Maandus (füüsika): kuidas see töötab ja miks see on oluline?

Elekter on kaasaegses elus asendamatu tegur ja kuigi inimkonna peamised kütused seda kasutavad põhjustavad suurt muret, on elektrit ennast vaja seni, kuni tsivilisatsioon praegusel kujul püsib. Samal ajal õpetatakse praktiliselt igale lapsele esimeste ohutusalaste faktide hulgas seda, et elekter on või võib olla äärmiselt ohtlik.

Pealegi on elektrienergia, mida inimesed toodavad ja mida seetõttu suures osas kontrollida saab, vaid üks osa loost. Piksenähtus on tuttav ka väga väikestele lastele ning see tekitab samaaegselt aukartust ja muret ka täiskasvanutele. Kuid selle "streigid" Maa tasandil on peaaegu sama ettearvamatud kui potentsiaalselt surmavad, ja lähemalt vaadates hoonete ja muude rajatiste lisad kogu maailmas rõhutavad selle ohutuse pakilisust kaalutlus.

​Elektriline maandus, nimetatud kamaandus, annab võimaluse voolu maapinnale voolata ja liigne elektrilaeng hajuda, selle asemel, et tekitada potentsiaalset ohtu. See töötab, sest Maa, olles elektriliselt neutraalne, kuid ka tohutu, suudab nii suuri kui ka rahuldavaid elektronide arv (inimtööstuse standardite järgi) ilma selle "nullpinge" märgatavate muutusteta riik.

​Elektrilaengfüüsikas mõõdetaksekulombid. Elementaarne (jagamatu) laeng on ühe elektroni (e-) või prootoni laeng suurusjärgus 1,60 10^-19 C ja antud elektronide jaoks negatiivne märk. Vastupidiselt laetud osakeste eraldamine tekitab aPingeehk elektriline potentsiaalide erinevus, mida mõõdetakse džaulides kulonbi kohta (J / C) ja mis paneb elektronid voolama positiivse netolaengu suunas, mida nimetatakseelektrivool​.

• Samal olulisel põhjusel soovivad elektronid voolata positiivse klemmi või positiivse netopinge muu ala suunas vesi "tahab" voolata allamäge: potentsiaalne erinevus, kuid selle määrab elektrijõud jõu jõu asemel raskusjõud.

See elektronide voog, mõõdetuna C / s võiamprit("amprit") tekib ainult siis, kui pingeallikate vaheline tee on adirigentja võimaldab hõlpsasti voolu, nagu enamik metalle. Mittejuhtivaid materjale nimetatakseisolaatoridning nende hulka kuulub plast, puit ja kumm (isoleerite rohkus igapäevaste toodete hulgas on selgelt hea asi). Eelmises analoogias on jõevoolu loomulikku voolu pidurdav tamm nagu isolaator võidielektriline​.

Kõigil materjalidel, isegi headel juhtidel, on elektritvastupanu, tähistatudRja mõõdetakse oomides (Ω). See kogus võimaldab ametlikku suhet pinge ja voolu vahel, nnOhmi seadus​:

Elektrivool on määratletud kui vool suuremast potentsiaalist madalama potentsiaalini (mis onsama tulemuselektronidena, mis voolavad negatiivsest positiivsesse - olge ettevaatlik, et seda punkti mitte segi ajada!) tingimusel, et nende kahe vahel on sobiv rada. Kui aku kaks klemmi on ühendatud näiteks juhtme abil, voolab vool minimaalse takistusega ajas vabalt.

Kuid kui potentsiaalide erinevust ühendavaid kõrge juhtivusega teid pole, võib vool niikuinii selle tagajärjel voolatadielektriline jaotuskui pinge on piisavalt kõrge - umbes nagu juhtuks ka tammi struktuurse purunemise korral, mille tekitas pretsedenditu maht ülevoolus asuvas reservuaaris.

• Sellepärast "lööb" välk; vool "ei tohiks" voolata dielektrilises materjalis nagu õhk, kuid suured välgupinged ületavad selle teguri.

Elektrivool, nagu vesi, mis jõuab mööda õrna ja kivist kallakut, püüab alati minna vähima vastupanu teed. Kui seda takistavad mitmed erinevad isoleermaterjalid, soovib see voolata läbi kõige vähem isoleeriva (st kõige juhtivama) materjali. Kui juhtiv tee on olemas, valib ta selle tee alati kõige muu asemel.

Õhk on isolaator ja inimese keha on suhteliselt juhtiv. Nii et kui välkkiire ajal väljal silma paistate, on teil suur oht saada elektrilööki.Piksevardadpakkuda maandumistee, osutudes lihtsaks,madala vastupidavusegavälgulöökide sihtmärk. Välk voolab pigem läbi metalli kui teie kaudu, nii et seal on ka see.

