Was ist Boden und was macht er?

Ich bin ein bisschen verwirrt über das Konzept der Masse und vielleicht auch der Spannung, besonders wenn ich versuche, einen Stromkreis zu analysieren. Als ich in der Grundschule das Ohmsche Gesetz kennenlernte, lernte ich, wie man das Gesetz anwendet, um Strom, Spannung und Widerstand einfacher Stromkreise zu berechnen.

Zum Beispiel, wenn wir die folgende Schaltung gegeben wurden:

Wir könnten gebeten werden, den durch die Schaltung fließenden Strom zu berechnen. Zu der Zeit würde ich einfach (basierend auf den angegebenen Regeln) 1,5 V / 1 Ohm = 1,5 A berechnen.

Später erfuhr ich jedoch, dass die Spannung des Widerstands 1,5 V betragen würde, weil die Spannung tatsächlich die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten ist und dass die Spannungsdifferenz über der Batterie die gleiche ist wie die der Widerstand (korrigiere mich, wenn ich mich irre) oder 1,5V. Ich war jedoch nach der Einführung des Bodenkonzepts verwirrt.

Als ich das erste Mal versuchte, die Stromberechnung für einen Schaltkreis durchzuführen, der dem vorherigen Schaltkreis auf einem Simulator ähnlich war, beklagte sich das Programm, dass es keine Masse und "potentialfreie Spannungsquellen" gab. Nach einigem Suchen stellte ich fest, dass Stromkreise als Bezugspunkt oder aus Sicherheitsgründen Masse benötigen. In einer Erklärung wurde erwähnt, dass man jeden Knoten für die Erdung auswählen kann, obwohl es üblich ist, Schaltungen so zu gestalten, dass es einen "einfachen Ort" gibt, um die Erdung auszuwählen.

Also für diese Schaltung

Ich habe unten Erdung gewählt, aber wäre es in Ordnung, Erdung zwischen dem 7-Ohm- und dem 2-Ohm-Widerstand zu wählen - oder an einem anderen Ort? Und was wäre der Unterschied bei der Analyse der Schaltung?

Ich habe gelesen, dass es 3 typische Erdungssymbole mit unterschiedlichen Bedeutungen gibt - Gehäusemasse, Erdungsmasse und Signalmasse. Viele Schaltkreise, die ich in Übungen gesehen habe, verwenden entweder Masse oder Signalmasse. Welchen Zweck hat die Nutzung des Erdbodens? Womit ist die Signalmasse verbunden?

Eine andere Frage: Da die Masse ein unbekanntes Potential aufweist, fließt dann kein Strom zur Masse oder von der Masse zum Stromkreis? Nach dem, was ich gelesen habe, behandeln wir die Masse als 0 V, aber würde es aufgrund des Potentialunterschieds zwischen Stromkreis und Masse keinen Effekt geben? Wäre der Effekt je nach verwendetem Untergrund unterschiedlich?

Schließlich: Bei der Knotenanalyse wird üblicherweise eine Erdung am Minuspol der Batterie vorgenommen. Wenn jedoch mehrere Spannungsquellen vorhanden sind, sind einige davon "schwebend". Welche Bedeutung hat die Spannung einer potentialfreien Spannungsquelle?

Als ich das erste Mal versuchte, die Stromberechnung für einen Schaltkreis durchzuführen, der dem vorherigen Schaltkreis auf einem Simulator ähnlich war, beklagte sich das Programm, dass es keine Masse und "potentialfreie Spannungsquellen" gab.

Ihr Simulator möchte in der Lage sein, Berechnungen durchzuführen und die Spannungen jedes Knotens in Bezug auf eine Referenz zu melden, anstatt die Differenz zwischen jedem möglichen Knotenpaar zu melden. Sie müssen ihm mitteilen, welcher Knoten der Referenzknoten ist.

Ansonsten hat für eine gut konzipierte Schaltung die "Masse" in der Simulation keine Bedeutung. Wenn Sie eine Schaltung entwerfen, bei der es keinen Gleichstrompfad zwischen zwei Knoten gibt, ist die Schaltung nicht lösbar. Typische SPICE-ähnliche Simulatoren lösen dies, indem zusätzliche Widerstände, typischerweise 1 GOhm, zwischen jeden Knoten und Masse geschaltet werden. Daher ist es denkbar, dass die Wahl des Masseknotens die Ergebnisse einer Simulation einer Schaltung mit sehr hoher Impedanz künstlich beeinflusst.

