Что такое земля и что она делает?

Я немного смущен концепцией земли и, возможно, напряжением, особенно при попытке проанализировать схему. Когда я узнал о законе Ома в начальной школе, я научился применять закон для расчета тока, напряжения и сопротивления простых схем.

Например, если нам была предоставлена ​​следующая схема:

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Мы могли бы попросить рассчитать ток, проходящий через цепь. В то время я просто вычислил (на основе приведенных правил) 1.5V /1Ohms = 1.5A. </p>

<p> Впоследствии, однако, я узнал, что причиной напряжения резистора будет 1,5 В, потому что напряжение действительно является разницей в потенциале между двумя точками и что разность напряжения на батарее будет такой же, как у резистора (исправьте меня, если я ошибаюсь), или 1.5V. Однако я запутался после введения концепции земли. </p>

<p> В первый раз, когда я попытался выполнить текущий расчет для схемы, аналогичной предыдущей схеме на симуляторе, программа жаловалась на отсутствие заземления и «источников плавающего напряжения». После небольшого поиска я узнал, что схемы нуждаются в заземлении в качестве контрольной точки или по соображениям безопасности. В одном объяснении было упомянуто, что можно выбрать любой узел для заземления, хотя обычно принято проектировать схемы, поэтому есть «легкое место» для выбора площадки. </p>

<p> Таким образом, для этой схемы </p>

<p> <img src = voltage ground

60 голосов | спросил inkyvoyd 27 Jam1000000amSun, 27 Jan 2013 00:31:39 +040013 2013, 00:31:39

3 ответа


49
  

В первый раз, когда я попытался выполнить текущий расчет для схемы, аналогичной предыдущей схеме на симуляторе, программа жаловалась на отсутствие заземления и «источников плавающего напряжения».

Ваш симулятор хочет иметь возможность выполнять свои вычисления и сообщать о напряжениях каждого узла относительно некоторой ссылки, а не сообщать разницу между всеми возможными парами узлов. Вам нужно указать, какой узел является опорным узлом.

Кроме того, для хорошо продуманной схемы «земля» не имеет никакого значения в симуляции. Если вы проектируете схему, в которой нет постоянного канала между двумя узлами, схема будет неразрешимой. Типичные SPICE-подобные симуляторы разрешают это путем подключения дополнительных резисторов, обычно 1 GOhm, между каждым узлом и землей, поэтому вполне возможно, что выбор наземного узла может искусственно повлиять на результаты моделирования схемы с очень высоким импедансом.

  

Я подобрал землю внизу, но было бы хорошо подобрать землю между резистором 7 Ом и 2 Ом - или в любом другом месте? И какая разница при анализе схемы?

Вы можете выбрать любой узел в качестве ссылочного поля. Часто мы думаем впереди и выбираем узел, который устраняет термины для уравнений (путем установки их равными 0) или упрощает схему (позволяя нам указывать соединения через наземный символ, а не связкой строк, соединяющихся вместе).

  

Я читал, что есть 3 типичных наземных символа с разными значениями - земля шасси, земля и земля сигнала. Многие схемы, которые я видел в упражнениях, используют землю или землю сигнала. Какая цель заключается в использовании заземления? Какова связь с сигнальной землей?

Земля используется для обозначения соединения с физическим соединением с землей под нашими ногами. Провод, ведущий через здание до медного стержня, приводимого в землю, в типичном случае. Это основание используется для целей безопасности. Мы предполагаем, что кто-то, кто обрабатывает наше оборудование, будет связан с чем-то вроде земли под ногами. Таким образом, заземление является самым безопасным узлом цепи для их касания, потому что он не будет пропускать токи через их тело.

Основание шасси - это всего лишь потенциал корпуса или корпуса вашей схемы. В целях безопасности для этого лучше всего подключаться к земле. Но называть его «шасси» вместо «земля» означает, что вы не предполагали, что он подключен .

Земля сигнала часто отличается от заземления (и частично изолирована от нее), чтобы свести к минимуму вероятность того, что токи, протекающие через провода заземления, будут мешать измерениям важных сигналов.

