Einzelklemme der Spannungsquelle an Erdung angeschlossen

Dies ist eine konzeptionelle Frage, mit der ich weiterhin zu kämpfen habe, als ich angefangen habe, Elektronik zu studieren.

Angenommen, wir haben eine Batterie, und einer ihrer Anschlüsse ist direkt mit einem schönen Stück hochleitfähiger Erde verbunden. Nehmen wir weiter an, dass das Potential der Batterie größer ist als das der Erde. Jetzt ist mir klar, dass dies kein geschlossener Kreislauf ist, aber warum sollte der Ladungsfluss von der Batterie zur Erde nicht erfolgen? Gibt es kein elektrisches Potential, das dazu führen sollte, dass die Elektronenmenge in der Batterie entleert oder zumindest bis zu dem Punkt verringert wird, an dem das elektrische Potential zwischen der Erde und der Batterie gleich ist? Ist dies nicht das gleiche Prinzip, das hinter der elektrostatischen Entladung steht (obwohl dieses Szenario keinen so großen Potentialunterschied impliziert?)

Ich habe jede andere Antwort hier auf electronic.stackexchange gelesen, die auf Boden verweist, und bin immer noch nicht zufrieden.

Wenn ich Ihre Frage richtig verstehe, ist keine Batterie erforderlich, um dieses Problem zu demonstrieren. Angenommen, Sie haben ein Objekt mit einem gewissen Potenzial . Dann verbinden Sie es mit einem anderen Potential. Fließt etwas Strom? Nehmen wir an, es ist ein Metallwürfel und es liegt auf dem Erdpotential plus einem Volt. Dann ist es plötzlich mit der Erde verbunden:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Kurze Antwort: Es fließt kein Strom. Es gibt keinen Stromkreis.

Dies ist jedoch eine Annäherung, um die Analyse zu vereinfachen. Wir vernachlässigen eine wichtige Tatsache: Alles hat eine gewisse Kapazität für alles andere. Der Metallwürfel ist eine Platte des Kondensators und die Erde ist die andere. Die Schaltung ist also eigentlich folgende:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

In diesem Fall fließt etwas Strom, wenn V1 plötzlich 0 V wird. Die Gesamtladung, die fließen wird, hängt von der Kapazität , die sehr klein ist. Vielleicht , wenn auch das. Wir wissen, dass Kapazität mal Spannung Ladung ist:$C$$1fF$

So ist die Gesamtladung , die fließen , wenn V1 aus geht auf und ist ist:$1V$$0V$$C$$1fF$

Dies ist eine sehr kleine Ladung, die für jede praktische Schaltung unerheblich ist.

Der Strom, der fließen wird, hängt davon ab, wie schnell sich ändert, und von der Kapazität gemäß:$V_1$$C$

Wie hängt das mit der BNE zusammen?

ESD ist das, was Sie erhalten, wenn der potenzielle Unterschied zwischen zwei Dingen groß genug ist, um die Isolierung zwischen diesen Dingen aufzubrechen. Normalerweise ist diese Isolierung Luft. Wie viel Spannung dies benötigt, hängt von vielen Faktoren ab, und ich bin kaum ein Experte, aber wir sprechen über Unterschiede, die in Kilovolt gemessen werden.

Diese hohen Spannungen sind gerade aufgrund der sehr geringen Kapazität zwischen Ihnen und allem anderen erreichbar. Denken Sie noch einmal daran, dass . Wir können das neu ordnen als:$CV=Q$

Wenn sehr klein ist, kann eine sehr kleine Ladung zu einer sehr hohen Spannung führen. Wenn Sie über den Teppich schlurfen, übertragen Sie möglicherweise nur eine (metaphorische) Handvoll Elektronen , aber das reicht aus, um Ihre Spannung relativ zu Ihrer Umgebung erheblich zu ändern.$C$$Q$

Wenn Sie einmal von Kilovolt sprechen und nicht von im Beispiel wie zuvor, ist dieser unbedeutende Strom nicht mehr so ​​unbedeutend. Wohlgemerkt immer noch klein, aber es wird in einem so kurzen Moment angewendet, dass es empfindliche Geräte beschädigen kann.$1V$

Das in der heutigen Zeit am häufigsten beschädigte Gerät ist möglicherweise das Gate-Isolationsoxid in MOSFETs , das so dünn ist, dass es eine Durchbruchspannung von möglicherweise V haben kann . Wenn Sie genug Ladung hatten, um Ihre Spannung so weit zu erhöhen, dass die relativ starke Luft um Sie herum zappt, können die wenigen Siliziumdioxidatome diese Ladung ebenso zurückhalten wie feuchtes Seidenpapier:$10V$

Nehmen wir weiter an, dass das Potential der Batterie größer ist als das der Erde.

