تعد الكهرباء عاملاً لا غنى عنه في الحياة الحديثة ، وعلى الرغم من أن الأنواع الرئيسية للوقود تستخدمه البشرية في إنتاجها مصدر قلق كبير ، الكهرباء نفسها ستكون مطلوبة ما دامت الحضارة في شكلها الحالي يصر - يتمسك برأيه. في الوقت نفسه ، من بين حقائق السلامة الأولى التي يتعلمها كل طفل تقريبًا أن الكهرباء هي أو يمكن أن تكون خطيرة للغاية.
علاوة على ذلك ، فإن الكهرباء التي يولدها البشر ويمكنهم بالتالي التحكم فيها إلى حد كبير ليست سوى جزء من القصة هنا. ظاهرة البرق مألوفة أيضًا للأطفال الصغار جدًا ، وهي في نفس الوقت مصدر رعب وقلق حتى للكبار. لكن "ضرباتها" على مستوى الأرض لا يمكن التنبؤ بها تقريبًا كما قد تكون مميتة ، وإلقاء نظرة فاحصة على تؤكد الإضافات للمباني والهياكل الأخرى حول العالم على الضرورة الملحة لهذه السلامة اعتبار.
التأريض الكهربائي، وتسمى أيضاالتأريض، يوفر مسارًا لتدفق التيار إلى الأرض وتشتت الشحنة الكهربائية الزائدة بدلاً من التراكم وخلق خطر محتمل. يعمل هذا لأن الأرض ، كونها محايدة كهربائيًا ولكنها هائلة أيضًا ، يمكن أن تقبل وتقدم كبيرة عدد الإلكترونات (حسب معايير الصناعة البشرية) بدون تغييرات ملحوظة على هذا "الجهد الصفري" حالة.
الشحن والجهد والتدفق الحالي
شحنة كهربائيةفي الفيزياء يقاس بـكولوم. الشحنة الأولية (غير القابلة للتجزئة) هي تلك الموجودة على إلكترون واحد (e-) أو بروتون ، بقوة 1.60 10-19 C وتعطى علامة سالبة للإلكترونات. يؤدي فصل الجسيمات المشحونة عكسيا إلى إنشاء aالجهد االكهربى، أو فرق الجهد الكهربائي ، الذي يُقاس بالجول لكل كولوم (J / C) ويحث الإلكترونات على التدفق في اتجاه صافي الشحنة الموجبة ، وهي حركة تسمىالتيار الكهربائي.
- "تريد" الإلكترونات أن تتدفق باتجاه طرف موجب أو منطقة أخرى من صافي الجهد الموجب لنفس السبب الأساسي الماء "يريد" أن يتدفق إلى أسفل المنحدر: فرق جهد ، ولكن يتم تحديده بواسطة القوة الكهربائية بدلاً من القوة الجاذبية.
يتم قياس تدفق الإلكترونات هذا بوحدات C / s أوأمبير("أمبير") ، يحدث فقط إذا كان المسار بين مصادر الجهد أموصلويسمح بتدفق التيار بسهولة ، مثل معظم المعادن. تسمى المواد غير الموصلةعوازل، وتشمل البلاستيك والخشب والمطاط (من الواضح أن وفرة العوازل بين المنتجات اليومية أمر جيد). في القياس السابق ، السد الذي يعيق التدفق الطبيعي لتيار النهر يشبه العازل ، أوعازل.
تحتوي جميع المواد ، حتى الموصلات الجيدة ، على بعض الكهرباءمقاومة، يعنيرويقاس بالأوم (Ω). تسمح هذه الكمية بعلاقة رسمية بين الجهد والتدفق الحالي ، تسمىقانون أوم:
أنا = \ frac {V} {R}
كيف يعمل التأريض؟
يُعرَّف التيار الكهربائي بأنه يتدفق من جهد أعلى إلى جهد أقل (وهونفس النتيجةكإلكترونات تتدفق في اتجاه سالب إلى موجب - احرص على عدم الخلط بين هذه النقطة!) بشرط وجود مسار مناسب بين الاثنين. عندما يتم توصيل طرفي البطارية بسلك موصل ، على سبيل المثال ، يتدفق التيار بحرية في حلقة مع الحد الأدنى من المقاومة.
ومع ذلك ، إذا لم تكن هناك مسارات عالية التوصيل تربط فرق الجهد ، فقد يتدفق التيار على أي حال نتيجة لذلكانهيار العزل الكهربائيإذا كان الجهد مرتفعًا بدرجة كافية - يشبه إلى حد كبير ما يمكن أن يحدث مع الفشل الهيكلي للسد الناجم عن حجم غير مسبوق في خزان المنبع.
- هذا هو السبب في أن البرق "يضرب". التيار "لا ينبغي" أن يكون قادرًا على التدفق في مادة عازلة مثل الهواء ، لكن الفولتية الهائلة للصواعق تطغى على هذا العامل.
المسار الكهربائي الأكثر قطعًا... أو سعى
دائمًا ما يحاول التيار الكهربائي ، مثل الماء الذي يشق طريقه إلى أسفل منحدر صخري رقيق ، أن يسلك الطريق الأقل مقاومة. إذا تم إعاقته من قبل عدد من المواد العازلة المختلفة ، فسوف يرغب في التدفق من خلال أقل المواد عازلة (أي ، الأكثر موصلة). إذا كان هناك مسار موصل ، فسيختار دائمًا هذا المسار على أي مسار آخر.
الهواء عازل ، وجسم الإنسان موصل نسبيًا. لذا ، إذا تميزت في مجال ما أثناء عاصفة رعدية ، فأنت في خطر كبير للتعرض لصدمة كهربائية.قضبان البرقتوفير مسار تأريض من خلال إثبات أنه سهل ،مقاومة منخفضةهدف الصواعق. يفضل البرق أن يتدفق عبر المعدن بدلاً من أن يتدفق من خلالك ، لذلك هناك ذلك.
