Messa a terra (fisica): come funziona e perché è importante?

L'elettricità è un fattore indispensabile nella vita moderna, e sebbene i principali tipi di combustibili utilizzati dall'umanità per produrla sono fonte di grande preoccupazione, l'elettricità stessa sarà necessaria finché la civiltà nella sua forma attuale persiste. Allo stesso tempo, tra le prime informazioni sulla sicurezza che vengono insegnate a quasi tutti i bambini è che l'elettricità è, o può essere, estremamente pericolosa.

Inoltre, l'elettricità che gli esseri umani generano e possono quindi controllare in larga misura è solo una parte della storia qui. Il fenomeno del fulmine è noto anche ai bambini molto piccoli, ed è contemporaneamente motivo di stupore e preoccupazione anche per gli adulti. Ma i suoi "colpi" a livello terrestre sono quasi tanto imprevedibili quanto potenzialmente mortali, e uno sguardo ravvicinato i componenti aggiuntivi per edifici e altre strutture in tutto il mondo sottolineano l'urgenza di questa sicurezza considerazione.

​Messa a terra elettrica, chiamato anche

​Carica elettricain fisica si misura incoulomb. La carica elementare (indivisibile) è quella su un singolo elettrone (e-) o protone, di magnitudine 1,60 10^-19 C e dato segno negativo per gli elettroni. La separazione di particelle di carica opposta crea avoltaggio, o differenza di potenziale elettrico, che viene misurata in joule per coulomb (J/C) e induce gli elettroni a fluire nella direzione di una carica netta positiva, un movimento chiamatocorrente elettrica​.

• Gli elettroni "vogliono" fluire verso un terminale positivo o un'altra area di tensione positiva netta per lo stesso motivo essenziale l'acqua "vuole" scorrere in discesa: una differenza di potenziale, ma stabilita dalla forza elettrica anziché dalla forza di gravità.

Questo flusso di elettroni, misurato in C/s oampere("ampere"), si verifica solo se il percorso tra le sorgenti di tensione è aconduttoree consente facilmente il flusso di corrente, come la maggior parte dei metalli. I materiali non conduttori sono chiamatiisolanti, e includono plastica, legno e gomma (l'abbondanza di isolanti tra i prodotti di uso quotidiano è chiaramente una buona cosa). Nell'analogia precedente, una diga che trattiene il flusso naturale della corrente fluviale è come un isolante, odielettrico​.

Tutti i materiali, anche i buoni conduttori, hanno delle parti elettricheresistenza, denotatoRe misurato in ohm (Ω). Questa grandezza consente una relazione formale tra tensione e flusso di corrente, chiamataLegge di Ohm​:

La corrente elettrica è definita come il flusso da un potenziale più alto a un potenziale più basso (che è ilstesso risultatocome elettroni che scorrono in una direzione negativa-positiva - attenzione a non confondere questo punto!) a condizione che esista un percorso adatto tra i due. Quando i due terminali di una batteria sono collegati da un filo conduttore, ad esempio, la corrente scorre liberamente in un anello con una resistenza minima.

Tuttavia, se non ci sono percorsi altamente conduttivi che collegano una differenza di potenziale, la corrente può comunque fluire a causa dirottura dielettricase la tensione è abbastanza alta, proprio come ciò che accadrebbe con il cedimento strutturale di una diga causato da un volume senza precedenti nel serbatoio a monte.

• Ecco perché il fulmine "colpisce"; la corrente "non dovrebbe" essere in grado di fluire in un materiale dielettrico come l'aria, ma le enormi tensioni dei fulmini sopraffanno questo fattore.

La corrente elettrica, come l'acqua che si fa strada lungo un dolce pendio roccioso, cerca sempre di prendere il sentiero di minor resistenza. Se è ostacolato da un numero di diversi materiali isolanti, vorrà fluire attraverso quello meno isolante (cioè più conduttivo). Se esiste un percorso conduttivo, sceglierà sempre quel percorso su tutto il resto.

L'aria è un isolante e il corpo umano è relativamente conduttivo. Quindi, se ti distingui in un campo durante un temporale, sei ad alto rischio di scosse elettriche.Parafulminifornire un percorso di messa a terra dimostrando un facile,bassa resistenzabersaglio per i fulmini. I fulmini preferiscono fluire attraverso il metallo che attraverso di te, quindi c'è questo.

