Уземљење (физика): како то функционише и зашто је то важно?

Електрична енергија је незаменљив фактор у савременом животу, и премда главне врсте горива које човечанство користи за своју производњу извор велике забринутости, сама електрична енергија биће потребна све док цивилизација у свом данашњем облику опстаје. У исто време, међу првим чињеницама о безбедности које се практично свако дете учи јесте да је електрична енергија изузетно опасна или може бити.

Штавише, електрична енергија коју људи генеришу и коју стога могу у великој мери контролисати само је део приче овде. Феномен муње такође је познат врло малој деци, а истовремено је извор страхопоштовања и забринутости чак и за одрасле. Али његови "удари" на нивоу Земље готово су непредвидиви колико и потенцијално смртоносни, а изблиза додаци за зграде и друге грађевине широм света подвлаче хитност ове безбедности разматрање.

​Електрично уземљење, такође звануземљење, пружа пут протоку струје у земљу и прекомерног електричног наелектрисања да се распрши уместо да се ствара и ствара потенцијалну опасност. То функционише јер Земља, која је електрички неутрална, али такође и огромна, може и прихватити и пружити велико броја електрона (према стандардима људске индустрије) без приметних промена на овом „нултом напону“ стање.

​Наелектрисањеу физици се мери укуломи. Елементарно (недељиво) наелектрисање је на једном електрону (е-) или протону, магнитуде 1,60 10^-19 Ц и дати негативни предзнак за електроне. Одвајањем супротно наелектрисаних честица ствара се аНапон, или разлика електричног потенцијала, која се мери у џулима по кулону (Ј / Ц) и индукује електроне да теку у правцу нето позитивног наелектрисања, покрета тзв.електрична струја​.

• Електрони "желе" да теку из позитивног терминала или другог подручја нето позитивног напона из истог есенцијалног разлога вода „жели“ да тече низбрдо: потенцијална разлика, али установљена електричном силом уместо силом гравитација.

Овај проток електрона, мерено у Ц / с илиампера(„појачала“), јавља се само ако је путања између извора напона адиригенти лако дозвољава проток струје, као и већина метала. Непроводни материјали се називајуизолатори, а укључују пластику, дрво и гуму (обиље изолатора међу свакодневним производима је очигледно добра ствар). У претходној аналогији, брана која задржава природни ток речне струје је попут изолатора, илидиелектрични​.

Сви материјали, чак и добри проводници, имају неке електричнеотпор, означеноР.и мерено у охима (Ω). Ова величина омогућава формални однос између напона и протока струје, тзвОхмов закон​:

Електрична струја се дефинише као проток од већег ка мањем потенцијалу (што јеисти резултаткао електрони који теку у негативном у позитивном смеру - пазите да не побркате ову тачку!) под условом да постоји погодан пут између њих двоје. На пример, када су два терминала батерије повезана проводном жицом, струја слободно тече у петљи са минималним отпором.

Међутим, ако не постоје високо проводне стазе које повезују потенцијалну разлику, као резултат може проћи струјадиелектрични сломако је напон довољно висок - слично ономе што би се десило код структурног квара на брани изазваног невиђеном запремином у узводном резервоару.

• Због тога гром „удара“; струја „не би требало“ да може да тече у диелектричном материјалу као што је ваздух, али огромни напони грома свладавају овај фактор.

Електрична струја, попут воде која се креће низ благи, каменити нагиб, увек покушава да крене путем најмањег отпора. Ако га омета већи број различитих изолационих материјала, желеће да тече кроз најмање изолациони (тј. Најпроводљивији). Ако проводна путања постоји, она ће увек изабрати тај пут над свим осталим.

Ваздух је изолатор, а људско тело је релативно проводљиво. Дакле, ако се истакнете на пољу током олује са грмљавином, ризикујете електрични удар.Громобраниобезбедите пут уземљења доказујући лак,мали отпормета за ударе грома. Муња би радије текла кроз метал него кроз вас, па има тога.

Стаза од громобрана до саме земље има једну битну карактеристику свих поставки уземљења: Нема заобилазних путања! Електрична енергија тече право у саму Земљу, јер нема друге могућности. Због тога "жице за уземљење" не морају бити појединачне жице; могу бити метални оквири,све док је пут до Земље потпуно самосталан, што значи да је то једноставан склоп.

• Као што је већ сугерисано, Земља такође може да служи као „донор електрона“ по потреби због своје способности да распрши наелектрисање - позитиван као и негативан, у огромној запремини - и то не само као „акцептор електрона“ као у громобрану случај.

Иако су громобрани витални, они се не користе сваки тренутак сваког дана, попут безбројних електричних кругова у домовима, канцеларијама и производним погонима широм света.

У електричном колу, жица за уземљење ствара додатни пут за струју у случају кратког или другог квара. Уместо да вас шокира када додирнете компоненте кола, струја ће уместо тога тећи кроз проводљивију жицу за уземљење. Уземљење не само да вас не шокира, већ и чува вашу опрему од тренутних пренапона који би је иначе и "шокирали".

​Напомена: Високи напон сам по себи не штети.Међутим, велика разлика напона чини пожељнијим скок наелектрисања и при томе ствара већу струју. Замислите то као да стојите на ивици високе литице. Није проблем у томе што је на високој литици. То се дешава након што закорачите услед тога што вас стена под ногама више не „изолује“ од утицаја гравитације и омогућава ваздуху да вас лако „одведе“ (надамо се у заштитну мрежу!).

У кућним условима, уземљење третира и „симптом“ и „болест“ у случају непредвиђеног накупљања наелектрисања на површини уређаја. Омогућава не само неваљалим пуњењима тренутни „једносмерни“ излаз како би се могли разићи негде другде, већ спречава улазак више нежељених пуњења прекидајући круг „узводно“.

Типична модерна утичница има три рупе: два упоредо прореза и готово округли отвор испод. Мањи вертикални прорез служи за „врућу“ жицу (или дословно, компоненту утикача) за долазну струју; његов дужи партнер је за неутралну (излазну) жицу. Округли утикач је жица за уземљење спојена равно на излаз из кола, тако да опасни наелектрисања која би иначе текла површином уређаја могу побећи према земљи. Ова жица је постављена тако да је изнад датог нивоа струје прекинут читав круг и сва долазна струја се зауставља.

Уземљење омогућава сигурностабилизација напонау великим круговима и системима. Стабилизатор напона осигурава долазни напон, који може заиста да флуктуира око жељене вредности једном у комплексу и осетљивих кола као што је рачунарски микропроцесор, нормализује се на чврсто ограничену вредност повећањем или смањењем В као потребно.

Анелектроскопје проводник који користи индукцију наелектрисања да сигнализира присуство спољних наелектрисања. Овде се користи принцип да се електрони одбијају. Ако је извор електрона као што је напуњена стаклена шипка (пример статичког електрицитета; електрони тамо само „седе“ јер је стакло изолационо) држи се уз бок проводног (али неутралног!) електроскопа, што „гура“ електроне у лопти што даље. То је у центру јединице, где се метални „листови“ одвајају да сигнализирају електроне окупљене поред бочне стране кугле на површини врха штапа.

Како се то дешава, накупљање електрона у унутрашњости мора некако да се уравнотежи, јер сфера води. Као последица, позитивни набоји се сакупљају, као што бисте могли предвидети, близу врха штапа.

• Примена жице за уземљење за заобилажење изолационе основе електроскопа очигледно би променила ову слику. Како?