'ı sadece bir mil ötede falan taklit edin).

Bunu daha önce başka yerlerde sormuştum ve bazı çelişkili cevaplar aldım.

Mars ve Dünya arasındaki voltajın ne olduğuna, bilmediğimize bağlı. Bu voltajın 0 olması muhtemel değildir ve muazzam olabilir. Devreniz kabaca aynı büyüklükte bir voltaj alır ve bu da gezegenler arası ekmek kızartma makinenizin muazzam bir başarısızlığına neden olur.

Hava temizliği

“Akımın akması için toprağa bir bağlantı olmalı” düşüncesi yaygındır ve tamamen yanlıştır . Kavram yanılgısı doğru olsaydı , uçaklar ve uydulardaki devreler işe yaramazdı çünkü dünyayla bağlantısı yoktu. Bu tür devrelerin işe yaradığı ve bazı devrelerin düzgün çalışması için toprağa bağlantının tamamen gereksiz olduğu oldukça açık . Kavram yanılgısı, topraklama konseptinden kaynaklanmaktadır , ancak topraklamanın sadece bir referans voltajı olduğunu unutmayın. Dünya olması gerekmez. Mars veya başka herhangi bir elektrik potansiyeli olabilir.

İkinci olarak, akımın akması için, bir devrenin fiziksel olarak kapalı bir döngü oluşturması gerekmez . A noktası sabit ise ve B noktası sabittir , bunlar gerekmez fiziksel olarak bu özellik doğru olabilmesi için bağlı. A noktası ile B noktası arasında bir direnç bağladığımızda , Ohm yasasına göre A'ya olan akım olacaktır . Sembolik olarak bazen yararlı olur$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$her bileşeni toprak referans gerilimine bağlayın. Bu şekilde, A noktasına bağlı ve B noktasına bağlanan bir voltaj kaynağına bağlı toprakları düşünebiliriz. Bu durumda, iki nokta hala fiziksel olarak bağlı olmak zorunda değildir, ancak sembolik olarak bağlı olarak kabul edilebilir. Bu çerçevede, Dünya'yı referans A noktası , Mars'ı B bilinmeyen voltajlı ile B noktası olarak düşünün .$0V$$V_{mars}$

Mars ile bağlantı kurmak

Diyelim ki herhangi bir yere neredeyse ideal elektriksel bağlantı yapabiliriz (kullanışlı bir küçük portalımız olduğunu varsayalım). Elektriği düzenleyen fiziksel yasalar, evrenin her yerinde aynıdır. Öyleyse bu portalı kullanarak devrinizi Marslı kabuktaki toprağa bağladığınızda ne olur? Aslında, ın ne olduğuna bağlı :$V_{mars}$

Durum 1 ,$V_{mars} \approx V_{earth} = 0V$

Bu durumda devre normal çalışır. Devreniz yaklaşık olarak aynı elektriksel potansiyele sahip olduklarından, Mars'a bağlı olduğu ve Dünya'ya bağlı olduğu hakkında hiçbir fikri yok.

Durum 2 , veyaV m bir r s « V e bir r t h = 0 $V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

Mars'ın voltajının Dünya voltajından önemli ölçüde farklı olması durumunda, akım kesinlikle akacaktır, ancak devreniz beklediğiniz gibi davranmayabilir. Bir sigortayı yakabilir, yakındaki her şeyi kaynaklayabilir veya in ne kadar büyük olduğuna bağlı olarak cesur küçük ekmek kızartma makinemizi buharlaştırabilir .$V_{mars}$

Mars ve Dünya arasındaki Gerilim

Biz gerçekten ne olduğunu bilmiyoruz biz Dünya veya Mars net yükünü bilmiyorum çünkü olurdu. Bize bazı ipuçları veren " Dünya'nın net elektrik yüküne ilişkin tartışma " başlıklı bir yazı var :$V_{mars}$

... Yeterince uzun bir süre boyunca entegre edildiğinde, dünyaya gelen veya dünyadan gelen net akım sıfır olmalıdır. Olmasaydı, dünyanın potansiyeli, hiçbir kuvvet potansiyel eğimi daha fazla “ateş” edemeyecek kadar büyük bir boyuta yükselecekti - ve bu duruma ulaşıldığında, net akım gerçekten sıfır olurdu. Bu dinamik bir dengedir.

