Єдиний термінал джерела напруги, приєднаний до заземлення

11

Це концептуальне питання, з яким я продовжую боротися, коли я почав вивчати електроніку.

Скажімо, у нас є акумулятор, і один з його клем з'єднаний безпосередньо з приємним патчем із сильно провідної землі. Далі припустимо, що потенціал акумулятора більший, ніж у Землі. Тепер я розумію, що це не замкнутий контур, але чому б не заряджати потік від акумулятора до Землі? Чи не існує електричного потенціалу, який повинен призвести до того, що кількість електронів у акумуляторі буде виснаженим або принаймні зменшено до точки, коли електричний потенціал між Землею та акумулятором однаковий? Хіба це не той самий принцип, який стоїть за електростатичним розрядом (хоча цей сценарій не передбачає такої великої різниці в потенціалі?)

Я прочитав будь-яку іншу відповідь тут на електроніці.stackexchange, що посилається на грунт, і я все ще не задоволений.

voltage batteries ground

— МЕР
джерело

5

Якщо я правильно розумію ваше запитання, для демонстрації цієї проблеми не потрібен акумулятор. Скажіть, у вас є якийсь об’єкт, з певним потенціалом . Потім ви підключаєте його до якогось іншого потенціалу. Протікає якийсь струм? Скажімо, це металевий куб, і він є потенціалом Землі плюс один вольт. Потім він раптово пов'язаний із Землею:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Коротка відповідь: потоки немає. Немає ланцюга для течії струму.

Але це наближення, зроблене для спрощення аналізу. Ми нехтуємо важливим фактом: усе має певну ємність до всього іншого. Металевий куб - одна пластина конденсатора, а Земля - інша. Отже, схема насправді така:

схематичний

^{моделювати цю схему}

У цьому випадку, коли V1 раптом стане 0В, буде текти деякий струм. Загальний заряд, який буде текти, залежатиме від ємності , яка дуже невелика. Можливо, , якщо навіть це. Ми знаємо, що напруга в часі ємності заряджається: $C$ $1fF$

С V = Q

$CV = Q$

Отже, загальний заряд, який буде текти, якщо V1 перейде від до , а дорівнює це: $1V$ $0V$ $C$ $1fF$

1 f Ж \cdot - 1 V = - 1 f С

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

Це дуже крихітний заряд, що набагато перевищує незначний для будь-якого практичного кола.

Струм, який буде протікати, є функцією того, як швидко змінюється , і ємності відповідно: $V_1$ $C$

Я = С \frac{г v}{г т}

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

То як це стосується ОУР?

ESD - це те, що ви отримуєте, коли різниця потенціалів між двома речами є достатньо великою, щоб зламати ізоляцію між цими речами. Зазвичай ця ізоляція - це повітря. Скільки напруги потрібно, залежить від багатьох факторів, і я навряд чи є експертом, але ми говоримо про різниці, виміряні в кіловольтах.

$CV=Q$

V = \frac{Q}{С}

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

$C$ $Q$

$1V$

$10V$

— Філ Мороз
джерело

Тож спосіб, яким батарея підтримує свою напругу, полягає в тому, щоб утримувати постійні статичні електричні поля у своїй структурі таким чином, що лінійний інтеграл одиничного заряду, що проходить від кінця до кінця, завжди однаковий? А як щодо дугового розряду? У цьому випадку немає явного замкнутого ланцюга, принаймні не одного, якого я бачу.

— MER

@Gigglelot так. В основному це стосується окислювально-відновних потенціалів хімічних речовин в акумуляторі або чогось іншого, що є постійним для даної комбінації хімікатів, або чогось іншого. Я не хімік, тому не знаю, як саме це працює. Але також, я думаю, я неправильно зрозумів ваше запитання, тому переписав його. Більш проникливий зараз?

— Філ Мороз

А-ха! Ця остання редакція, яку ви зробили, саме те, що я шукав! Я вважав, що це може бути незначним, але жоден із ресурсів, які я читав, навіть не визнавав цього.

— MER

1

@Gigglelot Дійсно, ви, мабуть, цього не знайдете в підручнику з електроніки. Ви знайдете це в джерелах фізики. Є джерела про корисні речі та джерела, які описують, як саме відбувається насправді, але, на жаль, ніколи одночасно: :)

— Phil Frost

Останнє питання. Я читав, що ШОЕ від людини може легко знищити більш чутливі компоненти. Чи руйнування виникає внаслідок "незначного" заряду, який протікає так, як описано вище у вашому сценарії, чи це через те, що ваш палець настільки великий і, ймовірно, поширюється на обидва кінці пристрою, таким чином завершуючи ланцюг?

— MER

1

Далі припустимо, що потенціал акумулятора більший, ніж у Землі.

Батареї не заряджаються електрично .

