Terminale singolo della sorgente di tensione collegato a terra

11

Questa è una domanda concettuale con cui continuo a lottare mentre ho iniziato a studiare elettronica.

Supponiamo che abbiamo una batteria e che uno dei suoi terminali sia collegato direttamente a una bella zona di terra altamente conduttiva. Supponiamo inoltre che il potenziale della batteria sia maggiore di quello della Terra. Ora mi rendo conto che questo non è un circuito chiuso, ma perché non caricare il flusso dalla batteria alla Terra? Non esiste un potenziale elettrico che dovrebbe far scaricare la quantità di elettroni nella batteria o almeno ridurla al punto in cui il potenziale elettrico tra la Terra e la batteria è lo stesso? Non è questo lo stesso principio alla base delle scariche elettrostatiche (anche se questo scenario non implica una differenza così grande nel potenziale?)

Ho letto ogni altra risposta qui su electronics.stackexchange che fa riferimento a terra e non sono ancora soddisfatto.

voltage batteries ground

— MER
fonte

5

Se capisco correttamente la tua domanda, non è necessaria una batteria per dimostrare questo problema. Supponiamo che tu abbia qualche oggetto, con qualche potenziale . Quindi, lo colleghi ad un altro potenziale. Qualche flusso di corrente? Diciamo che è un cubo di metallo, ed è al potenziale della Terra, oltre a un volt. Quindi, è improvvisamente collegato alla Terra:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Risposta breve: nessun flusso di corrente. Non esiste un circuito per il flusso di corrente.

Ma questa è un'approssimazione, fatta per semplificare l'analisi. Stiamo trascurando un fatto importante: tutto ha una certa capacità rispetto a tutto il resto. Il cubo di metallo è una piastra del condensatore e la Terra è l'altra. Quindi il circuito è in realtà questo:

schematico

^{simula questo circuito}

In questo caso, quando V1 diventa improvvisamente 0V, una certa corrente scorrerà. La carica totale che fluirà dipenderà dalla capacità , che è molto piccola. Forse , anche se quello. Sappiamo che la capacità è la carica della tensione: $C$ $1fF$

C V = Q

$CV = Q$

Quindi la carica totale che fluirà se V1 va da a e è è: $1V$ $0V$ $C$ $1fF$

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

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

Questa è una carica molto piccola, ben oltre insignificante per qualsiasi circuito pratico.

$V_1$ $C$

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

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

Quindi, come si collega a ESD?

ESD è ciò che ottieni quando la potenziale differenza tra due cose è abbastanza grande da rompere l'isolamento tra quelle cose. Di solito quell'isolamento è aria. Quanta tensione ci vuole dipende da molti fattori e non sono certo un esperto, ma stiamo parlando di differenze misurate in kilovolt.

$CV=Q$

V = \frac{Q}{C}

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

$C$ $Q$

$1V$

$10V$

— Phil Frost
fonte

Quindi il modo in cui una batteria mantiene la sua tensione è mantenendo costanti i campi elettrici statici all'interno della sua struttura in modo tale che l'integrale di linea di un'unità che attraversa da una parte all'altra sia sempre la stessa? Ma che dire di una scarica ad arco? Non esiste un circuito chiuso ovvio in quel caso, almeno non quello che posso vedere.

— MER

@Gigglelot yes. Fondamentalmente ha a che fare con i potenziali redox delle sostanze chimiche nella batteria o qualcosa del genere, che è costante per una data combinazione di sostanze chimiche o qualcosa del genere. Non sono un chimico, quindi non so esattamente come funzioni. Ma penso anche di aver frainteso la tua domanda, quindi l'ho riscritta. Più perspicace ora?

— Phil Frost,

Ah-ah! Quella recente modifica che hai fatto è esattamente quello che stavo cercando! Ho pensato che potesse essere trascurabile, ma nessuna delle risorse che avevo letto lo ha riconosciuto.

— MER

1

@Gigglelot In effetti, probabilmente non lo troverai in un manuale di elettronica. Lo troverai anche nelle fonti di fisica. Ci sono fonti su come fare cose utili e fonti che descrivono esattamente come le cose accadono realmente, ma sfortunatamente, mai entrambe allo stesso tempo :)

— Phil Frost,

Un'ultima domanda. Ho letto che l'ESD di una persona può facilmente distruggere componenti più sensibili. La distruzione deriva dalla carica "insignificante" che scorre come descritto sopra nel tuo scenario, o è dovuto al fatto che il tuo dito è così grande e probabilmente si estende attraverso entrambe le estremità del dispositivo completando così il circuito?

— MER,

1

Supponiamo inoltre che il potenziale della batteria sia maggiore di quello della Terra.

Le batterie non sono cariche elettricamente .

Se un terminale di una batteria fosse collegato a una terra ideale (un lavandino perfetto per la carica elettrica) e la carica dovesse fluire da (o dentro) quel terminale a (da) terra, la batteria si carica elettricamente.

