Un circuito può essere alimentato dalla Terra con una terra di ritorno su Marte?

Potresti usare un filo caldo (120v 60 hz) da terra e un'asta di rame inserita in un altro corpo extraterrestre (marte) per completare un circuito? Se l'impedenza non era qualcosa di cui preoccuparsi (fingere che Marte sia solo a un miglio di distanza o qualcosa del genere).

L'ho già chiesto in altri posti e ho ottenuto risposte davvero contrastanti.

Dipende dalla tensione tra Marte e la Terra, che non conosciamo. È improbabile che questa tensione sia 0 e potrebbe essere enorme. Il tuo circuito riceverà una tensione all'incirca della stessa grandezza, con il risultato di quello che probabilmente sarebbe un fallimento spettacolare del tuo tostapane interplanetario.

Schiarire l'aria

L'idea, "affinché la corrente scorra, ci deve essere una connessione con la terra", è comune ed è totalmente falsa . Se il malinteso fosse vero, i circuiti su aeroplani e satelliti non funzionerebbero poiché non esiste alcun collegamento con la terra. Il suo abbastanza ovvio che tali circuiti fanno il lavoro, e che una connessione a terra è del tutto inutile per alcuni circuiti per funzionare correttamente. L'idea sbagliata deriva dal concetto di messa a terra , ma ricorda che la terra è semplicemente una tensione di riferimento. Non deve necessariamente essere la Terra. Potrebbe essere Marte o qualsiasi altro potenziale elettrico.

In secondo luogo, affinché la corrente scorra, un circuito non deve creare un circuito fisicamente chiuso . Se il punto A è fissato a e il punto B è fissato su , non è necessario che siano fisicamente connessi affinché questa proprietà sia vera. Quando colleghiamo una resistenza tra il punto A e il punto B, la corrente da B ad A sarà , secondo la legge di Ohm . A volte è utile simbolicamenteV b I B A = V b / R 0 V V m a r $0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$collegare ogni componente alla tensione di riferimento di terra. In questo modo possiamo pensare alla terra collegata al punto A e collegata a una sorgente di tensione che si collega al punto B. In questo caso, i due punti non devono ancora essere collegati fisicamente, ma possono essere considerati simbolicamente collegati. In questo quadro, pensa alla Terra come al punto A, con la nostra tensione di riferimento di , e a Marte come al punto B con una tensione sconosciuta, .$0V$$V_{mars}$

Ho incontrato Marte

Diciamo che possiamo fare collegamenti elettrici quasi ideali ovunque (supponiamo di avere un piccolo portale a portata di mano). Le leggi fisiche che regolano l'elettricità sono le stesse ovunque nell'universo. Quindi cosa succede quando si collega il circuito con la terra nella crosta marziana usando questo portale? In realtà, dipende da cosa sia :$V_{mars}$

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

In questo caso il tuo circuito funziona perfettamente normalmente. Il tuo circuito non ha idea che sia collegato a Marte e non alla Terra poiché hanno approssimativamente lo stesso potenziale elettrico.

Caso 2 , oV m a r s ≪ V e a r t h = 0 $V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

Nel caso in cui la tensione di Marte differisca significativamente dalla tensione della Terra, la corrente continuerà sicuramente a fluire, ma il tuo circuito potrebbe non comportarsi come ti aspetti. Potrebbe bruciare un fusibile, saldare ad arco tutto nelle vicinanze o semplicemente vaporizzare il nostro piccolo tostapane coraggioso, a seconda di quanto sia enorme .$V_{mars}$

Tensione tra Marte e Terra

Non sappiamo davvero quale sarebbe , poiché non conosciamo la carica netta della Terra o di Marte. C'è un documento, " Discussione sulla carica elettrica netta della Terra " che ci fornisce alcuni indizi:$V_{mars}$

... Integrata per un tempo sufficientemente lungo, la corrente netta verso o dalla terra deve essere zero. Se così non fosse, il potenziale della terra si accumulerebbe a una tale intensità che nessuna forza potrebbe "sparare" più cariche lungo la pendenza potenziale e una volta raggiunto questo stato, la corrente netta sarebbe effettivamente zero. Questo è un equilibrio dinamico.

Il problema di una carica netta sulla terra solida (e liquida) (cioè il globo) non può essere risolto partendo dal fatto che la corrente a quel corpo è zero (sempre o nella media per lungo tempo); nemmeno nell'ambito del "quadro classico dell'elettricità atmosferica". Non sembra esserci un metodo pratico per misurarlo.

Fondamentalmente, possiamo supporre che Terra e Marte abbiano raggiunto ciascuna le rispettive cariche di equilibrio, ma non abbiamo modo di sapere se queste cariche sono nette positive, neutre, negative o quali siano le loro magnitudini. Poiché non conosciamo le spese nette dei rispettivi pianeti, non possiamo stimare la tensione tra di loro.