Якщо один термінал батареї підключений до ідеального заземлення (досконала раковина для електричного заряду) і заряд повинен був би витікати з (або в) цього терміналу до (з) землі, батарея стане електрично зарядженою.

Але це збільшило б потенційну енергію системи, а не зменшило її. *

Ще один спосіб побачити це в тому, що якщо, скажімо, електрони залишили акумулятор, акумулятор стане позитивно зарядженим, що приверне електрони від землі назад до акумулятора .

* Може виникнути деякий хвилинний перерозподіл заряду залежно від геометрії, що знижує енергію системи.

— Альфред Кентаврі
джерело

Ваш гіпотетичний сценарій зарядки, який залишає просто стік назад, дуже висвітлює. Однак мені все ще важко узгодити той факт, що акумулятор не має зарядки, але в той же час може подавати напругу. Якщо різниця електричних потенціалів між кінцями акумулятора є, це не означає градієнт заряду від кінця до кінця? Градієнт означає, що заряд на одному кінці буде більш позитивним / негативним, ніж заряд на іншому кінці. Отже, я думаю, я бачу, що чистий заряд дорівнює нулю, але локальна похідна поля проявлятиме чистий заряд.

— MER

@Gigglelot, акумулятор, за допомогою хімічної реакції відокремлює електричний заряд, видаляючи електрони з одного терміналу і додаючи електрони в інший. Коли до акумулятора підключено зовнішній контур (замкнутий контур), хімічна реакція може протікати, оскільки відокремлений заряд протікає з одного терміналу в інший через цей контур. Якщо немає зовнішнього ланцюга, будь-який заряд, що надходить з акумулятора на акумулятор або залишає його, має електричний заряд.

— Альфред Кентаврі

1

Хіба це не той самий принцип, який стоїть за електростатичним розрядом (хоча цей сценарій не передбачає такої великої різниці в потенціалі?)

Електростатичний розряд може статися лише в тому випадку, якщо є достатній потенціал, щоб пробити (або пробити) бар'єр, накладений повітрям (або вакуумом чи іншим газом).

Ось пояснення закону Пашена. Це стосується кінцевої напруги, необхідної проти «зазору» між клемами для електричної дуги, щоб викликати потік струму при різних тисках газу: -

введіть тут опис зображення

Зауважте, що якщо ваш акумулятор нижче 100 В, навіть при оптимальному тиску для найоптимальнішого газу (Аргону) ви будете намагатися привести струм до потоку. Однак якщо клеми акумулятора були оптимально сформовані, є більший шанс отримати струм, щоб почати протікати. У цій відповіді я не збираюся йти цим маршрутом, якщо цього не вимагають.

Не має значення, заряджається чи заземлено ваш акумулятор на одному терміналі чи ні - саме різниця потенціалів (aka напруга) по всій батареї визначає, розряджається вона через повітря / газ / вакуум.

— Енді ака
джерело

0

Це питання - це те саме питання, що і моє, коли я починаю вивчати електроніку.

Далі припустимо, що потенціал акумулятора більший, ніж у Землі, чому немає потоку струму, коли ми підключаємо єдиний клем батареї до землі?

Відповідь проста, тому що акумулятор - це гальванічна комірка, яка потребує хімічної реакції, щоб дозволити струм текти з її клем. Без з'єднання з + і - терміналів, там не протікає струм.

Акумулятор не схожий на блискавку, яка має різний потенціал ( напруга неба ) між повітрям і землею (земля, грунт).

— зиньскав
джерело

0

Акумулятор не має чистого заряду. Навіть у замкнутому контурі чистий заряд батареї дорівнює нулю. Однак, коли акумулятор підключений в замкнутому контурі, що означає, що між клемами (+) та (-) акумулятора встановлено провідний шлях , заряд заряджання прокачується через провідний шлях між клемами акумуляторів, оскільки є потенціал різниця між клемами.

Підключення одного терміналу звичайної батареї до провідного бруду Землі було б таким же, як підключення струмопровідного об'єкта, який не має чистого заряду до землі; нічого не відбувається. Підключення лише одного клеми до заземлення - це те саме, що зберігання акумулятора в дерев’яному ящику (за винятком того, що термінал залишається в землі, швидше за все, його роз’їде)

Якщо ви повинні підключити обидва клеми до струмопровідного бруду в землі, то ви завершили контур і заряд буде протікати по землі між клемами акумулятора.

Якщо ви скажете, що у вас була батарея з різницею потенціалу 3000 В між її клемами та підключила один термінал до провідного бруду Землі та підтримувала максимальний повітряний зазор 1 мм між іншим терміналом і землею, повітря, швидше за все, зірветься і завершить контур (клем батареї, заземлення, іонізоване повітря, інший акумулятор), що дозволяє струму протікати між клемами акумулятора.

— E Riachi
джерело