Zemējums (fizika): kā tas darbojas un kāpēc tas ir svarīgi?

Elektrība ir neaizstājams faktors mūsdienu dzīvē, un, lai gan galvenie degvielas veidi, ko cilvēce izmanto tās ražošanai rada lielas bažas, pati elektrība būs nepieciešama tik ilgi, kamēr civilizācija tās pašreizējā formā saglabājas. Tajā pašā laikā starp pirmajiem drošības faktiem praktiski katram bērnam tiek mācīts, ka elektrība ir vai var būt ārkārtīgi bīstama.

Turklāt elektrība, ko cilvēki rada un tāpēc to var lielā mērā kontrolēt, šeit ir tikai daļa no stāsta. Zibens parādība ir pazīstama arī ļoti maziem bērniem, un tā vienlaikus rada bailes un satraukumu pat pieaugušajiem. Bet tā "streiki" Zemes līmenī ir gandrīz tikpat neparedzami, cik potenciāli nāvējoši, un to uzmanīgi aplūko ēku un citu struktūru papildinājumi visā pasaulē uzsver šīs drošības steidzamību apsvērums.

​Elektriskā iezemēšana, ko sauc arī parzemējums, nodrošina ceļu strāvas ieplūšanai zemē un liekā elektriskā lādiņa izkliedēšanai, nevis uzkrāšanai un potenciāla apdraudējuma radīšanai. Tas darbojas tāpēc, ka Zeme, būdama elektriski neitrāla, bet arī milzīga, var gan pieņemt, gan nodrošināt lielu elektronu skaits (pēc cilvēku un rūpniecības standartiem) bez ievērojamām izmaiņām šajā "nulles spriegumā" Valsts.

​Elektriskais lādiņšfizikā mērakulonas. Elementārais (nedalāms) lādiņš ir viens elektrons (e-) vai protons ar 1,60 lielumu 10^-19 C un dota elektroniem negatīva zīme. Pretēji lādētu daļiņu atdalīšana rada aspriegumsjeb elektriskā potenciāla starpība, ko mēra džoulos uz kulona (J / C) un liek elektroniem plūst pozitīvā neto lādiņa virzienā, ko sauc par kustībuelektriskā strāva​.

• Tā paša būtiskā iemesla dēļ elektroni "vēlas" plūst uz pozitīvu spaili vai citu pozitīvā neto sprieguma laukumu ūdens "vēlas" plūst lejup: potenciāla atšķirība, bet to nosaka elektriskais spēks, nevis smagums.

Šī elektronu plūsma, mērot C / s vaiampēri("ampēri") notiek tikai tad, ja ceļš starp sprieguma avotiem ir adiriģentsun viegli pieļauj pašreizējo plūsmu, tāpat kā lielāko daļu metālu. Tiek saukti materiāli, kas nav vadošiizolatori, un tie ietver plastmasu, koku un gumiju (izolatoru pārpilnība starp ikdienas izstrādājumiem ir acīmredzami laba lieta). Iepriekšējā līdzībā aizsprosts, kas kavē dabisko upes straumes plūsmu, ir kā izolators vaidielektrisks​.

Visiem materiāliem, pat labiem vadītājiem, ir elektrībapretestība, apzīmētsRun mēra omos (Ω). Šis daudzums ļauj oficiāli noteikt saikni starp spriegumu un strāvas plūsmuOhma likums​:

Elektriskā strāva tiek definēta kā plūstoša no lielāka potenciāla uz mazāku potenciālu (kas irtāds pats rezultātskā elektroni, kas plūst negatīvā-pozitīvā virzienā - uzmanieties, lai šo punktu nesajauktu!) ar nosacījumu, ka starp abiem pastāv piemērots ceļš. Kad abi akumulatora spailes ir savienoti ar vadu, piemēram, strāva brīvi plūst cilpā ar minimālu pretestību.

Tomēr, ja nav ļoti vadošu ceļu, kas savieno potenciālo starpību, tā rezultātā strāva var plūst tik un tādielektriskais sadalījumsja spriegums ir pietiekami augsts - līdzīgi tam, kas notiktu ar aizsprosta strukturālu atteici, ko rada nepieredzēts tilpums augšteces rezervuārā.

• Tāpēc zibens "sit"; strāvai "nevajadzētu" plūst dielektriskā materiālā, piemēram, gaisā, taču milzīgais zibens spriegums pārspēj šo faktoru.

Elektriskā strāva, tāpat kā ūdens, kas iet uz leju maigā, akmeņainā slīpumā, vienmēr cenšas iet mazāko pretestību. Ja to kavē vairāki dažādi izolācijas materiāli, tas vēlēsies plūst caur vismazāk izolējošu (t.i., visvairāk vadošu). Ja pastāv vadošs ceļš, tas vienmēr izvēlas šo ceļu pār visu pārējo.

