Įžeminimas (fizika): kaip tai veikia ir kodėl tai svarbu?

Elektra yra nepakeičiamas šiuolaikinio gyvenimo veiksnys, nors pagrindinės žmonijos kuro rūšys ją naudoja kelia didelį susirūpinimą, pati elektra bus reikalinga tol, kol civilizacija dabartine forma išlieka. Tuo pačiu metu tarp pirmųjų saugumo faktų mokoma, kad elektra yra arba gali būti labai pavojinga.

Be to, elektra, kurią gamina žmonės ir todėl gali valdyti didele dalimi, čia yra tik dalis istorijos. Žaibo fenomenas taip pat yra žinomas labai mažiems vaikams ir tuo pačiu kelia baimę ir susirūpinimą net suaugusiesiems. Tačiau jos „smūgiai“ Žemės lygiu yra beveik tokie patys nenuspėjami, kaip potencialiai mirtini, ir iš arti pastatų ir kitų konstrukcijų visame pasaulyje priedai pabrėžia šio saugumo būtinybę svarstymas.

​Elektrinis įžeminimas, taip pat vadinamaįžeminimas, suteikia kelią srovei tekėti į žemę ir perteklinį elektros krūvį išsisklaidyti, o ne kauptis ir sukelti galimą pavojų. Tai veikia todėl, kad Žemė, būdama elektra neutrali, bet ir milžiniška, gali ir priimti, ir suteikti didelius elektronų skaičius (pagal žmogaus pramonės standartus) be pastebimų šios „nulinės įtampos“ pokyčių valstija.

​Elektros krūvisfizikoje matuojamaskulonkos. Elementarus (nedalomas) krūvis yra vienas elektronas (e-) arba protonas, kurio dydis yra 1,60 10^-19 C ir suteiktas neigiamas elektronų ženklas. Atskyrus priešingai įkrautas daleles, susidaro aĮtampa, arba elektrinio potencialo skirtumas, matuojamas džauliais kulonui (J / C) ir skatinantis elektronus tekėti teigiamojo grynojo krūvio kryptimi,elektros srovė​.

• Dėl tos pačios esminės priežasties elektronai „nori“ tekėti link teigiamo gnybto ar kitos grynosios teigiamos įtampos zonos vanduo „nori“ tekėti į kalną: potencialų skirtumas, bet nustatomas elektros jėgos, o ne jėgos gravitacija.

Šis elektronų srautas, matuojamas C / s arbaamperų(„amperai“), įvyksta tik tuo atveju, jei kelias tarp įtampos šaltinių yra adirigentasir lengvai leidžia srovės srautą, kaip ir dauguma metalų. Vadinamos nelaidžios medžiagosizoliatoriaiir jų sudėtyje yra plastiko, medžio ir gumos (izoliatorių gausa tarp kasdienių gaminių yra akivaizdžiai geras dalykas). Pagal ankstesnę analogiją natūrali upės srovės srovė sulaikanti užtvanka yra tarsi izoliatorius, arbadielektrikas​.

Visos medžiagos, net ir geri laidininkai, turi šiek tiek elektrospasipriešinimas, žymimasRir matuojamas omais (Ω). Šis kiekis leidžia formalų ryšį tarp įtampos ir srovės srauto, vadinamąOhmo įstatymas​:

Elektros srovė apibrėžiama kaip tekanti iš didesnio potencialo į mažesnį potencialą (tai yratas pats rezultataskaip elektronai, tekantys neigiama-teigiama kryptimi - būkite atsargūs, kad nesupainiotumėte šio taško!) su sąlyga, kad tarp jų yra tinkamas kelias. Pavyzdžiui, kai du akumuliatoriaus gnybtus sujungia laidus laidas, srovė laisvai teka kilpa su minimalia varža.

Tačiau jei nėra labai laidžių kelių, jungiančių potencialų skirtumą, srovė vis tiek gali tekėtidielektrinis suskirstymasjei įtampa yra pakankamai aukšta - panašiai kaip tai įvyktų, jei konstrukcija sugestų užtvanką, atsirandančią dėl precedento neturinčio tėkmės aukštupio rezervuare.

• Štai kodėl „trenkia“ žaibas; srovė „neturėtų“ tekėti tokioje dielektrinėje medžiagoje kaip oras, tačiau didžiulė žaibo įtampa viršija šį faktorių.

Elektros srovė, kaip ir vanduo, einantis švelniu, akmenuotu nuolydžiu, visada bando eiti mažiausio pasipriešinimo keliu. Jei tam trukdo daugybė skirtingų izoliacinių medžiagų, ji norės tekėti per mažiausiai izoliuojančią (t. Y. Labiausiai laidžią). Jei yra laidus kelias, jis visada pasirenka tą kelią prieš visa kita.

Oras yra izoliatorius, o žmogaus kūnas yra palyginti laidus. Taigi, jei per žaibišką audrą išsiskiriate lauke, kyla didelis elektros smūgio pavojus.Žaibolaidžiaipateikti įžeminimo kelią įrodant lengvą,mažas atsparumasžaibo smūgių taikinys. Žaibas mieliau tekėtų per metalą, o ne per jus, todėl yra ir taip.

