Földelés (fizika): Hogyan működik és miért fontos?

A villamos energia nélkülözhetetlen tényező a modern életben, és annak ellenére, hogy az emberiség a fő tüzelőanyagokat használja előállításához nagy aggodalomra adnak okot, önmagában az áramra szükség lesz mindaddig, amíg a civilizáció a jelenlegi formájában kitart. Ugyanakkor az első biztonsági tények között gyakorlatilag minden gyereket megtanítanak arra, hogy az áram rendkívül veszélyes vagy lehet.

Ezenkívül az elektromosság, amelyet az emberek termelnek, és ezért nagy mértékben képes irányítani, itt csak a történet része. A villámlás jelensége nagyon kicsi gyermekek számára is ismerős, és egyúttal félelmet és aggodalmat okoz még a felnőttek számára is. De a földi szintű "sztrájkjai" szinte ugyanolyan kiszámíthatatlanok, mint amelyek potenciálisan halálosak, és alaposan szemügyre veszik őket Az egész világon található épületek és egyéb építmények kiegészítői hangsúlyozzák ennek a biztonságnak a sürgősségét megfontolás.

​Elektromos földelés, más névenföldelés, egy utat biztosít az áram földbe áramlásához és a felesleges elektromos töltés eloszlásához ahelyett, hogy felépülne és potenciális veszélyt jelentene. Ez azért működik, mert a Föld elektromosan semleges, de ugyanakkor óriási is képes nagyokat elfogadni és biztosítani elektronok száma (emberi-ipari szabványok szerint) anélkül, hogy észrevehető változások történnének ebben a "nulla feszültségben" állapot.

​Elektromos töltésa fizikában mértékcoulombs. Az elemi (oszthatatlan) töltés az egyetlen elektron (e-) vagy proton töltése, amelynek nagysága 1,60 10^-19 C és negatív előjelet kapott az elektronokra. Az ellentétesen töltött részecskék elválasztása afeszültség, vagy elektromos potenciálkülönbség, amelyet joulában / kulonban mérnek (J / C), és az elektronokat pozitív nettó töltés irányába áramolja, az ún.elektromos áram​.

• Az elektronok ugyanazon alapvető okból "pozitív" terminál vagy a pozitív pozitív feszültség más területe felé akarnak áramolni a víz lefelé akar "áramlani": potenciálkülönbség, amelyet azonban az elektromos erő állít be az erő helyett gravitáció.

Ez az elektronáram C / s-ban vagyamperes("amper"), csak akkor fordul elő, ha a feszültségforrások közötti út akarmesterés könnyen megengedi az áramlást, mint a legtöbb fém. Nem vezető anyagokat nevezünkszigetelők, és ezek tartalmazzák a műanyagot, a fát és a gumit (a hétköznapi termékek között rengeteg szigetelő egyértelműen jó dolog). Az előző hasonlat szerint a folyó áramának természetes áramlását visszatartó gát olyan, mint egy szigetelő, illdielektromos​.

Minden anyagnak, még a jó vezetőknek is van elektromosellenállás, jelölveRés ohmban (Ω) mérve. Ez a mennyiség lehetővé teszi a feszültség és az áramlás közötti formális kapcsolatot, az únOhm törvénye​:

Az elektromos áramot úgy definiálják, hogy a nagyobb potenciálból az alacsonyabb potenciálba áramlik (ez augyanaz az eredménymint negatív-pozitív irányban áramló elektronok - vigyázzon, ne keverje össze ezt a pontot!), feltéve, hogy a kettő között megfelelő út van. Ha például az akkumulátor két kivezetését egy vezető vezeték köti össze, az áram szabadon áramlik egy hurokban, minimális ellenállással.

Ha azonban nincsenek nagyon vezetőképes utak, amelyek összekapcsolnák a potenciálkülönbséget, akkor ennek eredményeként áram áramolhatdielektromos lebontásha a feszültség elég magas - hasonlóan ahhoz, ami a gát strukturális meghibásodásával történne, amelyet soha nem látott térfogat hoz létre az upstream tározóban.

• Ezért "csap be" a villám; Az áram "nem" képes áramlani egy dielektromos anyagban, például a levegőben, de a hatalmas villámfeszültségek meghaladják ezt a tényezőt.

Az elektromos áram, mint a víz, amely egy szelíd, sziklás lejtőn halad lefelé, mindig megpróbálja a legkisebb ellenállás útját választani. Ha számos különféle szigetelőanyag akadályozza, akkor a legkevésbé szigetelő (azaz leginkább vezető) anyagon akar átfolyni. Ha létezik vezetőképes útvonal, akkor mindig ezt az utat választja a többi helyett.

A levegő szigetelő, és az emberi test viszonylag vezetőképes. Tehát, ha villámlási vihar idején kitűnik egy mezőn, akkor nagy a kockázata az áramütésnek.Villámhárítókmegalapozó utat nyújt azáltal, hogy könnyű,alacsony ellenállásúvillámcsapások célpontja. A villám inkább átfutna a fémen, mint rajtad, tehát van ilyen.