Batterien werden nicht elektrisch geladen .

Wenn ein Anschluss einer Batterie mit einer idealen Masse verbunden ist (eine perfekte Senke für elektrische Ladung) und Ladung aus diesem Anschluss (oder in diesen Anschluss) zur (von) Erde fließt, wird die Batterie elektrisch geladen.

Dies würde jedoch die potenzielle Energie des Systems erhöhen , anstatt sie zu verringern . *

Eine andere Möglichkeit, dies zu sehen, besteht darin, dass, wenn beispielsweise Elektronen die Batterie verlassen, die Batterie positiv geladen wird, was Elektronen vom Boden zurück zur Batterie zieht .

* Abhängig von der Geometrie, die die Energie des Systems senkt, kann es zu einer geringfügigen Umverteilung der Ladung kommen.

Ist dies nicht das gleiche Prinzip, das hinter der elektrostatischen Entladung steht (obwohl dieses Szenario keinen so großen Potentialunterschied impliziert?)

Elektrostatische Entladung kann nur auftreten, wenn ausreichend Potenzial vorhanden ist, um die durch Luft (oder Vakuum oder ein anderes Gas) verursachte Barriere zu durchbrechen (oder zu durchbrechen).

Hier ist eine Erklärung des Paschenschen Gesetzes. Dies bezieht sich auf die Klemmenspannung, die gegenüber dem "Spalt" zwischen den Klemmen erforderlich ist, damit ein Lichtbogen einen Stromfluss bei verschiedenen Gasdrücken verursacht: -

Beachten Sie, dass Sie, wenn Ihre Batterie unter 100 V liegt, selbst bei dem optimalen Druck für das optimalste Gas (Argon) Schwierigkeiten haben, den Strom zum Fließen zu bringen. Wenn Ihre Batterieklemmen jedoch optimal geformt sind, besteht eine bessere Chance, dass Strom fließt. Ich werde diesen Weg in dieser Antwort nicht gehen, wenn ich nicht darum gebeten werde.

Es spielt keine Rolle, ob Ihre Batterie an einem Anschluss geerdet ist oder nicht - es ist die Potentialdifferenz (auch bekannt als Spannung) über der Batterie, die bestimmt, ob sie sich durch Luft / Gas / Vakuum entlädt.

Diese Frage ist dieselbe wie meine, wenn ich anfange, Elektronik zu studieren.

1. Nehmen wir weiter an, dass das Potential der Batterie größer ist als das der Erde. Warum fließt kein Strom, wenn wir den einzelnen Anschluss in der Batterie mit der Erde verbinden?

Einfache Antwort, da die Batterie eine galvanische Zelle ist, die eine chemische Reaktion benötigt, damit Strom von ihren Anschlüssen fließen kann. Ohne Anschluss von den Klemmen + und - fließt dort kein Strom.

Die Batterie ist nicht wie ein Blitz, der ein anderes Potential ( Himmelsspannung ) zwischen Luft und Boden (Erde, Boden) hat.

Der Akku hat keine Nettoladung. Selbst in einem geschlossenen Stromkreis ist die Nettoladung der Batterie Null. Wenn die Batterie jedoch in einem geschlossenen Stromkreis angeschlossen ist, was bedeutet, dass ein leitender Pfad zwischen den (+) und (-) Anschlüssen der Batterie hergestellt wurde, werden Ladungsträger durch den leitenden Pfad zwischen den Batterieanschlüssen gepumpt, da ein Potential besteht Unterschied zwischen den Klemmen.

Das Anschließen eines einzelnen Anschlusses einer normalen Batterie an den leitenden Schmutz der Erde entspricht dem Anschließen eines leitenden Objekts ohne Nettoladung an Masse. nichts passiert. Das Anschließen nur eines Terminals an Masse entspricht dem Speichern der Batterie in einer Holzschublade (außer wenn das Terminal im Boden verbleibt, wird es wahrscheinlich korrodieren).

Wenn Sie beide Klemmen mit dem leitenden Schmutz in der Erde verbinden, haben Sie den Stromkreis abgeschlossen und die Ladung fließt zwischen den Klemmen der Batterie durch den Boden.

Wenn Sie beispielsweise eine Batterie mit einer Potentialdifferenz von 3000 V zwischen ihren Klemmen hatten und eine Klemme an den leitenden Schmutz der Erde angeschlossen und einen maximalen Luftspalt von 1 mm zwischen der anderen Klemme und dem Boden eingehalten haben, wird die Luft wahrscheinlich zusammenbrechen und den Stromkreis vervollständigen (Batterieklemme, Erde, ionisierte Luft, andere Batterieklemme), damit Strom zwischen den Klemmen der Batterie fließen kann.