Kelias nuo žaibolaidžio į pačią žemę turi vieną esminį visų įžeminimo įrenginių bruožą: kelyje nereikia apvažiuoti! Elektra teka tiesiai į pačią Žemę, nes neturi kitų galimybių. Štai kodėl įžeminti „laidai“ nebūtinai turi būti viengubi laidai; jie gali būti metaliniai rėmai,tol, kol kelias į Žemę yra visiškai savarankiškas, tai reiškia, kad tai yra paprasta grandinė.

• Kaip jau buvo pasiūlyta, Žemė taip pat gali būti reikalinga kaip „elektronų donorė“, nes ji sugeba išsklaidyti krūvį - teigiamas ir neigiamas, per didžiulį tūrį - ir ne tik kaip „elektronų priėmėjas“, kaip žaibolaidyje atveju.

Nors žaibolaidžiai yra gyvybiškai svarbūs, jie nėra naudojami kiekvieną dieną, pavyzdžiui, nesuskaičiuojama daugybė elektros grandinių namuose, biuruose ir gamybos įmonėse visame pasaulyje.

Elektros grandinėje įžeminimo laidas sukuria papildomą srovės kelią trumpo ar kitokio gedimo atveju. Užuot sukrėtęs jus palietus grandinės komponentus, srovė tekės per laidesnį įžeminimo laidą. Įžeminimas ne tik apsaugo jus nuo šoko, bet ir apsaugo jūsų įrangą nuo dabartinių bangų, kurios kitu atveju taip pat „šokuotų“.

​Pastaba: pati aukšta įtampa nekenkia.Tačiau dėl didelio įtampos skirtumo pageidautina, kad krūvis šokinėtų, ir tai daro didesnę srovę. Pagalvok apie tai, kaip stovėdamas ant aukšto skardžio krašto. Problema yra ne buvimas ant aukšto skardžio. Tai atsitinka po to, kai jūs pasitraukiate dėl to, kad uola po kojomis nebebūna „izoliuota“ nuo gravitacijos įtakos ir leidžia orui lengvai jus „vesti“ (tikiuosi, į apsauginį tinklą!).

Buitinėse aplinkose įžeminimas gydo tiek „simptomą“, tiek „ligą“, jei nenumatomai kaupiasi prietaisų paviršiai. Tai ne tik leidžia nesąžiningiems mokesčiams nedelsiant išeiti iš vienos pusės, kad jie galėtų išsisklaidyti kitur, bet ir neleidžia patekti į nepageidaujamus mokesčius, nutraukiant grandinę „prieš srovę“.

Tipiškame šiuolaikiniame išleidimo angoje yra trys skylės: dvi viena šalia kitos esančios plyšys ir beveik apvali anga apačioje. Mažesnis vertikalus plyšys skirtas „karštam“ laidui (arba tiesiogine prasme - kištuko komponentui) įeinančiai srovei; jo ilgesnis partneris skirtas nuliniam (išėjimo) laidui. Apvalus kištukas yra įžeminimo laidas, prijungtas tiesiai prie išėjimo iš grandinės, todėl pavojingi krūviai, kurie priešingu atveju tekėtų prietaiso paviršiumi, gali bėgti į žemę. Šis laidas yra nustatytas taip, kad virš nurodyto srovės lygio visa grandinė nutrūktų ir visa įeinanti srovė sustotų.

Įžeminimas leidžia saugiaiįtampos stabilizavimasdidelėse grandinėse ir sistemose. Įtampos stabilizatorius užtikrina, kad įeinanti įtampa, kuri, patekusi į kompleksą, iš tikrųjų gali labai svyruoti apie norimą vertę ir jautrios grandinės, tokios kaip kompiuterio mikroprocesorius, normalizuojamos iki griežtai suvaržytos vertės didinant arba mažinant V reikia.

Anelektroskopasyra laidininkas, kuris naudoja krūvio indukciją signalizuoti apie išorinių krūvių buvimą. Tam naudojamas principas, kad elektronai atstumia vienas kitą. Jei elektronų šaltinis, pavyzdžiui, įkrautas stiklo strypas (statinės elektros pavyzdys; elektronai tiesiog „sėdi“ ten, nes stiklas yra izoliuojantis) yra laikomas arti laidžiojo (bet neutralaus!) Elektroskopo šono, tai „stumia“ rutulyje esančius elektronus kiek įmanoma toliau. Tai yra įrenginio centre, kur metaliniai „lapai“ stumiami atskirai, kad signalizuotų apie elektronus, susirinkusius šalia rutulio šono, ant strypo galo paviršiaus.

Tokiu atveju elektronų kaupimasis viduje turi būti kažkaip subalansuotas, nes rutulys yra laidus. Kaip teigiama, teigiami krūviai surenkami šalia lazdos galo.

• Įžeminimo laido naudojimas apeinant izoliuojančią elektroskopo pagrindą aiškiai pakeistų šį vaizdą. Kaip?