Mặt đất là gì và nó làm gì?

Tôi hơi bối rối về khái niệm mặt đất, và có lẽ cả điện áp, đặc biệt là khi cố gắng phân tích mạch điện. Khi tôi học về định luật Ohm ở trường tiểu học, tôi đã học cách áp dụng định luật để tính toán dòng điện, điện áp và điện trở của các mạch đơn giản.

Ví dụ, nếu chúng ta được cung cấp các mạch sau:

Chúng ta có thể được yêu cầu tính toán dòng điện đi qua mạch. Vào thời điểm đó, tôi chỉ cần tính toán (dựa trên các quy tắc đã cho) 1.5V / 1Ohms = 1.5A.

Tuy nhiên, sau đó, tôi đã biết rằng lý do điện áp của điện trở là 1,5V là vì điện áp thực sự là sự khác biệt về tiềm năng giữa hai điểm và sự khác biệt của điện áp trên pin sẽ giống như của điện áp điện trở (sửa tôi nếu tôi nhầm), hoặc 1,5V. Tôi đã bối rối, tuy nhiên, sau khi giới thiệu khái niệm mặt đất.

Lần đầu tiên tôi thử thực hiện phép tính hiện tại cho một mạch tương tự như mạch trước đó trên một trình giả lập, chương trình đã phàn nàn về việc không có mặt đất và "nguồn điện áp nổi". Sau một chút tìm kiếm, tôi đã học được rằng các mạch cần mặt đất làm điểm tham chiếu hoặc vì lý do an toàn. Nó đã được đề cập trong một lời giải thích rằng người ta có thể chọn bất kỳ nút nào cho mặt đất, mặc dù theo thông lệ là thiết kế mạch để có "nơi dễ dàng" để chọn mặt đất.

Do đó cho mạch này

Tôi đã chọn mặt đất ở phía dưới, nhưng liệu có ổn không khi chọn mặt đất giữa điện trở 7 ohm và 2 ohm - hoặc bất kỳ nơi nào khác? Và điều gì sẽ là sự khác biệt khi phân tích mạch?

Tôi đã đọc rằng có 3 biểu tượng mặt đất điển hình với các ý nghĩa khác nhau - mặt đất khung gầm, mặt đất và mặt đất tín hiệu. Rất nhiều mạch tôi đã thấy được sử dụng trong các bài tập hoặc sử dụng mặt đất hoặc tín hiệu mặt đất. Mục đích của việc sử dụng đất là gì? Mặt đất tín hiệu kết nối với là gì?

Một câu hỏi khác: vì mặt đất không có tiềm năng, nên sẽ có dòng điện chạy đến hoặc từ mặt đất đến mạch điện? Từ những gì tôi đã đọc, chúng tôi coi mặt đất là 0V, nhưng sẽ không có hiệu ứng nào đó vì sự khác biệt về tiềm năng của mạch và mặt đất? Hiệu ứng sẽ khác nhau tùy thuộc vào mặt đất được sử dụng?

Cuối cùng: Trong phân tích nút, người ta thường chọn một mặt đất ở cực âm của pin. Tuy nhiên, khi có nhiều nguồn điện áp, một số trong số chúng là "nổi". Điện áp của nguồn điện áp nổi có ý nghĩa gì?

Lần đầu tiên tôi thử thực hiện phép tính hiện tại cho một mạch tương tự như mạch trước đó trên một trình giả lập, chương trình đã phàn nàn về việc không có mặt đất và "nguồn điện áp nổi".

Trình mô phỏng của bạn muốn có thể thực hiện các tính toán của nó và báo cáo điện áp của từng nút liên quan đến một số tham chiếu, thay vì phải báo cáo sự khác biệt giữa mỗi cặp nút có thể. Nó cần bạn cho nó biết nút nào là nút tham chiếu.

Ngoài ra, đối với một mạch được thiết kế tốt, "mặt đất" không có ý nghĩa trong mô phỏng. Tuy nhiên, nếu bạn thiết kế một mạch không có đường dẫn dc giữa hai nút, thì mạch sẽ không thể giải quyết được. Các trình giả lập giống như SPICE điển hình giải quyết vấn đề này bằng cách kết nối các điện trở phụ, điển hình là 1 GOhm, giữa mỗi nút và mặt đất, do đó, có thể hình dung rằng việc lựa chọn nút mặt đất có thể ảnh hưởng một cách giả tạo đến kết quả mô phỏng của mạch có trở kháng rất cao.

Tôi đã chọn mặt đất ở phía dưới, nhưng liệu có ổn không khi chọn mặt đất giữa điện trở 7 ohm và 2 ohm - hoặc bất kỳ nơi nào khác? Và điều gì sẽ là sự khác biệt khi phân tích mạch?