  

Другой вопрос: поскольку земля находится в неизвестном потенциале, не будет ли ток, протекающий к или из земли в цепь?

Помните, что для протекания тока требуется полная цепь. Вам понадобятся соединения с землей в двух местах, где ток течет в вашей цепи и выходит из нее из земли. Реально, вам также нужен какой-то источник напряжения (батарея или антенна или что-то еще) на одном из этих путей подключения, чтобы иметь постоянный поток назад и вперед между вашей схемой и землей.

  

Однако, когда есть несколько источников напряжения, некоторые из них «плавающие». Какое значение имеет напряжение источника плавающего напряжения?

Если у меня есть источник напряжения со значением V между узлами a и b , это означает, что разность напряжений между a и b будет V вольт. Идеальный источник напряжения будет генерировать любой ток, необходимый для этого. Если один из узлов оказывается заземленным, это сразу дает вам значение на другом узле вашей системы ссылок. Если ни один из этих узлов не будет «заземлен», вам понадобятся другие соединения, чтобы установить значение напряжений в a и b относительно земли.

ответил The Photon 27 Jam1000000amSun, 27 Jan 2013 01:16:27 +040013 2013, 01:16:27
42

Иногда люди путаются просто с помощью многих определений слова.

земля
существительное

  1. твердая поверхность земли; твердой или сухой земли: упасть на землю
  2. Часто, основания. основание или основание, на которых покоится убеждение или действие; причины или причины: основания для увольнения .

В контексте электроники иногда ground означает смысл 1 выше. Земля, в конце концов, примерно равна \ $ 6 \ cdot10 ^ {24} кг \ $ шарику железа. Как и все остальное, он существует в некотором электрическом потенциале , и если вы наклеиваете длинный проводящий стержень на Земле , вы можете сделать другие вещи, связанные с этим стержнем, примерно с одинаковым потенциалом:

введите описание изображения здесь>> </p>

<p> Конечно, Земля действительно большая. Не все это при одном и том же потенциале. На самом деле, даже близко. <a href= огромное магнитное поле Земли постоянно меняется и вызывает течения по всей Земле. У других людей есть свои стержни, застрявшие на Земле и помещающие токи на Землю. Молния перемещает огромный поток на Земле. Поскольку Земля - ​​не идеальный проводник, а закон Ома любой поток через какое-либо сопротивление, сопровождаемый напряжением, потенциал между двумя точками на Земле - это не одно и то же, если вам не повезло, или точки очень близки друг к другу.

И если вы когда-либо эксплуатировали устройство с батарейным питанием, вы знаете, что электронные устройства могут нормально функционировать без подключения к Земле. Тем не менее, у этих устройств есть земля. Таким образом, это, вероятно, не смысл ground , который вы должны использовать для своей основы электрического понимания. Другой смысл, основа, на которой покоится убеждение , вероятно, лучше начать.

Это очень проницательное наблюдение, что ваше замешательство также связано с напряжением. Земля , просто положите, \ $ 0V \ $. Но чтобы понять, что это на самом деле означает, нужно действительно понимать напряжение. Многие люди попадают в ловушку мысли, что, поскольку ground is \ $ 0V \ $, тогда ground находится там, где нет напряжения. Таким образом, везде должно быть напряжение. Но, как только вы понимаете напряжение, вы видите, что это не может быть правдой.

Итак, что такое напряжение ? Более строгим термином для него является разность электрических потенциалов . Все три слова являются частью понимания напряжения. Электрический очевиден.

Как насчет потенциала ? Потенциал имеет определенное значение в физике. Потенциальная энергия - это способность к некоторому расположению вещей работа . Например, сжатая пружина, вытянутый лук или бак высокого давления газа могут работать, если их выпускают.

Представьте себе шар в верхней части рампы. Если мячу разрешено скатывать рампу, внизу, он будет двигаться довольно быстро. Он приобрел эту кинетическую энергию от потенциальной энергии, которую он имел в верхней части рампы. Если бы не было других потерь (например, трения), тогда кинетическая энергия, получаемая шаром, равна потенциальной энергии, которую она потеряла, с помощью закон сохранения энергии .

