Що таке земля і що це робить?

Я трохи розгублений щодо концепції заземлення, а може бути і напруги, особливо, коли намагаюся проаналізувати схему. Коли я дізнався про закон Ома в школі класу, я навчився застосовувати закон для обчислення струму, напруги та опору простих ланцюгів.

Наприклад, якщо нам дали наступну схему:

Нас могли б попросити обчислити струм, що проходить через ланцюг. У той час я просто обчислив (виходячи з наведених правил) 1,5 В / 1 Ом = 1,5 А.

Пізніше, однак, я дізнався, що причиною напруги резистора буде 1,5 В є те, що напруга дійсно є різницею потенціалу між двома точками, і що різниця напруги в акумуляторі буде такою ж, як у резистор (виправте мене, якщо я помиляюся), або 1,5 В. Я заплутався, однак, після введення концепції грунту.

Перший раз, коли я спробував зробити розрахунок струму для схеми, подібної до попередньої схеми на тренажері, програма скаржилася на відсутність заземлення та "плаваючі джерела напруги". Після невеликого пошуку я дізнався, що ланцюги потребують заземлення як опорного пункту або з міркувань безпеки. В одному поясненні було сказано, що можна вибрати будь-який вузол для землі, хоча традиційно проектувати схеми так, що існує "легке місце" для вибору землі.

Таким чином для цієї схеми

Я вибрав землю внизу, але чи було б добре вибрати грунт між резистором 7 Ом і 2 Ом - чи будь-яким іншим місцем? І яка би була різниця при аналізі схеми?

Я читав, що є 3 типових символи заземлення з різними значеннями - земля шасі, заземлення та земля сигналу. Дуже багато схем, які я бачив, що використовуються у вправах, або використовують землю або сигнал землі. Яка мета використання земляного ґрунту? З чим пов'язаний сигнал заземлення?

Ще одне питання: оскільки земля знаходиться в невідомому потенціалі, чи не буде струму, що надходить в землю або від землі до ланцюга? З того, що я читав, ми розглядаємо землю як 0В, але чи не виникне якийсь ефект через різницю в потенціалі ланцюга і землі? Чи буде ефект різним залежно від того, яку землю використовували?

Нарешті: у вузловому аналізі людина зазвичай забирає землю на негативному клемі акумулятора. Однак, коли є декілька джерел напруги, деякі з них "плавають". Яке значення має напруга джерела плаваючої напруги?

Перший раз, коли я спробував зробити розрахунок струму для схеми, подібної до попередньої схеми на тренажері, програма скаржилася на відсутність заземлення та "плаваючі джерела напруги".

Ваш тренажер хоче вміти робити свої розрахунки та повідомляти про напруги кожного вузла відносно деякої посилання, а не повідомляти про різницю між кожною можливою парою вузлів. Вам потрібно сказати, який вузол є опорним вузлом.

Крім того, для добре розробленої схеми "земля" не має значення в моделюванні. Якщо ви сконструюєте схему, де між двома вузлами немає контуру постійного току, схема буде нерозв'язною. Типові тренажери типу SPICE вирішують це шляхом підключення додаткових резисторів, як правило, 1 ГОм, між кожним вузлом та землею, тому можливо, що вибір вузла заземлення міг штучно вплинути на результати моделювання схеми дуже високого опору.

Я вибрав землю внизу, але чи було б добре вибрати грунт між резистором 7 Ом і 2 Ом - чи будь-яким іншим місцем? І яка би була різниця при аналізі схеми?

Ви можете обрати будь-який вузол як орієнтир. Часто ми думаємо заздалегідь і вибираємо вузол, який усуне терміни для рівнянь (встановивши їх рівним 0), або спростимо схему (дозволяючи нам вказувати з'єднання через земний символ, а не через купу ліній, що з'єднуються разом).

Я читав, що є 3 типових символи заземлення з різними значеннями - земля шасі, заземлення та земля сигналу. Дуже багато схем, які я бачив у вправах, що використовують землю або сигнал землі. Яка мета використання земляного ґрунту? З чим пов'язаний сигнал заземлення?

Земля Земля використовується для позначення зв'язку з чимось, що фізично пов'язане з землею під нашими ногами. Дріт, що веде через будівлю вниз, до мідного стрижня, забитого в землю, в типовому випадку. Ця земля використовується з метою безпеки. Ми припускаємо, що хтось, хто поводиться з нашим обладнанням, буде підключений до чогось на зразок земного ґрунту. Таким чином, земляна земля - ​​це найбезпечніший вузол контуру для дотику, оскільки він не буде рухати струми через їх тіло.

Заземлення шасі - це лише потенціал корпусу або корпусу вашої схеми. В цілях безпеки найчастіше найкраще це з'єднати з землею. Але назвавши його «шасі» замість «землі» означає , що ви не припускали , що це буде пов'язано.

Сигнальний заземлювач часто відрізняється від заземлення (і частково ізольовані від нього), щоб мінімізувати ймовірність того, що струми, що протікають по земному проводу, порушують вимірювання важливих сигналів.