Gaiss ir izolators, un cilvēka ķermenis ir salīdzinoši vadītspējīgs. Tātad, ja jūs zibens vētras laikā izceļas laukā, jums ir liels elektriskās strāvas trieciena risks.Zibensnovedējinodrošināt pamatu, pierādot vieglu,zema pretestībazibens spērienu mērķis. Zibens drīzāk plūst caur metālu, nevis caur jums, tāpēc tur tas ir.

Ceļam no zibensnovedēja līdz pašai zemei ​​ir viena būtiska iezīme visām zemējuma iekārtām: ceļā nav jāizbrauc apkārtceļi! Elektrība ieplūst tieši pašā Zemē, jo tai nav citu iespēju. Tāpēc zemējuma "vadiem" nav jābūt atsevišķiem vadiem; tie var būt metāla rāmji,kamēr ceļš uz Zemi ir pilnībā noslēgts, kas nozīmē, ka tā ir vienkārša shēma.

• Kā jau tika ieteikts, Zeme pēc vajadzības var kalpot arī kā "elektronu donors", jo tā spēj izkliedēt lādiņu - gan pozitīvs, gan negatīvs, milzīgā apjomā - un ne tikai kā "elektronu akceptors", kā zibens stienī gadījumā.

Lai gan zibensnovedēji ir vitāli svarīgi, tos neizmanto katru dienu katru dienu, piemēram, neskaitāmas elektriskās ķēdes mājās, birojos un ražotnēs visā pasaulē.

Elektriskajā ķēdē zemējuma vads rada papildu strāvas ceļu īssavienojuma vai citu nepareizu darbību gadījumā. Tā vietā, lai jūs šokētu, pieskaroties ķēdes komponentiem, strāva tā vietā plūst caur vadošāku zemējuma vadu. Zemējums ne tikai pasargā jūs no satricinājuma, bet arī pasargā jūsu aprīkojumu no pašreizējiem pārspriegumiem, kas citādi to arī "šokētu".

​Piezīme: Pats augstspriegums nekaitē.Tomēr liela sprieguma starpība padara lādiņa lēcienu vēlamāku un, to darot, rada lielāku strāvu. Padomājiet par to, piemēram, stāvot garas klints malā. Problēma ir nevis atrašanās uz augstās klints. Tas notiek pēc tam, kad atkāpies no tā, ka klints zem kājām vairs „neizolē” tevi no gravitācijas ietekmes un ļauj gaisam tevi viegli „vadīt” (cerams, drošības tīklā!).

Mājsaimniecības apstākļos zemējums ārstē gan "simptomu", gan "slimību", ja negaidīti uzkrājas lādiņi uz ierīču virsmām. Tas ne tikai ļauj krāpniekiem iekasēt tūlītēju "vienvirziena" izeju, lai tie varētu izkliedēties citur, bet arī novērš nevēlamu lādiņu iekļūšanu, pārtraucot ķēdi "augšpus straumes".

Tipiskai mūsdienu izejai ir trīs atveres: divas blakus esošās spraugas un gandrīz apaļa apertūra zem tās. Mazāks vertikālais sprauga ir paredzēta "karstajam" vadam (vai burtiski - kontaktdakšas komponentam) ienākošajai strāvai; tā garākais partneris ir paredzēts neitrālajam (izejas) vadam. Apaļais kontaktdakša ir zemējuma vads, kas savienots tieši ar izeju no ķēdes, tāpēc bīstami lādiņi, kas citādi plūst gar ierīces virsmu, var aizbēgt uz zemes. Šis vads ir uzstādīts tā, ka virs noteiktā strāvas līmeņa visa ķēde ir salauzta un visa ienākošā strāva apstājas.

Zemējums ļauj drošisprieguma stabilizācijalielās ķēdēs un sistēmās. Sprieguma stabilizators nodrošina, ka ienākošais spriegums, kas, nonākot kompleksā, faktiski var ievērojami svārstīties ap vēlamo vērtību un jutīgas ķēdes, piemēram, datora mikroprocesors, tiek normalizētas līdz stingri ierobežotai vērtībai, palielinot vai samazinot V nepieciešams.

Anelektroskopsir vadītājs, kas izmanto lādiņa indukciju, lai signalizētu par ārēju lādiņu klātbūtni. Tas izmanto principu, ka elektroni viens otru atgrūž. Ja elektronu avots, piemēram, uzlādēts stikla stienis (statiskās elektrības piemērs; elektroni tur vienkārši "sēž", jo stikls ir izolējošs) tiek turēts tuvu vadošā (bet neitrāla!) Elektroskopa malai, tas bumbu "izstumj" tik tālu, cik vien iespējams. Tas atrodas līdz vienības centram, kur metāla "lapas" tiek izstumtas, lai signalizētu par elektroniem, kas savākti pie bumbas sāniem uz stieņa gala virsmas.

Kad tas notiek, elektronu uzkrāšanās iekšpusē ir kaut kā jālīdzsvaro, jo sfēra vada. Tā rezultātā pozitīvie lādiņi savācas, kā jūs varētu paredzēt, netālu no stieņa gala.

• Zemējuma stieples pielietošana, lai apietu elektroskopa izolējošo pamatni, skaidri mainītu šo ainu. Kā?