Ma questo aumenterebbe l'energia potenziale del sistema piuttosto che diminuirla . *

Un altro modo di vedere questo è che se, diciamo, gli elettroni lasciassero la batteria, la batteria si carica positivamente, il che attirerebbe gli elettroni da terra alla batteria .

* Potrebbero esserci alcuni minuti di ridistribuzione della carica a seconda della geometria che riduce l'energia del sistema.

— Alfred Centauri
fonte

Il tuo ipotetico scenario di carica che lascia semplicemente fluire indietro è molto chiaro. Tuttavia, sto ancora facendo fatica a conciliare il fatto che la batteria non ha una carica netta, ma allo stesso tempo può fornire una tensione. Se esiste una differenza di potenziale elettrico tra le estremità della batteria, ciò non implica un gradiente di carica da un capo all'altro? Un gradiente implica che una carica ad una estremità sarà più positiva / negativa di una carica all'altra estremità. Quindi suppongo di vedere che la spesa netta è zero, ma un derivato locale del campo presenterebbe una spesa netta.

— MER

@Gigglelot, una batteria, tramite reazione chimica, separa la carica elettrica rimuovendo gli elettroni da un terminale e aggiungendo elettroni all'altro. Quando un circuito esterno (percorso chiuso) è collegato alla batteria, la reazione chimica può procedere perché la carica separata fluisce da un terminale all'altro attraverso quel circuito. Se non è presente alcun circuito esterno, qualsiasi carica che fluisce da o verso la batteria lascia la batteria con una carica elettrica netta.

— Alfred Centauri,

1

Non è questo lo stesso principio alla base delle scariche elettrostatiche (anche se questo scenario non implica una differenza così grande nel potenziale?)

Le scariche elettrostatiche possono verificarsi solo se esiste un potenziale sufficiente per attraversare (o attraversare) la barriera imposta dall'aria (o dal vuoto o da altri gas).

Ecco una spiegazione della legge di Paschen. Ciò si riferisce alla tensione dei terminali richiesta rispetto allo "spazio" tra i terminali di un arco elettrico per causare il flusso di corrente a varie pressioni di gas: -

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Se la batteria è inferiore a 100 V, anche alla pressione ottimale per il gas più ottimale (Argon), si fatica a far scorrere la corrente. Tuttavia, se i terminali della batteria sono stati modellati in modo ottimale, è più probabile che la corrente inizi a scorrere. Non seguirò questa strada in questa risposta se non richiesto.

Non importa se la batteria è messa a terra / messa a terra su un terminale o meno: è la differenza di potenziale (nota anche come tensione) attraverso la batteria che determina se si scarica attraverso l'aria / gas / vuoto.

— Andy aka
fonte

0

Questa domanda è la stessa della mia, quando inizio a studiare elettronica.

Supponi inoltre che il potenziale della batteria sia maggiore di quello della Terra, perché non c'è flusso di corrente quando colleghiamo il singolo terminale della batteria a terra?

Risposta semplice, perché la batteria è una cella galvanica che necessita di una reazione chimica per consentire alla corrente di fluire dai suoi terminali. Senza connessione dai terminali + e -, non vi è corrente che scorre lì.

La batteria non è come un fulmine che ha un potenziale diverso ( tensione del cielo ) tra l'aria e il suolo (terra, suolo).

— zynskav
fonte

0

La batteria non ha carica netta. Anche in un circuito chiuso la carica netta sulla batteria è zero. Tuttavia, quando la batteria è collegata in un circuito chiuso, il che significa che è stato stabilito un percorso conduttivo tra i terminali (+) e (-) della batteria, i carichi di carica vengono pompati attraverso il percorso conduttivo tra i terminali delle batterie perché esiste un potenziale differenza tra i terminali.

Il collegamento di un singolo terminale di una normale batteria allo sporco conduttivo terrestre equivale al collegamento di un oggetto conduttivo che non ha una carica netta a terra; non succede nulla. Collegare un solo terminale a terra equivale a conservare la batteria in un cassetto di legno (tranne il fatto che lasciare il terminale a terra probabilmente lo corroderà)

Se si dovessero collegare entrambi i terminali allo sporco conduttivo nella terra, allora si è completato il circuito e la carica fluirà attraverso la terra tra i terminali della batteria.

Se affermi di avere una batteria con una differenza di potenziale di 3000 V tra i suoi terminali e di aver collegato un terminale alla sporcizia conduttiva della terra e di mantenere uno spazio d'aria massimo di 1 mm tra l'altro terminale e il suolo, probabilmente l'aria si romperà e completerà il circuito (terminale della batteria, terra, aria ionizzata, altro terminale della batteria) permettendo alla corrente di fluire tra i terminali della batteria.

— E Riachi
fonte