Заземяване (физика): Как работи и защо е важно?

Електричеството е незаменим фактор в съвременния живот и въпреки че основните видове горива, които човечеството използва, за да ги произвежда са източник на голяма загриженост, самото електричество ще се изисква, докато цивилизацията в сегашния си вид продължава. В същото време сред първите факти за безопасността, на които се учи почти всяко дете, е, че електричеството е или може да бъде изключително опасно.

Освен това електричеството, което хората генерират и следователно може да контролира до голяма степен, е само част от историята тук. Феноменът мълния е познат и на много малки деца и същевременно е източник на страхопочитание и безпокойство дори за възрастните. Но неговите "удари" на ниво Земя са почти толкова непредсказуеми, колкото и потенциално смъртоносни, и внимателен поглед към добавките към сгради и други структури по света подчертават неотложността на тази безопасност съображение.

​Електрическо заземяване, също наричанзаземяване, осигурява път за протичане на ток в земята и излишен електрически заряд да се разпръсне, вместо да се натрупва и да създава потенциална опасност. Това работи, защото Земята, която е електрически неутрална, но също така и огромна, може както да приема, така и да предоставя големи брой електрони (по стандартите на човешката индустрия) без забележими промени в това "нулево напрежение" държава.

​Електрически зарядвъв физиката се измерва вкулони. Елементарният (неделим) заряд е този върху единичен електрон (e-) или протон, с магнитуд 1,60 10^-19 C и даден отрицателен знак за електрони. Разделянето на противоположно заредени частици създава aволтаж, или разлика в електрическия потенциал, която се измерва в джаули на кулон (J / C) и кара електроните да текат в посока на чист положителен заряд, движение, нареченоелектрически ток​.

• Електроните "искат" да текат към положителен терминал или друга област на нетно положително напрежение по същата съществена причина водата "иска" да тече надолу: потенциална разлика, но установена от електрическата сила вместо от силата на земно притегляне.

Този поток от електрони, измерен в C / s илиампера("усилватели"), възниква само ако пътят между източниците на напрежение е aдиригенти позволява лесно протичане на ток, както повечето метали. Извикват се непроводящи материалиизолатори, и те включват пластмаса, дърво и каучук (изобилието от изолатори сред ежедневните продукти очевидно е нещо добро). В предишната аналогия, язовир, който задържа естествения поток на речното течение, е като изолатор, илидиелектрик​.

Всички материали, дори добри проводници, имат някои електрическисъпротива, обозначенRи се измерва в ома (Ω). Това количество дава възможност за формална връзка между напрежението и потока на потока, т.нарЗаконът на Ом​:

Електрическият ток се определя като преминаващ от по-висок потенциал към по-нисък потенциал (който есъщия резултаткато електрони, течащи в отрицателна към положителна посока - внимавайте да не объркате тази точка!) при условие, че съществува подходящ път между двете. Когато двата извода на батерията са свързани например с проводящ проводник, токът протича свободно в контур с минимално съпротивление.

Въпреки това, ако няма силно проводими пътища, свързващи потенциална разлика, токът може да протече така или иначе в резултат надиелектрична разбивкаако напрежението е достатъчно високо - подобно на това, което би се случило при структурна повреда на язовир, нанесен от безпрецедентен обем в горния резервоар

• Ето защо мълнията „удря“; токът „не би трябвало“ да може да тече в диелектричен материал като въздуха, но огромното напрежение на мълнията преодолява този фактор.

Електрическият ток, подобно на водата, която си проправя път по нежен скалист наклон, винаги се опитва да поеме по пътя на най-малкото съпротивление. Ако това е възпрепятствано от множество различни изолационни материали, то ще иска да премине през най-малко изолационния (т.е. най-проводящия) такъв. Ако съществува проводящ път, той винаги ще избере този път пред всичко останало.

Въздухът е изолатор, а човешкото тяло е относително проводимо. Така че, ако се откроите в поле по време на мълния, вие сте изложени на висок риск от токов удар.Гръмоотводиосигурете заземителна пътека, доказвайки лесен,ниско съпротивлениемишена за удари от мълния. Мълниите по-скоро биха преминали през метал, отколкото през вас, така че има и това.

