Ozemljitev (fizika): Kako deluje in zakaj je to pomembno?

Elektrika je v sodobnem življenju nepogrešljiv dejavnik in čeprav človeštvo za proizvodnjo uporablja glavne vrste goriv so zaskrbljujoči, elektrika bo potrebna toliko časa, dokler bo civilizacija v sedanji obliki vztraja. Hkrati je med prvimi dejstvi o varnosti, ki se jih nauči tako rekoč vsak otrok, ta, da je elektrika ali je lahko izredno nevarna.

Poleg tega je elektrika, ki jo ljudje proizvajajo in jo zato lahko v veliki meri nadzorujejo, le del zgodbe. Pojav strele poznajo tudi zelo majhni otroci, hkrati pa vzbuja strah in zaskrbljenost tudi pri odraslih. Toda njeni "napadi" na ravni Zemlje so skoraj tako nepredvidljivi kot potencialno smrtonosni in natančen pogled na dodatki stavb in drugih struktur po vsem svetu poudarjajo nujnost te varnosti upoštevanje.

​Električna ozemljitev, imenovano tudiozemljitev, zagotavlja pot za tok toka v tla in odvečni električni naboj se razprši, namesto da bi se kopičil in ustvarjal potencialno nevarnost. To deluje, ker je Zemlja, ki je električno nevtralna, a hkrati tudi ogromna, lahko sprejema in zagotavlja velike število elektronov (po standardih človeške industrije) brez opaznih sprememb te "ničelne napetosti" država.

​Električni nabojv fiziki se meri vkulomi. Elementarni (nedeljivi) naboj je tisti na enem elektronu (e-) ali protonu z magnitudo 1,60 10^-19 C in dobi negativni znak za elektrone. Ločitev nasprotno nabitih delcev ustvarja aNapetost, ali razlika električnega potenciala, ki se meri v džulih na kulon (J / C) in povzroči, da elektroni tečejo v smeri neto pozitivnega naboja, gibanja, imenovanegaelektrični tok​.

• Iz istega bistvenega razloga elektroni "želijo" teči proti pozitivnemu priključku ali drugemu območju neto pozitivne napetosti voda "hoče" teči navzdol: potencialna razlika, ki pa jo določi električna sila namesto sile gravitacija.

Ta pretok elektronov, izmerjen v C / s ozamperov("amperi"), se pojavi le, če je pot med viri napetosti adirigentin zlahka dovoli tok, kot večina kovin. Neprevodni materiali se imenujejoizolatorjiin vključujejo plastiko, les in gumo (obilo izolatorjev med vsakdanjimi izdelki je očitno dobra stvar). V prejšnji analogiji je jez, ki zadržuje naravni tok rečnega toka, podoben izolatorju, ozdielektrik​.

Vsi materiali, tudi dobri vodniki, imajo nekaj elektrikeodpornost, označenoRin izmerjena v ohmih (Ω). Ta količina omogoča formalno razmerje med napetostjo in tokovnim tokom, imenovanoOhmov zakon​:

Električni tok je opredeljen kot pretok iz višjega v nižji potencial (kar jeisti rezultatkot elektroni, ki tečejo v negativni proti pozitivni smeri - pazite, da te točke ne zamenjate!), če obstaja primerna pot med obema. Ko sta na primer terminala akumulatorja povezana s prevodno žico, tok tok prosto teče v zanki z minimalnim uporom.

Če pa ni visoko prevodnih poti, ki povezujejo potencialno razliko, lahko zaradi tega vseeno teče tokdielektrična okvarače je napetost dovolj visoka - podobno, kot bi se zgodilo ob strukturni okvari jezu, ki ga je povzročil volumen brez primere v zgornjem zbiralniku.

• Zato strela "udari"; tok "ne bi smel" teči v dielektričnem materialu, kot je zrak, vendar velike napetosti strele premagajo ta dejavnik.

Električni tok, tako kot voda, ki se pelje po rahlem, skalnatem vzponu, vedno poskuša ubrati pot najmanjšega upora. Če ga ovirajo številni različni izolacijski materiali, bo hotel teči skozi najmanj izolacijski (tj. Najbolj prevodni). Če prevodna pot obstaja, jo bo vedno izbrala pred vsem ostalim.

Zrak je izolator, človeško telo pa je razmeroma prevodno. Če torej med nevihto izstopate na polju, obstaja veliko tveganje za električni udar.Strelovodizagotovite ozemljitveno pot tako, da dokažete enostavnonizko odpornosttarča strelov. Strele bi raje tekle skozi kovino kot skozi vas, tako da je to.