Katı (ve sıvı) yeryüzündeki (yani dünyadaki) net bir yük sorunu, o gövdeye giden akımın sıfır (her zaman veya uzun bir süre boyunca ortalama) olduğu gerçeğinden başlayarak zorlukla cevaplanabilir; “atmosferik elektriğin klasik resmi” çerçevesinde bile değil. Ölçmek için pratik bir yöntem yok gibi görünüyor.

Temel olarak, Dünya ve Mars'ın her birinin kendi denge ücretlerine ulaştığını varsayabiliriz, ancak bu ücretlerin net pozitif, nötr, negatif veya büyüklüklerinin ne olduğunu bilmenin hiçbir yolu yoktur. İlgili gezegenlerin net yüklerini bilmediğimiz için, aralarındaki voltajı tahmin edemiyoruz.

Bence cevabın aslında evet olduğunu düşünüyorum.

SF hilelerinize ulaşıp 400 milyon km'lik bozulmaz kabloyu çıkarsanız bile birkaç pratik sorun var.

Bunlardan ilki "güneş rüzgarı" dır: Güneşten elektrikle yüklü yüksek hızlı bir parçacık akımı. Bu serbest elektronlardan ve protonlardan oluşacaktır. Dünyanın manyetik alanından etkilenirler; atmosfere girmeleri, Northern Lights gibi auroralarla sonuçlanır. Güneş rüzgârının etkisi, Dünya'nın veya Mars'ın net yükünün sıfır olmamasına neden olabilir. Bu, telinizi bağlarken çok büyük bir yıldırım benzeri boşalma ile sonuçlanabilir. Bu soruya bakınız .

Tel aynı zamanda güneşin manyetik alanında hareket eden bir iletkendir, bu nedenle her iki uçta topraklanmış olsa bile (akımla mı?) Bir akım meydana getirir. Uzunluğuna bakıldığında bu büyük olabilir.

Aynı zamanda bir antendir, bu nedenle güneş enerjisi RF girişimini algılar.

Bunların hepsini görmezden geldiğimizi varsayalım. Oyuna giren başka bir etki var. 50Hz şebekenin dalga boyu sadece 6000km'dir, bu nedenle kablonuz bir iletim hattı olarak çalışacaktır. Herhangi bir noktada akım ileri geri akacaktır.

Sonunda iletken olmayan bir küreye sahip çok, çok büyük bir tek kutuplu anten, bir pingpong topu olan bir araba anteni gibi modelleyebilirsiniz. Kablodaki direnç kayıplarının üstesinden gelmek için yeterince büyük bir güç kaynağınız olduğunu varsayarak, AC uygulamanızı ekleyebilir ve çalışacaktır. Kablonuz süper iletken olsa bile, telin ortasında 120V elde etmek için muhtemelen sürüş ucunda 120V'dan daha fazlasına ihtiyacınız olacaktır.

İki gövde (çok çok çok küçük) bir kapasitör oluşturacaktı, böylece devre gerçekten kapanacaktı ve (çok çok çok küçük) bir akım akabilirdi.

Teorik olarak doğru cevap budur. Uygulamada, akım hemen hemen tüm pratik amaçlar için o kadar küçük olur ki buna sıfır diyebiliriz.

Tüm amaç ve amaçlar için, hayır.

"Dünya" bağlantıları, tek bir gezegenin topraklarına yerleştirilen tüm topraklama çubuklarının gezegenin kabuğuyla etkin bir şekilde birbirine bağlanması nedeniyle çalışır. Bağlantı mutlaka mükemmel değildir (örneğin 0Ω, ancak oldukça düşük empedans).