A villámhárítótól a földig vezető útnak az összes földelő berendezés egyik alapvető jellemzője van: Út közben nincs kitérő! Az elektromosság közvetlenül a Földbe áramlik, mert nincs más lehetősége. Ezért a földelővezetékeknek nem kell egyetlen vezetéknek lenniük; fémkeretek lehetnek,amíg a Föld felé vezető út teljesen önálló, vagyis egyszerű áramkörről van szó.

• Mint már javasoltuk, a Föld szükség szerint "elektrondonorként" is szolgálhat, mivel képes szétszórni a töltést - pozitív és negatív, hatalmas mennyiségben - és nem csak "elektron-akceptorként", mint a villámhárítóban ügy.

Bár a villámhárítók létfontosságúak, nem használják őket minden nap minden pillanatában, mint például számtalan elektromos áramkört otthonokban, irodákban és gyártóüzemekben világszerte.

Egy elektromos áramkörben a földelő vezeték egy további útvonalat hoz létre az áram számára rövidzárlat vagy egyéb meghibásodás esetén. Ahelyett, hogy sokkolná Önt, amikor megérinti az áramkör alkatrészeit, az áram áramlik át a vezetőképesebb földelő vezetéken. A földelés nemcsak megakadályozza, hogy megdöbbenjen, hanem a berendezését is megóvja a jelenlegi túlfeszültségektől, amelyek egyébként "sokkot is okoznának".

​Megjegyzés: Maga a nagyfeszültség nem árt.A nagy feszültségkülönbség azonban kívánatosabbá teszi a töltés ugrását, és ezzel nagyobb áramot hoz létre. Gondolj arra, mintha egy magas szikla szélén állna. Nem a magas sziklán van a probléma. Ez történik, miután kilép, amikor a szikla a láb alatt már nem „szigeteli” el a gravitáció hatásaitól, és lehetővé teszi a levegő számára, hogy könnyen „elvezesse” (remélhetőleg egy biztonsági hálóba!).

Háztartási körülmények között a földelés mind a "tünetet", mind a "betegséget" kezeli abban az esetben, ha a töltések váratlanul felhalmozódnak a készülékek felületén. Nemcsak lehetővé teszi, hogy a szélhámosok azonnali "egyirányú" kilépést tegyenek lehetővé, hogy szétszóródhassanak másutt, hanem megakadályozza a nem kívánt töltések bejutását is az áramkör megszakításával.

Egy tipikus modern kimenetnek három lyuk van: két egymás melletti rés és egy majdnem kerek nyílás alatta. A kisebb függőleges rés a "forró" vezetékre (vagy szó szerint dugasz-alkatrészre) szolgál a bejövő áram számára; hosszabb partnere a semleges (kijárati) vezetékre vonatkozik. A kerek dugó egy földelő vezeték, amely egyenesen az áramkör kijáratához van csatlakoztatva, így a veszélyes töltések, amelyek egyébként a készülék felszíne mentén áramlanak, a föld felé menekülhetnek. Ez a vezeték úgy van beállítva, hogy egy adott áramszint felett az egész áramkör megszakadjon, és az összes bejövő áram leálljon.

A földelés biztonságosfeszültségstabilizálásnagy áramkörökben és rendszerekben. A feszültségstabilizátor biztosítja azt a bejövő feszültséget, amely a komplexum belsejében valóban jelentősen ingadozhat a kívánt értéke körül és az érzékeny áramkörök, például a számítógépes mikroprocesszor, szigorúan korlátozott értékre normalizálódnak az V növelésével vagy csökkentésével, szükséges.

Anelektroszkópolyan vezető, amely töltésindukcióval jelzi a külső töltések jelenlétét. Ez azt az elvet használja, hogy az elektronok taszítják egymást. Ha egy elektronforrás, például egy töltött üvegrúd (példa a statikus elektromosságra; az elektronok csak azért "ülnek" ott, mert az üveg szigetel) a vezető (de semleges!) elektroszkóp oldalához közel tartják, ez a golyóban lévő elektronokat olyan messzire tolja, amennyire csak tudnak. Ez az egység közepéig tart, ahol a fém "levelek" szét vannak tolva, hogy jelezzék a gömb oldala közelében összegyűlt elektronokat a rúd csúcsának felületén.

Amint ez megtörténik, az elektronok felhalmozódását valahogy ki kell egyensúlyozni, mivel a gömb vezet. Ennek eredményeként pozitív töltések gyűlnek össze, amint azt előre láthatod, a rúd csúcsa közelében.

• Egy földelő vezeték alkalmazása az elektroszkóp szigetelő alapjának megkerülésére egyértelműen megváltoztatná ezt a képet. Hogyan?