Grounding (Fisika): Bagaimana Cara Kerjanya & Mengapa Penting?

Listrik merupakan faktor yang sangat diperlukan dalam kehidupan modern, dan meskipun jenis bahan bakar utama yang digunakan manusia untuk memproduksinya merupakan sumber perhatian besar, listrik itu sendiri akan dibutuhkan selama peradaban dalam bentuknya yang sekarang bertahan. Pada saat yang sama, di antara fakta keselamatan pertama yang diajarkan kepada setiap anak adalah bahwa listrik adalah, atau bisa jadi, sangat berbahaya.

Lebih jauh lagi, listrik yang dihasilkan manusia dan oleh karena itu dapat dikendalikan sebagian besar hanyalah sebagian dari cerita di sini. Fenomena petir juga akrab bagi anak-anak yang masih sangat kecil, dan sekaligus menjadi sumber kekaguman dan keprihatinan bahkan bagi orang dewasa. Tetapi "serangannya" di tingkat Bumi hampir tidak dapat diprediksi karena berpotensi mematikan, dan jika dilihat dari dekat add-on untuk bangunan dan struktur lain di seluruh dunia menggarisbawahi urgensi keselamatan ini pertimbangan.

​Pembumian listrik, disebut jugapembumian, menyediakan jalur untuk arus mengalir ke tanah dan kelebihan muatan listrik untuk menyebar, bukannya menumpuk dan menciptakan potensi bahaya. Ini berfungsi karena Bumi, yang netral secara listrik tetapi juga sangat besar, dapat menerima dan menyediakan besar jumlah elektron (menurut standar industri manusia) tanpa perubahan nyata pada "tegangan nol" ini negara.

​Muatan listrikdalam fisika diukur dalamcoulomb. Muatan dasar (tidak dapat dibagi) adalah pada satu elektron (e-) atau proton, dengan besaran 1,60 10^-19 C dan diberi tanda negatif untuk elektron. Pemisahan partikel bermuatan berlawanan menciptakantegangan, atau beda potensial listrik, yang diukur dalam joule per coulomb (J/C) dan menginduksi elektron mengalir ke arah muatan positif bersih, gerakan yang disebutarus listrik​.

• Elektron "ingin" mengalir menuju terminal positif atau area lain dari tegangan positif bersih untuk alasan esensial yang sama air "ingin" mengalir menuruni bukit: perbedaan potensial, tetapi ditentukan oleh gaya listrik, bukan gaya gravitasi.

Aliran elektron ini, diukur dalam C/s atauampere("amp"), hanya terjadi jika jalur antara sumber tegangan adalah akonduktordan mudah memungkinkan aliran arus, seperti kebanyakan logam. Bahan non-konduktor disebutisolator, dan mereka termasuk plastik, kayu dan karet (banyak isolator di antara produk sehari-hari jelas merupakan hal yang baik). Dalam analogi sebelumnya, bendungan yang menahan aliran alami arus sungai seperti isolator, ataudielektrik​.

Semua bahan, bahkan konduktor yang baik, memiliki beberapa listrikperlawanan, dilambangkanRdan diukur dalam ohm (Ω). Kuantitas ini memungkinkan hubungan formal antara tegangan dan aliran arus, yang disebutHukum Ohm​:

Arus listrik didefinisikan sebagai aliran dari potensial yang lebih tinggi ke potensial yang lebih rendah (yaituhasil yang samakarena elektron mengalir dalam arah negatif-ke-positif – berhati-hatilah agar tidak membingungkan titik ini!) asalkan ada jalur yang sesuai antara keduanya. Ketika dua terminal baterai dihubungkan oleh kawat penghantar, misalnya, arus mengalir bebas dalam lingkaran dengan hambatan minimal.

Namun, jika tidak ada jalur yang sangat konduktif yang menghubungkan perbedaan potensial, arus tetap dapat mengalir sebagai akibat darikerusakan dielektrikjika tegangan cukup tinggi – seperti yang akan terjadi dengan kegagalan struktural bendungan yang disebabkan oleh volume yang belum pernah terjadi sebelumnya di reservoir hulu.

• Inilah sebabnya mengapa petir "menyambar"; arus "seharusnya" tidak dapat mengalir dalam bahan dielektrik seperti udara, tetapi tegangan petir yang sangat besar menguasai faktor ini.

Arus listrik, seperti air yang menuruni lereng berbatu yang landai, selalu mencoba mengambil jalan yang hambatannya paling kecil. Jika terhalang oleh sejumlah bahan isolasi yang berbeda, ia akan ingin mengalir melalui yang paling tidak berisolasi (yaitu yang paling konduktor). Jika jalur konduktif ada, ia akan selalu memilih jalur itu di atas segalanya.

Udara adalah isolator, dan tubuh manusia relatif konduktif. Jadi, jika Anda menonjol di lapangan selama badai petir, Anda berisiko tinggi terkena sengatan listrik.penangkal petirmemberikan jalan landasan dengan membuktikan mudah,resistansi rendahsasaran sambaran petir. Petir lebih suka mengalir melalui logam daripada melalui Anda, jadi begitulah.