Pot od strelovoda do tal ima eno bistveno značilnost vseh postavitev ozemljitve: na poti ni obvozov! Elektrika teče naravnost v samo Zemljo, ker nima drugih možnosti. Zato ni nujno, da so ozemljene "žice" enojne žice; lahko so kovinski okvirji,dokler je pot do Zemlje popolnoma samostojna, kar pomeni, da gre za preprosto vezje.

• Kot smo že predlagali, lahko Zemlja po potrebi služi tudi kot "darovalec elektronov" zaradi svoje sposobnosti razprševanja naboja - pozitiven in negativen v velikem obsegu - in ne le kot "elektronski akceptor" kot v strelovodu Ovitek.

Strelovodi so sicer ključnega pomena, vendar jih ne uporabljamo vsak trenutek vsak dan, tako kot nešteto električnih vezij v domovih, pisarnah in proizvodnih obratih po vsem svetu.

V električnem tokokrogu ozemljitvena žica ustvari dodatno pot za tok v primeru kratke ali druge okvare. Namesto da bi vas šokiral, ko se dotaknete komponent vezja, bo tok tekel skozi bolj prevodno ozemljitveno žico. Z ozemljitvijo ne samo preprečite, da bi vas šokirali, ampak tudi varuje vašo opremo pred trenutnimi napetostmi, ki bi jo sicer tudi "šokirale".

​Opomba: Visoka napetost sama po sebi ne škodi.Zaradi velike napetostne razlike pa je bolj zaželeno, da naboj skoči in s tem ustvari večji tok. Pomislite na to, kot da stojite na robu visoke pečine. Težava ni v tem, da si na visoki pečini. To se zgodi, ko stopite zaradi tega, ker vas pod nogami skala več ne "izolira" pred vplivi gravitacije in zraku omogoči, da vas takoj "odpelje" (upajmo v varnostno mrežo!).

V gospodinjskih nastavitvah ozemljitev obravnava "simptom" in "bolezen" v primeru nenapovedanega kopičenja nabojev na površinah naprav. Prevarantskim nabojem ne omogoča samo takojšnjega "enosmernega" izhoda, da se lahko razpršijo drugam, ampak tudi preprečuje vstop več neželenih nabojev tako, da prekine vezje "gorvodno".

Tipična moderna odprtina ima tri luknje: dve vzporedni reži in skoraj okroglo odprtino spodaj. Manjša navpična reža je za "vročo" žico (ali dobesedno vtična komponenta) za dohodni tok; njegov daljši partner je za nevtralno (izhodno) žico. Okrogli čep je ozemljitvena žica, priključena naravnost na izhod iz tokokroga, zato lahko nevarni naboji, ki bi sicer tekli po površini naprave, pobegnejo proti tlom. Ta žica je nastavljena tako, da je nad določeno trenutno stopnjo prekinjeno celotno vezje in vsi dohodni tokovi se ustavijo.

Ozemljitev omogoča varnostabilizacija napetostiv velikih vezjih in sistemih. Napetostni stabilizator zagotavlja, da dohodna napetost, ki lahko dejansko znatno niha okoli želene vrednosti, ko je enkrat v kompleksu in občutljivih vezij, kot je računalniški mikroprocesor, se normalizira na strogo omejeno vrednost s povečanjem ali zmanjšanjem V potrebno.

Anelektroskopje prevodnik, ki z indukcijo naboja signalizira prisotnost zunanjih nabojev. Pri tem se uporablja načelo, da se elektroni med seboj odbijajo. Če je vir elektronov, kot je napolnjena steklena palica (primer statične elektrike; elektroni tam samo "sedijo", ker je steklo izolacijsko), je blizu prevodnega (vendar nevtralnega!) elektroskopa, kar "potisne" elektrone v krogli čim dlje. To je v središču enote, kjer so kovinski "listi" potisnjeni narazen, da signalizirajo elektrone, zbrane ob strani kroglice na površini konice palice.

Ko se to zgodi, je treba kopičenje elektronov v notranjosti nekako uravnotežiti, saj krogla prevaja. Posledično se pozitivni naboji zbirajo, kot bi lahko predvideli, blizu konice palice.

• Uporaba ozemljitvene žice za obhod izolacijskega dna elektroskopa bi to sliko očitno spremenila. Kako?