Jording (fysikk): Hvordan fungerer det og hvorfor er det viktig?

Elektrisitet er en uunnværlig faktor i det moderne liv, og selv om de viktigste drivstoffene menneskeheten bruker for å produsere det er en kilde til stor bekymring, vil strøm i seg selv være nødvendig så lenge sivilisasjonen i sin nåværende form vedvarer. Samtidig er det blant de første sikkerhetsfaktaene som nesten alle barn lærer ut at elektrisitet er eller kan være ekstremt farlig.

Videre er elektrisiteten som mennesker genererer og derfor kan kontrollere i stor grad bare en del av historien her. Fenomenet lyn er også kjent for veldig små barn, og det er samtidig en kilde til ærefrykt og bekymring selv for voksne. Men dens "streik" på jordnivå er nesten like uforutsigbare som de potensielt er dødelige, og en nærmere titt på tilleggene til bygninger og andre strukturer over hele kloden understreker hvor viktig det er med denne sikkerheten betraktning.

​Elektrisk jording, også kaltjording, gir en bane for strøm til å strømme i bakken og overflødig elektrisk ladning for å spre seg i stedet for å bygge seg opp og skape en potensiell fare. Dette fungerer fordi jorden, som er elektrisk nøytral, men også enorm, både kan akseptere og gi stor antall elektroner (etter menneskelige industristandarder) uten merkbare endringer i denne "nullspenningen" stat.

​Elektrisk ladningi fysikk måles icoulombs. Den elementære (udelelige) ladningen er den på et enkelt elektron (e-) eller proton, med en styrke på 1,60 10^-19 C og gitt et negativt tegn for elektroner. Separasjonen av motsatt ladede partikler skaper enSpenning, eller elektrisk potensialforskjell, som måles i joule per coulomb (J / C) og får elektroner til å strømme i retning av en netto positiv ladning, en bevegelse kaltelektrisk strøm​.

• Elektroner "ønsker" å strømme mot en positiv terminal eller et annet område med positiv nettospenning av samme viktige grunn vann "vil" strømme nedoverbakke: en potensiell forskjell, men etablert av den elektriske kraften i stedet for kraften til tyngdekraften.

Denne strømmen av elektroner, målt i C / s ellerampere("forsterkere"), oppstår bare hvis banen mellom spenningskildene er adirigentog tillater lett strømstrøm, som de fleste metaller. Ikke-ledende materialer kallesisolatorer, og de inkluderer plast, tre og gummi (en overflod av isolatorer blant hverdagsprodukter er tydeligvis en god ting). I den forrige analogien er en demning som holder tilbake den naturlige strømmen av elvestrøm som en isolator, ellerdielektrisk​.

Alt materiale, til og med gode ledere, har noe elektriskmotstand, betegnetRog målt i ohm (Ω). Denne mengden tillater et formelt forhold mellom spenning og strømstrøm, kaltOhms lov​:

Elektrisk strøm er definert som strømmer fra høyere potensial til lavere potensial (som ersamme resultatsom elektroner som flyter i en negativ-til-positiv retning - vær forsiktig så du ikke forveksler dette punktet!) forutsatt at det finnes en passende vei mellom de to. Når de to polene på et batteri er forbundet med en ledningstråd, strømmer for eksempel strøm fritt i en sløyfe med minimal motstand.

Imidlertid, hvis det ikke er veldig ledende baner som forbinder en potensiell forskjell, kan strømmen likevel strømme som et resultat avdielektrisk sammenbruddhvis spenningen er høy nok - omtrent som det som ville oppstå ved strukturell svikt i en demning forårsaket av enestående volum i oppstrøms reservoaret.

• Dette er grunnen til at lyn "slår"; strøm "burde ikke" være i stand til å strømme i et dielektrisk materiale som luft, men lynets enorme spenninger overvelder denne faktoren.

Elektrisk strøm, som vann som går nedover en mild, steinete stigning, prøver alltid å ta den minste motstands vei. Hvis det hindres av et antall forskjellige isolasjonsmaterialer, vil det ønske å strømme gjennom det minst isolerende (dvs. mest ledende) materialet. Hvis en ledende bane eksisterer, vil den alltid velge den veien fremfor alt annet.