Это потенциальная энергия . Просто потенциал сам по себе имеет другое определение: это потенциальная энергия на единицу материала в какой-то момент в системе. Очевидно, массивный мяч в верхней части пандуса имеет больше потенциальной энергии, чем маленький шарик в верхней части той же рампы. Таким образом, два шара имеют разные потенциальные энергии в верхней части рампы, но они имеют одинаковый потенциал.

Соответствующий вид материала зависит от вида потенциала. Для гравитационных полей материал является массовым. Для электрических полей материал заряд . Потенциальная энергия измеряется в joules . Гравитационный потенциал измеряется в \ $ J /kg \ $. Электрический потенциал будет измеряться в джоулях за coulomb (\ $ J /C \ $), что на самом деле является именно тем определением вольт .

Итак, раньше мы говорили, что напряжение представляет собой электрический потенциал разность . Какая разница ? Представьте себе снова нашу рампу. Если вы предполагаете, что гравитация одинаково сильна в любом месте Земли (это всего лишь примерно верно , но является допустимым упрощающим предположением для большой практической инженерии), то имеет ли место значение рампы? Он может находиться в Долине Смерти или на Mount Everest : мяч, скатившийся по пандусу, будет иметь в конце ту же кинетическую энергию. Потенциал сверху и снизу рампы не имеет значения; важная разница в потенциале между верхним и нижним. Если мы предположим, что гравитационное поле Земли одинаково везде, где мы могли бы использовать эту рампу, то важна только высота рампы.

Итак, поскольку напряжение представляет собой разность , нам нужно две точки, чтобы иметь напряжение. Если мы скажем, что какой-то узел в цепи равен \ $ 5V \ $, то мы говорим, что это \ $ 5V \ $ больше, чем какая-то другая точка. Основа - это другая точка, если контекст не говорит иначе.

Аналогичное соглашение существует с высотой. Если я скажу высоту горы. Эверест - это $ 8848 м \ $, предположим, что его высота составляет $ 8848m \ $ больше уровня моря . Я также могу переопределить эту ссылку с явным контекстом. Например, я могу сказать Mt. Everest на $ 237m \ $ выше K2 . Ссылка по умолчанию также может измениться. Например, если я скажу, что Olympus Mons - $ 21229 м \ $, вы, вероятно, не предположим, что это выше уровня моря, но вместо этого есть эквивалентная данность на Марсе. Нет универсальной ссылки для повышения.

Вот почему ground - \ $ 0V \ $, как уровень моря \ $ 0m \ $. Это не то, что земля не имеет напряжения, или уровень моря не имеет высоты: это то, что эти вещи являются различиями , а разница между вещью и самим собой - \ $ 0 \ $. Таким образом, нет волшебства в ground . Это не do . Это всего лишь узел в цепи, как и любой другой. Только по определению это также \ $ 0V \ $, и это определение существует как соглашение, упрощающее наше обсуждение схемы. Нет универсальной основы или \ $ 0V \ $, пока мы не определим что-то как таковое. Обычно это то, что мы решаем придерживаться символа земли. Мы можем поместить его в любом месте, но мы обычно ставим его там, где он упрощает вычисления и упрощает обсуждение.

Похожие вопросы:

ответил Phil Frost 21 J000000Sunday13 2013, 19:07:28
2

См. мой ответ здесь о том, что такое земля и как используется термин «земля» в электронике. Значительные части этого ответа также имеют отношение к этому вопросу.

ответил Olin Lathrop 23 J000000Wednesday14 2014, 15:11:18

Похожие вопросы

Популярные теги

security × 330linux × 316macos × 2827 × 268performance × 244command-line × 241sql-server × 235joomla-3.x × 222java × 189c++ × 186windows × 180cisco × 168bash × 158c# × 142gmail × 139arduino-uno × 139javascript × 134ssh × 133seo × 132mysql × 132