Cos'è il terreno e cosa fa?

Sono un po 'confuso sul concetto di terra, e forse anche della tensione, in particolare quando provo ad analizzare un circuito. Quando ho appreso della legge di Ohm nella scuola elementare, ho imparato ad applicare la legge per calcolare la corrente, la tensione e la resistenza di circuiti semplici.

Ad esempio, se ci venisse dato il seguente circuito:

Ci potrebbe essere chiesto di calcolare la corrente che passa attraverso il circuito. All'epoca, avrei semplicemente calcolato (in base alle regole fornite) 1,5 V / 1 Ohm = 1,5 A.

In seguito, tuttavia, ho appreso che il motivo per cui la tensione del resistore sarebbe 1,5 V è perché la tensione è davvero la differenza di potenziale tra due punti e che la differenza tra la tensione della batteria sarebbe la stessa di quella del resistenza (correggimi se sbaglio), o 1,5 V. Mi sono confuso, tuttavia, dopo l'introduzione del concetto di terra.

La prima volta che ho provato a fare il calcolo della corrente per un circuito simile al circuito precedente su un simulatore, il programma si è lamentato di non avere una massa e "fonti di tensione fluttuanti". Dopo un po 'di ricerche, ho appreso che i circuiti necessitano di messa a terra come punto di riferimento o per motivi di sicurezza. È stato menzionato in una spiegazione che si può scegliere qualsiasi nodo per la messa a terra, anche se è consuetudine progettare circuiti in modo che vi sia un "luogo facile" per scegliere la terra.

Quindi per questo circuito

Ho scelto la terra in basso, ma sarebbe giusto scegliere la terra tra la resistenza da 7 ohm e 2 ohm - o qualsiasi altro posto? E quale sarebbe la differenza durante l'analisi del circuito?

Ho letto che ci sono 3 simboli di terra tipici con significati diversi: terra del telaio, terra e segnale. Molti circuiti che ho visto usati in esercizi usano la terra o la terra del segnale. Qual è lo scopo nell'uso della terra? A cosa è collegata la massa del segnale?

Un'altra domanda: poiché la terra ha un potenziale sconosciuto, non ci sarebbe corrente che fluisce verso o dalla terra al circuito? Da quello che ho letto trattiamo la terra come 0V, ma non ci sarebbe una sorta di effetto a causa di una differenza nel potenziale del circuito e della terra? L'effetto sarebbe diverso a seconda del terreno utilizzato?

Infine: nell'analisi nodale, si sceglie di solito una terra sul terminale negativo della batteria. Tuttavia, quando vi sono più sorgenti di tensione, alcune sono "fluttuanti". Che significato ha la tensione di una sorgente di tensione flottante?

La prima volta che ho provato a fare il calcolo della corrente per un circuito simile al circuito precedente su un simulatore, il programma si è lamentato di non avere una massa e "fonti di tensione fluttuanti".

Il tuo simulatore vuole essere in grado di fare i suoi calcoli e riportare le tensioni di ciascun nodo rispetto a qualche riferimento, piuttosto che riportare la differenza tra ogni possibile coppia di nodi. Ha bisogno che tu gli dica quale nodo è il nodo di riferimento.

A parte questo, per un circuito ben progettato, la "terra" non ha alcun significato nella simulazione. Se si progetta un circuito in cui non esiste un percorso cc tra due nodi, il circuito sarà irrisolvibile. Tipici simulatori simili a SPICE risolvono questo problema collegando resistori extra, in genere 1 GOhm, tra ogni nodo e terra, quindi è concepibile che la scelta del nodo di terra possa influenzare artificialmente i risultati di una simulazione di un circuito ad altissima impedenza.

Ho scelto la terra in basso, ma sarebbe giusto scegliere la terra tra la resistenza da 7 ohm e 2 ohm - o qualsiasi altro posto? E quale sarebbe la differenza durante l'analisi del circuito?

Puoi scegliere qualsiasi nodo come terreno di riferimento. Spesso pensiamo in anticipo e scegliamo un nodo che eliminerà i termini per le equazioni (impostandole uguali a 0) o semplificando lo schema (consentendoci di indicare le connessioni attraverso un simbolo di terra anziché da un gruppo di linee che si collegano insieme).

Ho letto che ci sono 3 simboli di terra tipici con significati diversi: terra del telaio, terra e segnale. Molti circuiti che ho visto usati in esercizi usano la terra o la terra del segnale. Qual è lo scopo nell'uso della terra? A cosa è collegata la massa del segnale?

La terra è usata per indicare una connessione a qualcosa che è fisicamente connessa alla terra sotto i nostri piedi. Un filo che conduce attraverso l'edificio fino a un'asta di rame spinta nel terreno, in un caso tipico. Questo terreno viene utilizzato per motivi di sicurezza. Partiamo dal presupposto che qualcuno che gestisce le nostre apparecchiature sarà collegato a qualcosa come la terra a terra con i loro piedi. Quindi la messa a terra è il nodo del circuito più sicuro per loro da toccare, perché non guiderà le correnti attraverso il loro corpo.

La messa a terra del telaio è solo il potenziale del case o dell'involucro del circuito. Per motivi di sicurezza è spesso meglio che questo sia collegato a terra. Ma chiamarlo "telaio" anziché "terra" significa che non hai supposto che sia collegato.

La terra del segnale viene spesso distinta dalla terra (e parzialmente isolata da essa) per ridurre al minimo la possibilità che le correnti che fluiscono attraverso i fili di terra disturbino le misurazioni dei segnali importanti.