Jalur dari penangkal petir ke tanah itu sendiri memiliki satu fitur penting dari semua pengaturan landasan: Tidak ada jalan memutar di sepanjang jalan! Listrik mengalir langsung ke Bumi karena tidak ada pilihan lain. Inilah sebabnya mengapa "kabel" ground tidak harus berupa kabel tunggal; mereka bisa berupa bingkai logam,selama jalan menuju Bumi benar-benar mandiri, artinya ini adalah rangkaian sederhana.

• Seperti yang sudah disarankan, Bumi juga dapat berfungsi sebagai "donor elektron" sesuai kebutuhan karena kemampuannya untuk menyebarkan muatan – positif maupun negatif, dalam volume yang besar – dan tidak hanya sebagai "akseptor elektron" seperti pada penangkal petir kasus.

Meskipun penangkal petir sangat penting, mereka tidak digunakan setiap saat setiap hari, seperti rangkaian listrik yang tak terhitung jumlahnya di rumah, kantor, dan pabrik di seluruh dunia.

Dalam sirkuit listrik, kabel pembumian menciptakan jalur tambahan untuk arus jika terjadi gangguan pendek atau lainnya. Alih-alih mengejutkan Anda ketika Anda menyentuh komponen sirkuit, arus malah akan mengalir melalui kabel grounding yang lebih konduktif. Pembumian tidak hanya membuat Anda tidak tersengat, tetapi juga menjaga peralatan Anda aman dari lonjakan arus yang jika tidak, akan "mengejutkannya" juga.

​Catatan: Tegangan tinggi itu sendiri tidak membahayakan.Namun, perbedaan tegangan yang besar membuat muatan lebih diinginkan untuk melompat, dan dengan demikian, menciptakan arus yang lebih besar. Anggap saja seperti berdiri di tepi tebing tinggi. Bukan berada di tebing tinggi itulah masalahnya. Itulah yang terjadi setelah Anda turun karena batu di bawah kaki tidak lagi "mengisolasi" Anda dari pengaruh gravitasi dan memungkinkan udara dengan mudah "menghantarkan" Anda (semoga masuk ke jaring pengaman!).

Dalam pengaturan rumah tangga, pembumian menangani "gejala" dan "penyakit" jika terjadi akumulasi muatan yang tidak terduga pada permukaan peralatan. Ini tidak hanya memungkinkan muatan nakal keluar "satu arah" segera sehingga mereka dapat menyebar ke tempat lain, tetapi juga mencegah masuknya lebih banyak muatan yang tidak diinginkan dengan mengganggu sirkuit "hulu."

Sebuah outlet modern yang khas memiliki tiga lubang: dua celah berdampingan dan bukaan hampir bulat di bawahnya. Celah vertikal yang lebih kecil adalah untuk kabel "panas" (atau secara harfiah, komponen steker) untuk arus masuk; pasangannya yang lebih panjang adalah untuk kabel netral (keluar). Steker bundar adalah kabel arde yang terhubung langsung ke pintu keluar dari sirkuit, sehingga muatan berbahaya yang jika tidak mengalir di sepanjang permukaan alat dapat melarikan diri ke arde. Kawat ini diatur sedemikian rupa sehingga di atas level arus tertentu, seluruh rangkaian terputus dan semua arus yang masuk berhenti.

Pembumian memungkinkan untuk amanstabilisasi tegangandi sirkuit dan sistem besar. Penstabil tegangan memastikan bahwa tegangan masuk, yang sebenarnya dapat berfluktuasi jauh di sekitar nilai yang diinginkan begitu berada di dalam kompleks dan sirkuit sensitif seperti mikroprosesor komputer, dinormalisasi ke nilai yang dibatasi ketat dengan menambah atau mengurangi V sebagai dibutuhkan.

Sebuahelektroskopadalah konduktor yang menggunakan induksi muatan untuk memberi sinyal adanya muatan eksternal. Ini menggunakan prinsip bahwa elektron saling tolak. Jika sumber elektron seperti batang kaca bermuatan (contoh listrik statis; elektron hanya "duduk" di sana karena kaca adalah penyekat) dipegang dekat dengan sisi elektroskop penghantar (tetapi netral!), ini "mendorong" elektron dalam bola sejauh mungkin. Ini adalah pusat unit, di mana "daun" logam didorong terpisah untuk memberi sinyal elektron berkumpul di dekat sisi bola di permukaan ujung batang.

Karena hal ini terjadi, penumpukan elektron di dalam harus seimbang entah bagaimana, karena bola bersifat konduktor. Akibatnya, muatan positif terkumpul, seperti yang Anda duga, di dekat ujung batang.

• Penerapan kabel pembumian untuk mengelilingi dasar isolasi elektroskop jelas akan mengubah gambaran ini. Bagaimana?