Ich habe unten Erdung gewählt, aber wäre es in Ordnung, Erdung zwischen dem 7-Ohm- und dem 2-Ohm-Widerstand zu wählen - oder an einem anderen Ort? Und was wäre der Unterschied bei der Analyse der Schaltung?

Sie können einen beliebigen Knoten als Bezugsmasse auswählen. Oft denken wir voraus und wählen einen Knoten, der Terme für die Gleichungen eliminiert (indem wir sie auf 0 setzen), oder vereinfachen den Schaltplan (indem wir Verbindungen durch ein Erdungssymbol anstatt durch ein Bündel von Verbindungslinien angeben).

Ich habe gelesen, dass es 3 typische Erdungssymbole mit unterschiedlichen Bedeutungen gibt - Gehäusemasse, Erdungsmasse und Signalmasse. Viele Schaltkreise, die ich in Übungen gesehen habe, verwenden Masse oder Signalmasse. Welchen Zweck hat die Nutzung des Erdbodens? Womit ist die Signalmasse verbunden?

Erde wird verwendet, um eine Verbindung zu etwas anzuzeigen, das physisch mit der Erde unter unseren Füßen verbunden ist. Ein Draht, der durch das Gebäude zu einem Kupferstab führt, der in einem typischen Fall in den Boden getrieben wurde. Dieser Boden wird zu Sicherheitszwecken verwendet. Wir gehen davon aus, dass jemand, der mit unseren Geräten umgeht, mit seinen Füßen mit so etwas wie Erde verbunden wird. Daher ist Erdung der sicherste Schaltungsknoten, den sie berühren können, da sie keine Ströme durch ihren Körper treiben.

Die Gehäusemasse ist nur das Potenzial des Gehäuses oder der Umhüllung Ihrer Schaltung. Aus Sicherheitsgründen ist es oft am besten, diese mit der Erdung zu verbinden. Aber es „Chassis“ anstelle von „Erde“ zu nennen bedeutet , dass Sie nicht davon aus, dass es sich verbunden.

Signalerde wird häufig von Erderde unterschieden (und teilweise von dieser isoliert), um die Möglichkeit zu minimieren, dass durch die Erdungsdrähte fließende Ströme die Messungen der wichtigen Signale stören.

Eine andere Frage: Da die Masse ein unbekanntes Potential aufweist, fließt dann kein Strom zur Masse oder von der Masse zum Stromkreis?

Denken Sie daran, dass ein vollständiger Stromkreis für den Stromfluss erforderlich ist. Sie müssten an zwei Stellen geerdet sein, damit der Strom von der Erdung in Ihren Stromkreis fließt und von diesem abfließt. Realistisch gesehen benötigen Sie in einem dieser Verbindungspfade auch eine Spannungsquelle (eine Batterie, eine Antenne oder etwas anderes), um einen dauerhaften Fluss zwischen Ihrem Stromkreis und der Erde zu gewährleisten.

Wenn jedoch mehrere Spannungsquellen vorhanden sind, sind einige davon "schwebend". Welche Bedeutung hat die Spannung einer potentialfreien Spannungsquelle?

Wenn ich Spannungsquelle mit Wert V zwischen den Knoten a und b , bedeutet dies , dass die Spannungsdifferenz zwischen a und b wird V Volt. Eine perfekte Spannungsquelle erzeugt den dafür erforderlichen Strom. Wenn einer der Knoten geschliffen ist, erhalten Sie sofort den Wert am anderen Knoten in Ihrem Referenzsystem. Wenn keiner dieser Knoten "Masse" ist, benötigen Sie einige andere Verbindungen, um den Wert der Spannungen an a und b in Bezug auf Masse zu ermitteln.

Manchmal sind die Leute nur durch die vielen Definitionen des Wortes verwirrt.

Grund
Substantiv

1. die feste Oberfläche der Erde; festes oder trockenes Land: auf den Boden fallen
2. Oft Gründe. die Grundlage oder Basis, auf der ein Glaube oder eine Handlung beruht; Grund oder Grund: Gründe für die Entlassung .