Il percorso dal parafulmine nel terreno stesso ha una caratteristica essenziale di tutte le configurazioni di messa a terra: nessuna deviazione lungo il percorso! L'elettricità fluisce direttamente nella Terra stessa perché non ha altre opzioni. Questo è il motivo per cui i "fili" di terra non devono essere fili singoli; possono essere telai metallici,fintanto che il percorso verso la Terra è completamente autonomo, il che significa che è un circuito semplice.

• Come già suggerito, la Terra può anche fungere da "donatore di elettroni" secondo necessità grazie alla sua capacità di disperdere la carica – positivo come negativo, su un volume enorme – e non solo come "accettore di elettroni" come nel parafulmine Astuccio.

Sebbene i parafulmini siano vitali, non vengono utilizzati in ogni momento di ogni giorno, come innumerevoli circuiti elettrici nelle case, negli uffici e negli impianti di produzione in tutto il mondo.

In un circuito elettrico, un filo di messa a terra crea un percorso aggiuntivo per la corrente in caso di cortocircuito o altro malfunzionamento. Invece di scioccarti quando tocchi i componenti del circuito, la corrente scorrerà invece attraverso il filo di messa a terra più conduttivo. La messa a terra non solo ti impedisce di rimanere scioccato, ma protegge anche la tua attrezzatura da picchi di corrente che altrimenti la "sconterebbero".

​Nota: l'alta tensione di per sé non provoca danni.Tuttavia, una grande differenza di tensione rende più desiderabile che la carica salti e, così facendo, crea una corrente maggiore. Pensalo come stare sul bordo di un'alta scogliera. Non è essere sull'alta scogliera il problema. È quello che succede dopo che sei sceso perché la roccia sotto i piedi non ti "isola" più dall'influenza della gravità e consente all'aria di "condurti" prontamente (si spera in una rete di sicurezza!).

In ambito domestico la messa a terra cura sia il "sintomo" che la "malattia" in caso di accumulo imprevisto di cariche sulle superfici degli elettrodomestici. Non solo consente alle cariche canaglia un'uscita immediata "a senso unico" in modo che possano disperdersi altrove, ma impedisce anche l'ingresso di altre cariche indesiderate interrompendo il circuito "a monte".

Una tipica presa moderna ha tre fori: due fessure affiancate e un'apertura quasi rotonda sottostante. La fessura verticale più piccola è per il filo "caldo" (o letteralmente, componente plug) per la corrente in ingresso; il suo partner più lungo è per il filo neutro (uscita). La spina rotonda è un filo di terra collegato direttamente a un'uscita dal circuito, quindi le cariche pericolose che altrimenti fluirebbero lungo la superficie di un apparecchio possono fuggire verso terra. Questo filo è impostato in modo tale che al di sopra di un dato livello di corrente, l'intero circuito sia interrotto e tutta la corrente in ingresso si interrompa.

La messa a terra consente una sicurezzastabilizzazione della tensionein grandi circuiti e sistemi. Uno stabilizzatore di tensione assicura quella tensione in ingresso, che può effettivamente fluttuare notevolmente attorno al valore desiderato una volta all'interno del complesso e circuiti sensibili come un microprocessore per computer, viene normalizzato a un valore strettamente vincolato aumentando o diminuendo V come necessario.

Unelettroscopioè un conduttore che utilizza l'induzione di carica per segnalare la presenza di cariche esterne. Questo utilizza il principio che gli elettroni si respingono. Se una sorgente di elettroni come una bacchetta di vetro carica (un esempio di elettricità statica; gli elettroni si "siedono" lì perché il vetro è isolante) è tenuto vicino al lato dell'elettroscopio conduttore (ma neutro!), Questo "spinge" gli elettroni nella palla il più lontano possibile. Questo è al centro dell'unità, dove le "foglie" metalliche vengono allontanate per segnalare gli elettroni raccolti vicino al lato della palla sulla superficie della punta dell'asta.

Quando ciò accade, l'accumulo di elettroni all'interno deve essere in qualche modo bilanciato, poiché la sfera è in conduzione. Di conseguenza, le cariche positive si accumulano, come prevedibile, vicino alla punta dell'asta.

• L'applicazione di un filo di terra per aggirare la base isolante dell'elettroscopio cambierebbe chiaramente questo quadro. Come?