Bạn có thể chọn bất kỳ nút nào làm mặt bằng tham chiếu của bạn. Thông thường chúng ta nghĩ trước và chọn một nút sẽ loại bỏ các thuật ngữ cho các phương trình (bằng cách đặt chúng bằng 0) hoặc đơn giản hóa sơ đồ (bằng cách cho phép chúng ta chỉ ra các kết nối thông qua biểu tượng mặt đất thay vì một loạt các đường nối với nhau).

Tôi đã đọc rằng có 3 biểu tượng mặt đất điển hình với các ý nghĩa khác nhau - mặt đất khung gầm, mặt đất và mặt đất tín hiệu. Rất nhiều mạch tôi đã thấy được sử dụng trong các bài tập sử dụng mặt đất hoặc tín hiệu mặt đất. Mục đích của việc sử dụng đất là gì? Mặt đất tín hiệu kết nối với là gì?

Trái đất được sử dụng để chỉ ra một kết nối với một cái gì đó được kết nối vật lý với mặt đất dưới chân chúng ta. Một sợi dây dẫn xuyên qua tòa nhà xuống một thanh đồng được dẫn xuống đất, trong một trường hợp điển hình. Mặt đất này được sử dụng cho mục đích an toàn. Chúng tôi giả định rằng ai đó xử lý thiết bị của chúng tôi sẽ được kết nối với thứ gì đó giống như mặt đất bằng chân của họ. Vì vậy, mặt đất là nút mạch an toàn nhất để chúng chạm vào, bởi vì nó sẽ không truyền dòng điện qua cơ thể chúng.

Khung gầm chỉ là tiềm năng của vỏ hoặc vỏ của mạch điện của bạn. Vì mục đích an toàn, điều này thường tốt nhất cho việc này được kết nối với mặt đất. Nhưng gọi nó là "khung gầm" thay vì "trái đất" có nghĩa là bạn chưa cho rằng nó được kết nối.

Mặt đất tín hiệu thường được phân biệt với mặt đất (và cách ly một phần với nó) để giảm thiểu khả năng dòng điện chạy qua dây nối đất sẽ làm nhiễu các phép đo của các tín hiệu quan trọng.

Một câu hỏi khác: vì mặt đất không có tiềm năng, nên sẽ có dòng điện chạy đến hoặc từ mặt đất đến mạch điện?

Hãy nhớ rằng, một mạch hoàn chỉnh là cần thiết để dòng điện chạy. Bạn sẽ cần kết nối với mặt đất ở hai nơi để dòng điện chạy vào và ra khỏi mạch của bạn từ mặt đất. Trên thực tế, bạn cũng cần một số nguồn điện áp (pin, hoặc ăng-ten hoặc một cái gì đó) trong một trong những đường dẫn kết nối đó để có bất kỳ dòng chảy liên tục qua lại giữa mạch của bạn và trái đất.

Tuy nhiên, khi có nhiều nguồn điện áp, một số trong số chúng là "nổi". Điện áp của nguồn điện áp nổi có ý nghĩa gì?

Nếu tôi có nguồn điện áp có giá trị V giữa các nút a và b , điều đó có nghĩa là chênh lệch điện áp giữa a và b sẽ là V volt. Một nguồn điện áp hoàn hảo sẽ tạo ra bất cứ dòng điện nào được yêu cầu để thực hiện điều này. Nếu một trong các nút xảy ra là mặt đất, điều đó mang lại cho bạn ngay lập tức giá trị tại nút khác trong hệ thống tham chiếu của bạn. Nếu cả hai nút đó không phải là "mặt đất" thì bạn sẽ cần một số kết nối khác để thiết lập giá trị của điện áp tại a và b so với mặt đất.

Đôi khi mọi người bị lẫn lộn chỉ bởi nhiều định nghĩa của từ này.

danh từ đất

1. bề mặt rắn của trái đất; đất cứng hoặc khô: rơi xuống đất
2. Thường, căn cứ. nền tảng hoặc cơ sở mà niềm tin hoặc hành động dựa vào; lý do hoặc nguyên nhân: căn cứ để sa thải .

$6\cdot10^{24} kg$

Tất nhiên, Trái đất thực sự lớn. Không phải tất cả đều có cùng tiềm năng. Trong thực tế, thậm chí không gần gũi. Từ trường khổng lồ của Trái đất luôn thay đổi và tạo ra dòng điện trên khắp Trái đất. Những người khác có thanh riêng của họ bị mắc kẹt trong Trái đất và đặt dòng chảy vào Trái đất. Tia sét di chuyển dòng điện cực lớn trong Trái đất. Vì Trái đất không phải là một vật dẫn hoàn hảo, và theo định luật Ohm, mọi dòng điện qua bất kỳ điện trở nào đều đi kèm với điện áp, nên tiềm năng giữa hai điểm trên Trái đất là không giống nhau, trừ khi bạn may mắn, hoặc các điểm rất gần nhau.