Penso che la risposta sia in realtà sì, anche se non per i motivi che pensi.

Ci sono un paio di problemi pratici anche se raggiungi la tua scatola di trucchi SF e tiri fuori 400 milioni di km di cavo indistruttibile.

Il primo di questi è il "vento solare": un flusso di particelle ad alta velocità caricate elettricamente dal sole. Ciò consisterà in elettroni e protoni liberi. Sono influenzati dal campo magnetico terrestre; il loro ingresso nell'atmosfera si traduce in aurore come l'aurora boreale. L'effetto del vento solare può far sì che la carica netta della Terra o di Marte non sia zero. Ciò può provocare una scarica simile a un fulmine molto grande durante il collegamento del filo. Vedi ad esempio questa domanda.

Il filo è anche un conduttore che si muove nel campo magnetico del sole, il che quindi indurrà una corrente anche se è collegato a terra (palustre?) Ad entrambe le estremità. Data la sua lunghezza, questo può essere grande.

È anche un'antenna, quindi raccoglierà interferenze RF solari.

Supponiamo di ignorarli tutti. C'è un altro effetto che entra in gioco. La lunghezza d'onda della rete a 50Hz è di soli 6000 km, quindi il cavo funzionerà come una linea di trasmissione. In un dato punto la corrente scorrerà avanti e indietro.

Potresti modellarlo come un'antenna monopolare molto, molto grande con una sfera non conduttiva all'estremità, come un'antenna per auto con una palla da pingpong accesa. Supponendo che tu abbia una fonte di alimentazione abbastanza grande da superare le perdite resistive nel filo, puoi semplicemente collegare la tua applicazione CA e funzionerà. Probabilmente avrai bisogno di molto più di 120 V sul lato guida per raggiungere 120 V al centro del filo, anche se il cavo è superconduttore.

I due corpi formerebbero un condensatore (molto molto molto piccolo), quindi il circuito sarebbe effettivamente chiuso e una corrente (molto molto piccola) potrebbe fluire.

Questa è la risposta teoricamente corretta. In pratica la corrente sarebbe così piccola per quasi tutti gli scopi pratici che potremmo chiamarla zero.

A tutti gli effetti, no.

Le connessioni "Terra" funzionano in virtù del fatto che tutte le barre di terra inserite nel terreno di un singolo pianeta sono effettivamente collegate tra loro attraverso la crosta del pianeta. La connessione non è necessariamente perfetta (es. 0Ω, ma ha un'impedenza abbastanza bassa).

Dato che la terra e Marte sono elettricamente isolati l'uno dall'altro da molti milioni di chilometri di vuoto estremamente duro, non ci sarebbe alcun percorso per il ritorno della corrente. Come tale, finiresti con qualcosa che si comportava in modo molto simile a un condensatore, come ha detto Wouter van Ooijen.

Dipende dalla terra di ritorno o dalla domanda se si completa il circuito, usando le parole della domanda.

La parte confusa nella tua foto è il generatore di corrente alternata: viene mostrato senza i suoi due terminali e circondato dalle acque equipotenziali dell'Oceano Atlantico. Pertanto, tutta la corrente che crea rimarrà nell'Oceano. Un altro dettaglio potenzialmente fuorviante della tua domanda è il simbolo terra / terra su Marte, e sospetto che questa sia la radice dei tuoi problemi. Quindi, ...

Ho preso la libertà di riorganizzare la configurazione, usando solo un'altra immagine per il generatore, con due terminali. Un'estremità del generatore è collegata alla Terra (ⴲ), l'altra va a una lampadina e da lì a Marte (♂), completa dell'asta di rame che menzioni. Si noti che la lampadina rimane spenta ("spenta").

Se vuoi che la corrente scorra e la lampadina sia accesa, hai bisogno di un filo di ritorno , che chiude il circuito in questo modo:

Perché il circuito funzioni, non hai bisogno di nulla per essere messo a terra o messo a terra , ciò di cui hai bisogno è un intero circuito in cui la corrente può fluire in un circuito. Per il gusto di farlo, usiamo il simbolo di terra / terra arbitrariamente e creare un circuito che è Earthed e uno che è Marsed . Si noti che questo è solo un simbolo aggiuntivo utilizzato a nostra discrezione per ottenere un riferimento comune per l'intera cosa - non è qualcosa di cui abbiamo bisogno per far funzionare il circuito.