Teel piksevardast maasse ise on kõigi maandamisseadmete üks oluline omadus: Teel pole ümbersõite! Elekter voolab otse Maale, kuna tal pole muid võimalusi. Seetõttu ei pea maandusjuhtmed olema üksikud juhtmed; need võivad olla metallraamid,seni, kuni tee Maale on täiesti iseseisev, mis tähendab, et see on lihtne vooluring.

• Nagu juba soovitatud, võib Maa laengu hajutamise tõttu olla ka "elektronidoonor" - nii positiivseid kui ka negatiivseid, tohutul hulgal - ja mitte ainult "elektronide aktseptorina" nagu piksevardal juhtum.

Kuigi piksevardad on üliolulised, ei kasutata neid iga päev igal hetkel, nagu näiteks lugematu arv elektriskeeme kodudes, kontorites ja tootmisettevõtetes kogu maailmas.

Elektriahelas loob maandusjuhe lühise või muu rikke korral täiendava voolutee. Selle asemel, et ahela komponente puudutades teid šokeerida, voolab vool läbi juhtivama maandusjuhtme. Maandus ei hoia teid mitte ainult šokeerimisest, vaid hoiab ka teie seadmeid kaitstud praeguste hüppeliselt, mis muidu ka seda "šokeeriks".

​Märkus: Kõrgepinge ise ei kahjusta.Suur pingevahe muudab aga laengu hüppamise soovitavamaks ja loob seeläbi suurema voolu. Mõelge sellele, nagu seisaksite kõrge kalju serval. Probleemiks pole mitte kõrge kalju peal olemine. See juhtub pärast seda, kui te lahkute, kuna jalgealune kivi ei "isoleeri" teid gravitatsiooni mõjude eest ega lase õhul teid hõlpsalt "juhtida" (loodetavasti turvavõrku!).

Kodumajapidamises ravib maandamine nii sümptomit kui ka haigust juhul, kui seadmete pinnale tekib ootamatult laenguid. See mitte ainult ei võimalda petturitel kohe "ühesuunalist" väljapääsu, et nad saaksid mujale hajuda, vaid takistab ka soovimatute tasude sisenemist, katkestades vooluahela "ülesvoolu".

Tüüpilises kaasaegses väljalaskeavas on kolm auku: kaks kõrvuti asetsevat pilu ja all peaaegu ümmargune ava. Väiksem vertikaalne pilu on mõeldud "kuuma" juhtme (või sõna otseses mõttes pistikukomponendi) jaoks sissetuleva voolu jaoks; selle pikem partner on neutraalse (väljumise) juhtme jaoks. Ümmargune pistik on maandusjuhe, mis on ühendatud otse vooluahela väljapääsuga, nii et ohtlikud laengud, mis muidu voolaksid mööda seadme pinda, võivad põgeneda maapinna eest. See juhe on seatud nii, et etteantud voolutaseme kohal on kogu vooluahel katki ja kogu sissetulev vool peatub.

Maandus võimaldab ohutultpinge stabiliseeriminesuurtes vooluringides ja süsteemides. Pinge stabilisaator tagab, et sissetulev pinge, mis võib kompleksi sees tegelikult märkimisväärselt kõikuda soovitud väärtuse ümber ja tundlikud ahelad, näiteks arvuti mikroprotsessor, normaliseeritakse rangelt piiratud väärtuseni, suurendades või vähendades V vaja.

Anelektroskoopon juht, mis kasutab laengute induktsiooni väliste laengute olemasolu signaalimiseks. See kasutab põhimõtet, et elektronid tõrjuvad üksteist. Kui elektronide allikas, näiteks laetud klaaspulk (staatilise elektri näide; elektronid lihtsalt "istuvad" seal, kuna klaas on isoleeriv) hoitakse juhtiva (kuid neutraalse!) elektroskoobi külje lähedal, see "lükkab" pallis olevad elektronid nii kaugele kui võimalik. See on seadme keskpunkti poole, kus metallist "lehed" lükatakse laiali, et anda varda otsa pinnale palli külje lähedale kogunenud elektronidest märku.

Kui see juhtub, peab elektronide kogunemine sees olema kuidagi tasakaalus, kuna kera juhib. Selle tagajärjel kogunevad varda otsa lähedale positiivsed laengud, nagu võite ennustada.

• Maandusjuhtme kasutamine elektroskoopi isoleeriva aluse ümber liikumiseks muudaks seda pilti selgelt. Kuidas?