Và, nếu bạn đã từng vận hành một thiết bị chạy bằng pin, bạn sẽ biết rằng các thiết bị điện tử có thể hoạt động hoàn hảo mà không cần kết nối với Trái đất. Tuy nhiên, các thiết bị này có một mặt bằng. Vì vậy, đây có lẽ không phải là ý nghĩa nền tảng mà bạn nên sử dụng cho cơ sở hiểu biết về điện. Ý nghĩa khác, cơ sở mà niềm tin dựa vào , có lẽ là một khởi đầu tốt hơn.

$0V$$0V$

Vậy điện áp là gì? Thuật ngữ khắt khe hơn cho nó là sự khác biệt tiềm năng điện . Tất cả ba từ là một phần của sự hiểu biết về điện áp. Điện là hiển nhiên.

Còn tiềm năng thì sao? Tiềm năng có ý nghĩa cụ thể trong vật lý. Năng lượng tiềm năng là năng lực để sắp xếp một số việc cần làm . Ví dụ, lò xo nén, cung kéo dài hoặc bình chứa khí áp suất cao có khả năng thực hiện công việc, nếu được giải phóng.

Hãy tưởng tượng một quả bóng trên đỉnh của một đoạn đường nối. Nếu quả bóng được phép lăn xuống dốc, ở phía dưới, nó sẽ di chuyển khá nhanh. Nó có được động năng này từ năng lượng tiềm năng mà nó có ở đầu dốc. Nếu không có tổn thất nào khác (ví dụ ma sát), thì động năng đạt được của quả bóng bằng với năng lượng tiềm năng mà nó đã mất, theo định luật bảo toàn năng lượng .

Đó là năng lượng tiềm năng . Bản thân tiềm năng chỉ có một định nghĩa khác: đó là năng lượng tiềm năng trên một đơn vị vật chất tại một thời điểm nào đó trong một hệ thống. Rõ ràng, một quả bóng khổng lồ ở đỉnh dốc có nhiều năng lượng tiềm năng hơn một quả bóng nhỏ ở đỉnh của cùng một đoạn đường. Vì vậy, hai quả bóng có năng lượng tiềm năng khác nhau ở đầu dốc, nhưng chúng có cùng tiềm năng.

$J/kg$$J/C$

Vì vậy, trước đó chúng tôi đã nói điện áp là sự khác biệt tiềm năng điện . Sự khác biệt là gì? Hãy tưởng tượng lại đoạn đường nối của chúng tôi. Nếu bạn cho rằng lực hấp dẫn mạnh như nhau ở bất cứ nơi nào trên Trái đất (điều này chỉ gần đúng , nhưng là một giả định đơn giản hóa hợp lệ cho nhiều kỹ thuật thực tế), thì vị trí của đoạn đường có quan trọng không? Nó có thể ở Thung lũng chết hoặc trên đỉnh Everest : quả bóng, sau khi lăn xuống dốc, cuối cùng sẽ có động năng tương tự. Tiềm năng ở đầu và cuối của đoạn đường nối là không liên quan; điều quan trọng là sự khác biệttrong tiềm năng giữa đỉnh và đáy. Nếu chúng ta giả định rằng trường hấp dẫn của Trái đất giống nhau ở bất cứ nơi nào chúng ta có thể đi theo đoạn đường nối này, thì chỉ có chiều cao của đường dốc là có liên quan.

$5V$$5V$

$8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$cho đến khi chúng ta định nghĩa một cái gì đó như vậy Thông thường, đó chỉ là bất cứ điều gì chúng ta quyết định dán biểu tượng mặt đất lên. Chúng ta có thể đặt nó ở bất cứ đâu chúng ta thích, nhưng chúng ta thường đặt nó ở nơi nó làm cho việc tính toán trở nên dễ dàng nhất và thảo luận đơn giản nhất.

Câu hỏi liên quan:

• Là điện áp một delta? Nó luôn có thể được coi là một sự khác biệt tiềm năng từ một điểm tham chiếu?
• Sự khác biệt giữa thiết bị đầu cuối âm và mặt đất đồng?

Xem câu trả lời của tôi ở đây về mặt đất là gì và thuật ngữ "mặt đất" được sử dụng trong điện tử. Các phần quan trọng của câu trả lời đó cũng có liên quan đến câu hỏi ở đây.