Ciò di cui avevamo davvero bisogno per far funzionare il circuito era il filo di ritorno da Marte alla Terra. Questo filo di ritorno in realtà mette Marte e la Terra allo stesso potenziale, quindi possiamo persino considerare la Terra marinata e Marte messa a terra - questa è ancora la stessa disposizione, non importa se usiamo no, uno o due simboli Terra / Terra:

Ora, potrebbe esserci ancora un'ultima domanda: cosa succede se utilizziamo un simbolo Terra nella prima immagine, quello senza filo di ritorno? Come questo:

O questo:

Bene, la lampadina rimane spenta. Di nuovo: non è il simbolo, è il filo di ritorno che è necessario e non ce l'abbiamo in nessuna delle ultime due foto.

Hmmm ... Se al circuito non interessa davvero il simbolo Terra / Terra, perché è così comunemente usato da così tanti? Qual e il punto?

Controllalo:

La lampadina è accesa, ma manca il collegamento di ritorno. Questo è possibile perché, usando la magia del simbolo di terra , tutte le parti di uno schema circuitale che sono collegate a un simbolo di terra sono considerate collegate, anche se nessuno ha impiegato il tempo per disegnare effettivamente i fili che collegano tutti i bit di terra di un circuito .

Questi sono tutti uguali, solo usando una notazione diversa:

Il simbolo terra / terra è così utile che lo usiamo spesso e quando siamo sciatti, a volte non prestiamo nemmeno attenzione a chiamarlo correttamente terra o terra. A rigor di termini, un circuito collegato a terra è collegato alla Terra o alla terra di sicurezza (letteralmente: una grande asta accanto a casa o al giardino, guidato nella terra) e un circuito collegato a terra può essere collegato all'estremità (-) di un dispositivo azionato a batteria , senza alcuna connessione effettiva alla terra reale. Questo è confuso, ma è un gergo e tutti lo usano.

Grazie a tutte queste conoscenze, puoi capire perché è molto divertente ( fonte di immagini ) ...

• Nota (1): ho usato i simboli astronomici (ⴲ, ♂) per un motivo. Nel fare ciò, ero libero di usare il simbolo elettrico della Terra su entrambi i pianeti.

• Nota (2): il generatore CA potrebbe anche essere una batteria CC. Ai fini della comprensione di questa configurazione, è possibile pensare a una fonte CA proprio come si farebbe con una batteria invertita 50 o 60 volte al secondo (a seconda degli standard nazionali). Per spiegare perché DC non funzionerebbe bene sulla terra e nel terreno, senza filo di ritorno fisico, fatto di metallo, considera l'elettrolisi e l'umidità nel terreno, per cominciare ... Questa è tutta un'altra storia ...

È meglio abbandonare la parola "terra". Un nodo del tuo circuito è collegato a terra, l'altro è bloccato. Questi sono motivi separati.

Non dobbiamo andare nello spazio per creare terreni disconnessi. Nello schema seguente, V1 fornisce 120 VRMS a 60 Hz e che XFMR1 e XFMR2 sono trasformatori di isolamento 1: 1. Ognuno crea il proprio dominio elettrico in cui un nodo può essere identificato come terra e un altro come "caldo". La corrente non può fluire dal "caldo" in un dominio e la terra nell'altro, per la mancanza di un circuito completo, e quindi la lampada non può accendersi.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Sfortunatamente non sono mai stato su Marte, quindi non c'è modo di testare questa teoria. Il 120v 60hz di un generatore è calibrato da terra. In altre parole, stiamo usando la carica della terra come riferimento zero. Il riferimento può essere analizzato dalla velocità. Ad esempio, con quale velocità ti stai muovendo? Dipende da cosa lo stai confrontando: sei il punto di partenza; il centro della terra; il Sole; il centro galattico; o, la persona accanto a te in una gara. Ho postulato che la tensione a terra è la stessa cosa. Quindi la tensione netta per un circuito messo a terra sarebbe 120v +/- la differenza di carica tra Terra e Marte. Se fossi in grado, testerei questa teoria misurando la tensione di un circuito collegato a terra su Marte con una sorgente di tensione nota. Poiché è calibrato sulla Terra, la differenza definirebbe la carica di Mar rispetto a quella della Terra.

Il problema è che il disegno che presenti non contiene un circuito chiuso, quindi non dovrebbe fluire corrente.

Ciò è tuttavia possibile in alcuni casi:

1. puoi mettere un po 'di carica sulla Terra e la corrente scorrerà fino a quando le cariche di due pianeti sono uguali, ad esempio puoi prendere alcuni elettroni da Marte e inviarli sulla Terra,

2. se usi AC, c'è una capacità tra loro (vedi la risposta di Wouter van Ooijen ), che chiude il loop,

3. se la carica della Terra è diversa da zero (caso 1), c'è un campo magnetico attorno ad esso, poiché ruota attorno al Sole, che (in qualche modo) potrebbe essere usato per indurre tensione tra i pianeti. Non riesco a immaginare come si possa controllarlo.

La mia risposta è che sì - è possibile, ma al momento solo in modo teorico.