Ще одне питання: оскільки земля знаходиться в невідомому потенціалі, чи не буде струму, що надходить у землю або від землі до неї?

Пам'ятайте, для потоку струму потрібна повна схема. Вам потрібно буде з'єднатись із землею в двох місцях, щоб струм надходив у ваш ланцюг та виходив із землі. Реально вам також знадобиться якесь джерело напруги (акумулятор, антена чи щось) в одному з цих контурів зв'язку, щоб мати постійний потік туди-сюди між ланцюгом і землею.

Однак, коли є декілька джерел напруги, деякі з них "плавають". Яке значення має напруга джерела плаваючої напруги?

Якщо у мене між вузлами a і b є джерело напруги зі значенням V , це означає, що різниця напруги між a і b буде V вольт. Ідеальне джерело напруги генеруватиме струм, необхідний для цього. Якщо один із вузлів заземлений, це дає вам негайно значення на іншому вузлі у вашій системі відліку. Якщо жоден з цих вузлів не є "заземленим", тоді вам знадобляться інші з'єднання, щоб встановити значення напруг на a і b відносно землі.

Іноді людей плутає саме багато визначень цього слова.

наземний
іменник

1. тверда поверхня землі; тверда або суха земля: впасти на землю
2. Часто підстави. фундамент або основа, на якій спирається віра чи дія; причина або причина: підстави звільнення .

$6\cdot10^{24} kg$

Звичайно, Земля справді велика. Не все це має однаковий потенціал. Насправді навіть не близько. Величезне магнітне поле Землі постійно змінюється і викликає струми по всій Землі. Інші люди мають власні прути, застряглі в Землі і кладуть струми в Землю. Блискавка рухає величезний струм у Землі. Оскільки Земля не є ідеальним провідником, і за законом Ома будь-який струм через будь-який опір значною мірою супроводжується напругою, потенціал між двома точками на Землі не є однаковим, якщо вам не пощастить, або точки знаходяться дуже поруч.

І якщо ви коли-небудь керували пристроєм, що працює на акумуляторі, ви знаєте, що електронні пристрої можуть прекрасно функціонувати без підключення до Землі. Тим не менш, ці пристрої мають заземлення. Отже, це, мабуть, не той сенс землі, який ви повинні використовувати для своєї основи електричного розуміння. Інший сенс - основа, на якій спирається переконання - це, мабуть, кращий початок.

$0V$$0V$

Отже, що таке напруга ? Більш суворим терміном для нього є різниця електричних потенціалів . Усі три слова є частиною розуміння напруги. Електричний очевидний.

Що з потенціалом ? Потенціал має специфічне значення у фізиці. Потенційна енергія - це здатність до деякого розташування речей, щоб виконувати роботу . Наприклад, стиснута пружина, розтягнутий лук або бачок високого тиску з газом мають можливість виконати роботу, якщо їх випустити.

Уявіть кульку у верхній частині пандуса. Якщо м'ячу буде дозволено котитися по пандусу, внизу він рухатиметься досить швидко. Цю кінетичну енергію він придбав із потенційної енергії, яку мав у верхній частині пандуса. Якщо інших втрат (тертя, наприклад) не було, то кінетична енергія, отримана кулькою, дорівнює потенційній енергії, яку вона втратила, за законом збереження енергії .

Це потенційна енергія . Просто потенціал сам по собі має інше визначення: це потенційна енергія на одиницю речі в якийсь момент системи. Очевидно, що масивний куля у верхній частині пандуса має більше потенційної енергії, ніж маленький кулька у верхній частині тієї ж рампи. Так, дві кулі мають різну потенційну енергію у верхній частині рампи, але вони мають однаковий потенціал.

$J/kg$$J/C$

Тому раніше ми говорили, що напруга - це різниця електричних потенціалів . Яка різниця ? Уявіть собі знову наш пандус. Якщо ви припускаєте, що гравітація однаково сильна в будь-якій точці Землі (це лише приблизно так , але це справедливе спрощення припущення для багато практичної інженерії), то чи має значення розташування пандуса? Це могло бути в Долині Смерті або на Евересті : м'яч після прокатки пандусу буде мати в кінці таку ж кінетичну енергію. Потенціал у верхній і нижній частині пандуса не має значення; важлива річ - різницяв потенціалі між верхом і низом. Якщо ми припускаємо, що поле гравітації Землі однакове, де б ми не взяли цей пандус, то важлива лише висота пандуса.

$5V$$5V$

$8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$поки ми не визначимо щось як таке. Зазвичай це все, на що ми вирішимо приклеїти основний символ. Ми можемо розмістити його куди завгодно, але зазвичай ставимо його там, де це робить обчислення найпростішими, а обговорення найпростішим.

Пов’язані запитання:

• Чи є напруга дельтою? Чи завжди це можна розглядати як різницю потенціалу від точки відліку?
• Різниця між негативним терміналом і мідним грунтом?

Дивіться тут мою відповідь про те, що таке "земля" та як використовується термін "земля" в електроніці. Значні частини цієї відповіді також мають відношення до цього питання.