Dünya ve marslar birbirlerinden milyonlarca kilometre aşırı sert vakumla elektriksel olarak izole edildiklerinden, akımın geri dönüş yolu yoktur. Böylece, Wouter van Ooijen’in dediği gibi, bir kapasitöre çok benzeyen bir şeyle sarılırsınız.

Söz konusu kelimeleri kullanarak, devreyi tamamlayıp tamamlamadığınız sorusuna , iade toprağına veya soruya bağlıdır .

Resminizdeki kafa karıştırıcı kısım, AC jeneratörüdür: İki terminali olmadan gösterilir ve Atlantik Okyanusu'nun eş potansiyel suları ile çevrilidir. Bu nedenle, yarattığı tüm akım Okyanusta kalacak. Sorunuzun potansiyel yanıltıcı (amaçlanan) yanıltıcı detaylarından biri de Mars'taki dünya / zemin sembolü ve bunun sıkıntılarınızın kaynağı olduğunu sanıyorum. Böylece, ...

İki terminal ile sadece jeneratör için başka bir resim kullanarak kurulumunuzu yeniden düzenleme özgürlüğünü aldım. Jeneratörün bir ucu Dünyaya (ⴲ) bağlanır, diğeri ise bir ampule, oradan da Mars'a (♂) gider, bahsettiğiniz bakır çubukla tamamlanır. Ampulün kapalı kaldığını ("kapalı") unutmayın.

Akımın ve ampulün açık kalmasını istiyorsanız , devreyi böyle kapatarak bir geri dönüş kablosuna ihtiyacınız vardır :

Devrenin çalışması için, topraklanacak veya topraklanacak hiçbir şeye ihtiyacınız yoktur, ihtiyacınız olan şey , akımın bir döngü içinde akabileceği bir devredir. Eğlenmek için, en keyfi toprak / nötr sembolünü kullanmak ve tek kişi devreyi yapalım Topraklı ve tek kişi Marsed . Bunun sadece takdirimize bağlı olarak, tüm şey için ortak bir referans elde etmek için kullanılan ek bir sembol olduğunu unutmayın - devrenin çalışması için ihtiyacımız olan bir şey değildir.

Devrenin çalışması için gerçekte ihtiyacımız olan şey, Mars'tan Dünya'ya dönüş teliydi. Bu geri dönüş teli aslında Mars ve Dünya'yı aynı potansiyele taşıyor , bu yüzden Dünya'nın evlendiğini ve Mars'ın topraklandığını bile düşünebiliriz - bu, hala bir, iki veya iki Dünya / Zemin sembolü kullanırsak, aynı düzenlemedir:

Şimdi, geriye kalan son bir soru olabilir: İlk resimde, dönüş teli olmayan bir Toprak sembolü kullanırsak ne olur? Bunun gibi, böyle:

Veya bu:

Ampul yanık kalıyor. Yine: Bu sembol değil, ihtiyaç duyulan geri dönüş teli ve son iki fotoğrafta da bulunmuyor.

Hmmm ... Devre Toprak / Dünya sembolünü gerçekten önemsemiyorsa, neden bu kadar çok kişi tarafından bu kadar yaygın kullanılıyor? Amaç ne?

Şuna bir bak:

Ampul yanıyor, ancak dönüş bağlantısı eksik. Bu mümkündür, çünkü toprak sembolü büyüsü kullanılarak, toprak sembolüne bağlı olan bir devre şemasının tüm bölümleri, bir devrenin bütün topraklanmış uçlarını birbirine bağlayan telleri çekmek için zaman harcamamış olsa bile, bağlanmış sayılır. .

Bunların hepsi aynı, sadece farklı bir gösterim kullanarak:

Zemin / dünya sembolü o kadar kullanışlıdır ki, sıklıkla kullanırız ve özensiz olduğumuzda, bazen onu doğru yere ya da toprağa çağırmaya bile dikkat etmeziz. Kesin konuşursak, topraklanmış veya emniyetli bir toprağa topraklanmış bir devre (kelimenin tam anlamıyla: evinizin veya bahçenizin yanındaki büyük bir çubuk, toprak toprağa sürülür) ve topraklı bir devre pille çalışan bir cihazın (-) ucuna bağlanabilir. , gerçek toprağa gerçek bir bağlantı olmadan. Bu kafa karıştırıcı, ama jargon ve herkes kullanıyor.