يحتوي المسار من مانعة الصواعق إلى الأرض نفسها على ميزة أساسية واحدة لجميع عمليات إعداد التأريض: لا توجد التفافات على طول الطريق! تتدفق الكهرباء مباشرة إلى الأرض نفسها لأنه ليس لديها خيارات أخرى. هذا هو السبب في أن "الأسلاك" الأرضية لا يجب أن تكون أسلاكًا مفردة ؛ يمكن أن تكون إطارات معدنية ،طالما أن الطريق إلى الأرض مستقل تمامًا، مما يعني أنها دائرة بسيطة.
- كما تم اقتراحه بالفعل ، يمكن للأرض أيضًا أن تكون بمثابة "مانح للإلكترون" حسب الحاجة نظرًا لقدرتها على تشتيت الشحنة - موجب وكذلك سالب ، على حجم ضخم - وليس مجرد "متقبل للإلكترون" كما هو الحال في مانع الصواعق قضية.
لماذا التأريض مهم؟
في حين أن قضبان الصواعق ضرورية ، إلا أنها لا تستخدم في كل لحظة من كل يوم ، مثل الدوائر الكهربائية التي لا تعد ولا تحصى في المنازل والمكاتب والمصانع في جميع أنحاء العالم.
في الدائرة الكهربائية ، يخلق سلك التأريض مسارًا إضافيًا للتيار في حالة حدوث عطل قصير أو عطل آخر. بدلاً من صدمتك عند لمس مكونات الدائرة ، سيتدفق التيار بدلاً من ذلك عبر سلك التأريض الأكثر توصيلًا. لا يمنعك التأريض من التعرض للصدمة فحسب ، بل يحافظ أيضًا على معداتك في مأمن من الارتفاعات الحالية التي من شأنها أن "تصدمها" أيضًا.
ملاحظة: الجهد العالي نفسه لا يضر.ومع ذلك ، فإن الاختلاف الكبير في الجهد يجعل من المرغوب فيه أن تقفز الشحنة ، وبذلك ينتج تيارًا أكبر. فكر في الأمر مثل الوقوف على حافة جرف طويل. ليست المشكلة في التواجد على الجرف المرتفع. هذا ما يحدث بعد أن تنحرف نتيجة أن الصخرة لم تعد "تعزلك" عن تأثير الجاذبية وتسمح للهواء "بتوجيهك" بسهولة (نأمل أن تكون في شبكة أمان!).
المكونات ذات الثلاثة شعب
في البيئات المنزلية ، يعالج التأريض كلاً من "الأعراض" و "المرض" في حالة التراكم غير المتوقع للشحنات على أسطح الأجهزة. فهو لا يسمح فقط للرسوم المارقة بالخروج الفوري "في اتجاه واحد" حتى تتمكن من الانتشار في مكان آخر ، ولكنه يمنع أيضًا دخول المزيد من الشحنات غير المرغوب فيها عن طريق مقاطعة الدائرة "المنبع".
يحتوي المنفذ الحديث النموذجي على ثلاثة ثقوب: شقان متجاوران وفتحة مستديرة تقريبًا تحته. الشق العمودي الأصغر مخصص للسلك "الساخن" (أو حرفياً ، مكون التوصيل) للتيار الوارد ؛ شريكها الأطول هو السلك المحايد (الخروج). القابس المستدير عبارة عن سلك أرضي متصل مباشرة بمخرج من الدائرة ، لذا فإن الشحنات الخطرة التي قد تتدفق على طول سطح الجهاز يمكن أن تهرب إلى الأرض. تم إعداد هذا السلك بحيث أنه فوق مستوى تيار معين ، تنكسر الدائرة بأكملها وتوقف جميع التيار الوارد.
أمثلة على التأريض
التأريض يسمح للأماناستقرار الجهدفي الدوائر والأنظمة الكبيرة. يضمن مثبت الجهد أن الجهد الوارد ، والذي يمكن أن يتقلب بشكل كبير حول القيمة المطلوبة بمجرد دخوله المجمع والدوائر الحساسة مثل المعالج الدقيق للكمبيوتر ، يتم تطبيعها إلى قيمة مقيدة بإحكام عن طريق زيادة أو تقليل V مثل بحاجة.
انالمكشاف الكهربائيهو موصل يستخدم تحريض الشحن للإشارة إلى وجود رسوم خارجية. يستخدم هذا المبدأ القائل بأن الإلكترونات تتنافر. إذا كان مصدر الإلكترونات مثل قضيب زجاجي مشحون (مثال على الكهرباء الساكنة ؛ الإلكترونات "تجلس" هناك فقط لأن الزجاج عازل) تُثبت بالقرب من جانب المكشاف الكهربائي الموصل (لكن محايد!) ، وهذا "يدفع" الإلكترونات الموجودة في الكرة بعيدًا قدر الإمكان. يقع هذا في منتصف الوحدة ، حيث يتم دفع "الأوراق" المعدنية بعيدًا للإشارة إلى تجمع الإلكترونات بالقرب من جانب الكرة على سطح طرف القضيب.
عندما يحدث هذا ، يجب أن يكون تراكم الإلكترونات في الداخل متوازناً بطريقة ما ، لأن الكرة تجري. نتيجة لذلك ، تتجمع الشحنات الموجبة بالقرب من طرف القضيب ، كما قد تتوقع.
- من الواضح أن استخدام سلك تأريض للالتفاف على القاعدة العازلة للكشاف الكهربائي سيغير هذه الصورة. كيف؟