Luft er en isolator, og menneskekroppen er relativt ledende. Så hvis du skiller deg ut i et felt i tordenvær, har du høy risiko for elektrisk støt.Lynstengergi en jordingsbane ved å bevise en enkel,lav motstandmål for lynnedslag. Lyn vil heller strømme gjennom metall enn gjennom deg, så det er det.

Stien fra lynstangen til selve bakken har en viktig funksjon i alle jordingsoppsett: Ingen omveier underveis! Elektrisiteten strømmer rett inn i jorden selv fordi den ikke har andre alternativer. Dette er grunnen til at "jordledninger" ikke trenger å være enkeltledninger; de kan være metallrammer,så lenge stien til jorden er helt selvstendig, noe som betyr at det er en enkel krets.

• Som allerede antydet, kan jorden også tjene som en "elektrondonor" etter behov på grunn av sin evne til å spre ladning - positivt så vel som negativt, over et enormt volum - og ikke bare som en "elektronakseptor" som i lynstangen sak.

Selv om lynstenger er viktige, blir de ikke tatt i bruk hvert øyeblikk hver dag, som utallige elektriske kretser i hjem, kontorer og produksjonsanlegg over hele verden.

I en elektrisk krets skaper en jordledning en ekstra strømvei i tilfelle en kort eller annen feil. I stedet for å sjokkere deg når du berører kretskomponenter, vil strøm i stedet strømme gjennom den mer ledende jordingskabelen. Jording forhindrer ikke bare deg fra å bli sjokkert, men det holder også utstyret ditt trygt mot strømstyrker som ellers ville "sjokkert" det også.

​Merk: Høyspenningen i seg selv gjør ingen skade.Imidlertid gjør en stor spenningsforskjell det mer ønskelig for ladning å hoppe, og skaper derved en større strøm. Tenk på det som å stå på kanten av en høy klippe. Det er ikke det å være på den høye klippen som er problemet. Det er hva som skjer etter at du har gått av som et resultat av at fjellet under føttene ikke lenger "isolerer" deg fra tyngdekraftens innflytelse og lar luft lett "lede" deg (forhåpentligvis inn i et sikkerhetsnett!).

I husholdninger behandler jording både "symptomet" og "sykdommen" i tilfelle en uventet opphopning av ladninger på overflaten til apparater. Det tillater ikke bare rogue en umiddelbar "enveis" utgang slik at de kan spre seg andre steder, men det forhindrer også innføring av mer uønskede ladninger ved å avbryte kretsen "oppstrøms".

Et typisk moderne utløp har tre hull: to spalter side om side og en nesten rund blenderåpning under. Den mindre vertikale spalten er for den "varme" ledningen (eller bokstavelig talt pluggkomponenten) for innkommende strøm; den lengre partneren er for nøytral (utgang) ledning. Den runde pluggen er en jordledning koblet rett til en utgang fra kretsen, så farlige ladninger som ellers ville strømme langs overflaten på et apparat, kan flykte mot bakken. Denne ledningen er satt opp slik at over et gitt strømnivå blir hele kretsen ødelagt og all innkommende strøm stopper.

Jording muliggjør trygtspenningsstabiliseringi store kretser og systemer. En spenningsstabilisator sørger for at innkommende spenning, som faktisk kan svinge betydelig rundt ønsket verdi en gang i komplekset og følsomme kretser som en datamaskinmikroprosessor, normaliseres til en tett begrenset verdi ved å øke eller redusere V som behov for.

Anelektroskoper en leder som bruker ladningsinduksjon for å signalisere tilstedeværelsen av eksterne ladninger. Dette bruker prinsippet om at elektroner frastøter hverandre. Hvis en kilde til elektroner som en ladet glassstang (et eksempel på statisk elektrisitet; elektroner bare "sitter" der fordi glass er isolerende) holdes nær siden av det ledende (men nøytrale!) elektroskopet, dette "skyver" elektronene i ballen så langt unna de kan gå. Dette er midt på enheten, der metall "blader" skyves fra hverandre for å signalisere elektronene samlet nær siden av ballen på overflaten av spissen av stangen.

Når dette skjer, må oppbyggingen av elektroner inni balanseres på en eller annen måte, siden sfæren ledes. Som en konsekvens samles positive ladninger, som du kan forutsi, nær spissen av stangen.

• Anvendelsen av en jordledning for å komme seg rundt den isolerende basen til elektroskopet, ville tydelig endre dette bildet. Hvordan?