Tüm bu bilgilerle donanmış, bunun neden bu kadar komik olduğunu anlayabilirsiniz ( resim kaynağı ) ...

• Not (1): Astronomik sembolleri (ⴲ, ♂) bir sebepten kullandım. Bunu yaparken, iki gezegende de elektriksel Dünya sembolünü kullanmakta özgürdüm.

• Not (2): AC jeneratörü ayrıca bir DC pille de olabilir. Bu kurulumun anlaşılması amacıyla, bir pilin saniyede 50 veya 60 kez ters çevrileceği gibi bir AC kaynağı düşünebilirsiniz (ulusal standartlara bağlı olarak). DC'nin neden toprakta ve yerde iyi çalışmadığını açıklamak, fiziksel bir geri dönüş teli olmadan, metalden yapılmış, yerdeki elektrolizi ve nemi göz önünde bulundurmakla, başlamak için ... Bu tamamen 'başka bir hikaye ...

"Yer" kelimesini bırakmak daha iyidir. Devrenizin bir düğümü topraklanmış, diğeri ise marşif. Bunlar ayrı topraklar.

Bağlantısız zeminler oluşturmak için uzaya gitmek zorunda değiliz. Aşağıdaki şemada V1, 60 Hz'de 120 VRMS sağlar ve XFMR1 ve XFMR2'nin 1: 1 izolasyon transformatörleri olduğunu. Her biri bir düğümün toprak, diğeri "sıcak" olarak tanımlanabileceği kendi elektrik alanını yaratır. Tam bir devre olmadığı için akım, bir alandaki "sıcaktan" ve diğerindeki topraktan akamaz ve böylece lamba yanmaz.

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

Maalesef hiçbir zaman mars olmadım, bu yüzden bu teoriyi test etmenin yolu yok. Bir jeneratörden gelen 120v 60hz topraktan kalibre edilir. Başka bir deyişle, Dünya'nın yükünü sıfır referans olarak kullanıyoruz. Referans hızın analogları olabilir. Örneğin, ne kadar hızlı ilerliyorsunuz? Bu, neyle karşılaştırdığına bağlı olarak değişir: başlangıç ​​noktanız; dünyanın merkezi; Güneş; galaktik merkez; veya, yarışta yanınızdaki kişi. Bu gerilimi toprağa da aynı şekilde değerlendiriyorum. Bu nedenle, topraklanmış bir devrenin net voltajı, Dünya ile Mars arasındaki yük farkı 120v +/- olacaktır. Yapabilseydim, bu teoriyi mars üzerindeki topraklı bir devrenin voltajını bilinen bir voltaj kaynağı ile ölçerek test ederdim. Dünyaya göre kalibre edildiği için fark, Mar’ın Dünya’yla ilgili sorumluluğunu tanımlar.

Sorun şu ki, sunduğunuz çizim kapalı bir döngü içermiyor, dolayısıyla hiçbir akımın akmaması gerekiyor.

Ancak bu bazı durumlarda mümkündür:

1. Dünya'ya bir miktar yük koyabilirsiniz ve akım iki gezegenin yükü eşit oluncaya kadar akacaktır, örneğin Mars'tan bazı elektronları alıp Dünya'ya gönderebilirsiniz,

2. AC kullanıyorsanız, aralarında bir kapasite vardır (bkz. Wouter van Ooijen'in cevabı ),

3. Dünya'nın yükü sıfırdan farklıysa (durum 1), güneşin etrafında döndüğü için (bir şekilde) gezegenler arasında voltaj oluşturmak için kullanılabilecek bir manyetik alan vardır. Bunu nasıl kontrol edebileceğini hayal bile edemiyorum.

Cevabım, evet - bu mümkün, ama şu anda sadece teorik olarak.