$6\cdot10^{24} kg$

Natürlich ist die Erde wirklich groß. Nicht alle haben das gleiche Potenzial. In der Tat nicht einmal in der Nähe. Das riesige Magnetfeld der Erde ändert sich ständig und induziert Ströme auf der ganzen Erde. Andere Menschen haben ihre eigenen Stäbe in der Erde und setzen Ströme in die Erde. Blitz bewegt enorme Strömung in der Erde. Da die Erde kein perfekter Leiter ist und nach dem Ohmschen Gesetz jeder Strom durch irgendeinen Widerstand von einer Spannung begleitet wird, ist das Potential zwischen zwei Punkten auf der Erde nicht dasselbe, es sei denn, Sie haben Glück oder die Punkte sind sehr nahe beieinander.

Und wenn Sie jemals ein batteriebetriebenes Gerät betrieben haben, wissen Sie, dass elektronische Geräte ohne Erdung einwandfrei funktionieren können. Diese Geräte haben jedoch eine Erdung. Dies ist wahrscheinlich nicht der Grundsinn , den Sie für Ihr elektrisches Verständnis verwenden sollten. Der andere Sinn, auf dem ein Glaube beruht , ist wahrscheinlich ein besserer Anfang.

$0V$$0V$

Also , was ist Spannung ? Der strengere Begriff dafür ist die elektrische Potentialdifferenz . Alle drei Wörter sind Teil des Spannungsverständnisses. Elektrisch ist klar.

Was ist mit Potenzial ? Potenzial hat in der Physik eine spezifische Bedeutung. Potenzielle Energie ist die Fähigkeit, bestimmte Aufgaben zu erledigen . Zum Beispiel kann eine zusammengedrückte Feder, ein gespannter Bogen oder ein Hochdrucktank mit Gas möglicherweise funktionieren, wenn sie freigegeben werden.

Stellen Sie sich einen Ball oben auf einer Rampe vor. Wenn der Ball die Rampe nach unten rollen darf, bewegt er sich ziemlich schnell. Diese kinetische Energie hat es aus der potentiellen Energie gewonnen, die es oben auf der Rampe hatte. Wenn es keine weiteren Verluste gab (z. B. Reibung), entspricht die vom Ball gewonnene kinetische Energie der potenziellen Energie, die er nach dem Energieerhaltungsgesetz verloren hat .

Das ist potentielle Energie . Nur Potenzial an sich hat eine andere Definition: Es ist potenzielle Energie pro Stoffeinheit an einem bestimmten Punkt in einem System. Offensichtlich hat ein massiver Ball oben auf der Rampe mehr potentielle Energie als ein kleiner Ball oben auf derselben Rampe. Die beiden Kugeln haben also am oberen Rand der Rampe unterschiedliche potentielle Energien, aber sie haben das gleiche Potential.

$J/kg$$J/C$

So früher gesagt , dass wir Spannung elektrischer Potential Unterschied . Was ist der Unterschied ? Stellen Sie sich noch einmal unsere Rampe vor. Wenn Sie davon ausgehen, dass die Schwerkraft überall auf der Erde gleich stark ist (dies ist nur annähernd richtig , aber eine gültige vereinfachende Annahme für viel praktisches Engineering), spielt dann die Position der Rampe eine Rolle? Es könnte im Death Valley oder auf dem Mount Everest sein : Der Ball wird nach dem Herunterrollen der Rampe am Ende die gleiche kinetische Energie haben. Das Potenzial am oberen und unteren Rand der Rampe spielt keine Rolle. Das Wichtige ist der UnterschiedPotential zwischen oben und unten. Wenn wir davon ausgehen, dass das Schwerefeld der Erde überall dort gleich ist, wo wir diese Rampe nehmen, ist nur die Höhe der Rampe relevant.

$5V$$5V$

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

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$bis wir etwas als solches definieren. Normalerweise ist es genau das, worauf wir das Bodensymbol kleben. Wir können es beliebig platzieren, aber normalerweise platzieren wir es dort, wo Berechnungen am einfachsten und Diskussionen am einfachsten sind.

Verwandte Fragen:

• Ist die Spannung ein Delta? Kann es immer als potenzielle Differenz zu einem Referenzpunkt behandelt werden?
• Unterschied zwischen Minuspol und Kupfermasse?

Sehen Sie meine Antwort hier darüber, was Masse ist und wie der Begriff "Masse" in der Elektronik verwendet wird. Wesentliche Teile dieser Antwort sind auch für die hier gestellte Frage relevant.