Un'altra domanda: poiché la terra ha un potenziale sconosciuto, non ci sarebbe corrente che fluisce verso o dalla terra al circuito?

Ricordare che è necessario un circuito completo per il flusso di corrente. Avresti bisogno di connessioni a terra in due punti affinché la corrente fluisca dentro e fuori dal circuito da terra. Realisticamente, avresti anche bisogno di una sorta di sorgente di tensione (una batteria, o un'antenna o qualcosa del genere) in uno di quei percorsi di connessione per avere un flusso continuo avanti e indietro tra il tuo circuito e la terra.

Tuttavia, quando vi sono più sorgenti di tensione, alcune sono "fluttuanti". Che significato ha la tensione di una sorgente di tensione flottante?

Se ho generatore di tensione con un valore V tra i nodi di una e b , significa che la differenza di tensione tra una e b sarà V volt. Una fonte di tensione perfetta genererà qualsiasi corrente richiesta per far sì che ciò accada. Se uno dei nodi sembra essere a terra, questo ti dà immediatamente il valore sull'altro nodo nel tuo sistema di riferimento. Se nessuno di questi nodi sembra essere "terra", quindi si avrà bisogno di alcuni altri collegamenti per stabilire il valore delle tensioni in un e b rispetto alla massa.

A volte le persone vengono confuse solo dalle molte definizioni della parola.

nome del terreno

1. la solida superficie della terra; terra ferma o asciutta: cadere a terra
2. Spesso, motivi. il fondamento o la base su cui poggia una convinzione o un'azione; motivo o causa: motivi di licenziamento .

$6\cdot10^{24} kg$

Certo, la Terra è davvero grande. Non tutto ha lo stesso potenziale. In effetti, nemmeno vicino. L'enorme campo magnetico terrestre è in continua evoluzione e induce correnti in tutta la Terra. Altre persone hanno le loro aste bloccate sulla Terra e mettono correnti sulla Terra. Il lampo muove una tremenda corrente sulla Terra. Poiché la Terra non è un conduttore perfetto, e secondo la legge di Ohm qualsiasi corrente attraverso qualsiasi resistenza può essere accompagnata da una tensione, il potenziale tra due punti sulla Terra non è lo stesso, a meno che tu non sia fortunato o i punti siano molto vicini tra loro.

E, se hai mai utilizzato un dispositivo alimentato a batteria, sai che i dispositivi elettronici possono funzionare perfettamente senza una connessione alla Terra. Tuttavia, questi dispositivi hanno un terreno. Quindi, questo non è probabilmente il senso del terreno che dovresti usare per le tue basi della comprensione elettrica. L'altro senso, la base su cui poggia una convinzione , è probabilmente un inizio migliore.

$0V$$0V$

Quindi cos'è la tensione ? Il termine più rigoroso è differenza di potenziale elettrico . Tutte e tre le parole fanno parte della comprensione della tensione. L'elettricità è ovvia.

Che dire del potenziale ? Il potenziale ha un significato specifico in fisica. L' energia potenziale è la capacità di alcune disposizioni di fare il lavoro . Ad esempio, una molla compressa, un arco allungato o un serbatoio di gas ad alta pressione possono potenzialmente funzionare, se rilasciati.

Immagina una palla in cima a una rampa. Se la palla può rotolare giù dalla rampa, in basso, si muoverà abbastanza velocemente. Ha acquisito questa energia cinetica dall'energia potenziale che aveva in cima alla rampa. Se non ci fossero altre perdite (attrito, per esempio), allora l'energia cinetica ottenuta dalla palla è uguale all'energia potenziale che ha perso, secondo la legge di conservazione dell'energia .

Questa è energia potenziale . Solo il potenziale di per sé ha una definizione diversa: è energia potenziale per unità di roba ad un certo punto in un sistema. Ovviamente, una palla enorme nella parte superiore della rampa ha più energia potenziale di una piccola palla nella parte superiore della stessa rampa. Quindi, le due palle hanno energie potenziali diverse nella parte superiore della rampa, ma sono allo stesso potenziale.

$J/kg$$J/C$

Quindi prima abbiamo detto che la tensione è la differenza di potenziale elettrico . Qual è la differenza ? Immagina di nuovo la nostra rampa. Se supponi che la gravità sia ugualmente forte in qualsiasi parte della Terra (questo è solo approssimativamente vero , ma è un presupposto di semplificazione valido per molta ingegneria pratica), allora la posizione della rampa è importante? Potrebbe essere nella Death Valley o sul Monte Everest : la palla, dopo aver rotolato giù dalla rampa, avrà alla fine la stessa energia cinetica. Il potenziale nella parte superiore e inferiore della rampa è irrilevante; l'importante è la differenzain potenziale tra la parte superiore e quella inferiore. Se stiamo assumendo che il campo di gravità terrestre sia lo stesso ovunque dovremmo prendere questa rampa, è rilevante solo l'altezza della rampa.

$5V$$5V$

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

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$fino a quando non definiamo qualcosa come tale. Di solito, è qualsiasi cosa decidiamo di attaccare il simbolo del terreno. Possiamo metterlo dove preferiamo, ma di solito lo mettiamo dove semplifica i calcoli e semplifica la discussione.

Domande correlate:

• La tensione è un delta? Può sempre essere considerata una potenziale differenza rispetto a un punto di riferimento?
• Differenza tra terminale negativo e terra in rame?

Vedi la mia risposta qui su cosa sia la terra e come il termine "terra" viene utilizzato in elettronica. Parti significative di tale risposta sono rilevanti anche per la domanda qui.