Пътят от гръмоотвода към самата земя има една съществена характеристика на всички заземяващи устройства: Няма отклонения по пътя! Електричеството се влива точно в самата Земя, защото няма други възможности. Ето защо заземяващите "проводници" не трябва да бъдат единични проводници; те могат да бъдат метални рамки,стига пътят до Земята да е напълно самостоятелен, което означава, че това е проста схема.

• Както вече беше предложено, Земята може да служи и като „донор на електрон“, ако е необходимо, поради способността си да разпръсква заряда - както положителен, така и отрицателен, в огромен обем - и не само като "електронен акцептор", както в гръмоотвода случай.

Докато гръмоотводите са жизненоважни, те не се използват всеки момент от всеки ден, като безброй електрически вериги в домове, офиси и производствени предприятия по целия свят.

В електрическа верига заземителният проводник създава допълнителен път за ток в случай на къса или друга неизправност. Вместо да ви шокира, когато докоснете компонентите на веригата, токът вместо това ще тече през по-проводящия заземителен проводник. Заземяването не само ви предпазва от шокиране, но също така предпазва оборудването ви от настоящите пренапрежения, които иначе биха го "шокирали".

​Забележка: Самото високо напрежение не вреди.Голямата разлика в напрежението обаче прави по-желателно зареждането да скача и по този начин създава по-голям ток. Помислете за това като да стоите на ръба на висока скала. Проблемът не е на високата скала. Това се случва, след като излезете в резултат на това, че скалата под краката вече не ви „изолира“ от влиянието на гравитацията и позволява на въздуха лесно да ви „поведе“ (надявам се в предпазна мрежа!).

В битови условия заземяването третира както „симптома“, така и „заболяването“ в случай на непредвидено натрупване на заряди по повърхностите на уредите. Той не само позволява на мошениците незабавно незабавно „еднопосочно“ излизане, за да могат да се разпръснат другаде, но също така предотвратява навлизането на повече нежелани заряди, като прекъсва веригата „нагоре по течението“.

Типичният съвременен изход има три отвора: два прореза един до друг и почти кръгъл отвор отдолу. По-малкият вертикален процеп е за "горещия" проводник (или буквално, щепселен компонент) за входящ ток; по-дългият му партньор е за неутралния (изходния) проводник. Кръглият щепсел е заземителен проводник, свързан направо към изход от веригата, така че опасните заряди, които иначе биха текли по повърхността на уреда, могат да избягат към земята. Този проводник е настроен така, че над дадено ниво на тока, цялата верига е прекъсната и целият входящ ток спира.

Заземяването позволява безопасностабилизация на напрежениетов големи вериги и системи. Стабилизаторът на напрежението гарантира, че входящото напрежение, което всъщност може да варира значително около желаната от него стойност, щом е в комплекса и чувствителни вериги като компютърен микропроцесор, се нормализира до строго ограничена стойност чрез увеличаване или намаляване на V като необходими.

Anелектроскопе проводник, който използва индукция на заряда, за да сигнализира за наличието на външни заряди. Това използва принципа, че електроните се отблъскват взаимно. Ако източник на електрони като зареден стъклен прът (пример за статично електричество; електроните просто "седят" там, защото стъклото е изолиращо) се държи близо до страната на проводящия (но неутрален!) електроскоп, това "избутва" електроните в топката колкото се може по-далеч. Това е към центъра на устройството, където металните „листа“ се изтласкват, за да сигнализират за електроните, събрани близо до страната на топката на повърхността на върха на пръта.

Тъй като това се случва, натрупването на електрони вътре трябва да бъде балансирано по някакъв начин, тъй като сферата е проводяща. В резултат на това положителните заряди се събират, както бихте могли да предвидите, близо до върха на пръта.

• Прилагането на заземяващ проводник за заобикаляне на изолационната основа на електроскопа ясно би променило тази картина. Как