Kann ein Stromkreis von der Erde mit einer Rückerde auf dem Mars gespeist werden?

Könnten Sie einen heißen Draht (120 V, 60 Hz) von der Erde und einen Kupferstab verwenden, der in einen anderen außerirdischen Körper (Mars) eingeführt wird, um einen Stromkreis zu vervollständigen? Wenn die Impedanz kein Grund zur Sorge war (so tun, als wäre der Mars nur eine Meile entfernt oder so).

Ich habe das schon an anderen Stellen gefragt und einige wirklich widersprüchliche Antworten bekommen.

Es kommt darauf an, wie groß die Spannung zwischen Mars und Erde ist, die wir nicht kennen. Es ist unwahrscheinlich, dass diese Spannung 0 ist und enorm sein kann. Ihre Schaltung würde eine Spannung von ungefähr der gleichen Größe erhalten, was wahrscheinlich zu einem spektakulären Ausfall Ihres interplanetaren Toasters führen würde.

Die Luft klären

Die Idee, "damit Strom fließt, muss eine Verbindung zur Erde bestehen", ist weit verbreitet und völlig falsch . Wenn das Missverständnis wahr wäre, würden Schaltkreise in Flugzeugen und Satelliten nicht funktionieren, da keine Verbindung zur Erde besteht. Sein ganz offensichtlich , dass solche Schaltungen zu tun Arbeit, und dass eine Verbindung zur Erde völlig unnötig ist für einige Schaltungen richtig funktionieren. Das Missverständnis ergibt sich aus dem Konzept der Erdung , aber denken Sie daran, dass die Erdung einfach eine Referenzspannung ist. Es muss nicht unbedingt die Erde sein. Es könnte der Mars oder ein anderes elektrisches Potential sein.

Zweitens muss ein Stromkreis keine physikalisch geschlossene Schleife bilden , damit Strom fließt . Wenn Punkt A auf und Punkt B auf V b festgelegt ist , müssen sie nicht physisch verbunden sein, damit diese Eigenschaft wahr ist. Wenn wir einen Widerstand , der zwischen Punkt A und Punkt B zu verbinden, wird der Strom , der von B zu A sein I B A = V B / R , entsprechend dem Ohmschen Gesetz . Es ist manchmal hilfreich, symbolisch$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$Verdrahten Sie jede Komponente mit der Erdungsreferenzspannung. Auf diese Weise können wir uns eine Masse vorstellen, die mit Punkt A verbunden ist und mit einer Spannungsquelle verbunden ist, die mit Punkt B verbunden ist. In diesem Fall müssen die beiden Punkte immer noch nicht physisch verbunden sein, sondern können als symbolisch verbunden betrachtet werden. Stellen Sie sich in diesem Rahmen die Erde als Punkt A mit unserer Referenzspannung von und den Mars als Punkt B mit einer unbekannten Spannung V m a r s vor .$0V$$V_{mars}$

Verbinden Sie sich mit Mars

$V_{mars}$

$V_{mars} \approx V_{earth} = 0V$

In diesem Fall funktioniert Ihre Schaltung einwandfrei. Ihre Schaltung hat keine Ahnung, dass sie mit dem Mars und nicht mit der Erde verbunden ist, da sie ungefähr dasselbe elektrische Potential haben.

$V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

$V_{mars}$

Spannung zwischen Mars und Erde

$V_{mars}$

... Integriert über eine ausreichend lange Zeit muss der Nettostrom zur oder von der Erde Null sein. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde sich das Potential der Erde so stark aufbauen, dass keine Kraft mehr Ladungen auf die Potentialsteigung "schießen" könnte - und sobald dieser Zustand erreicht ist, wäre der Nettostrom tatsächlich Null. Dies ist ein dynamisches Gleichgewicht.

Das Problem einer Nettoladung auf der festen (und flüssigen) Erde (dh dem Globus) kann kaum dadurch beantwortet werden, dass der Strom zu diesem Körper Null ist (immer oder im Durchschnitt über einen langen Zeitraum); auch nicht im rahmen des "klassischen bildes der atmosphärischen elektrizität". Es scheint keine praktische Methode zu geben, um dies zu messen.

Grundsätzlich können wir davon ausgehen, dass Erde und Mars ihre jeweiligen Gleichgewichtsladungen erreicht haben, aber wir haben keine Möglichkeit zu wissen, ob diese Ladungen positiv, neutral, negativ sind oder welche Größen sie haben. Da wir die Nettoladungen der jeweiligen Planeten nicht kennen, können wir die Spannung zwischen ihnen nicht abschätzen.

Ich denke, die Antwort ist tatsächlich ja, obwohl nicht aus den Gründen, die Sie denken.

Es gibt einige praktische Probleme, auch wenn Sie in Ihre SF-Trickkiste greifen und 400 Millionen Kilometer unzerstörbares Kabel herausziehen.

Der erste davon ist der "Sonnenwind": ein Strom von elektrisch geladenen Teilchen hoher Geschwindigkeit von der Sonne. Dies wird aus freien Elektronen und Protonen bestehen. Sie werden vom Erdmagnetfeld beeinflusst; ihr Eintritt in die Atmosphäre führt zu Polarlichtern wie dem Nordlicht. Die Wirkung des Sonnenwinds kann dazu führen, dass die Nettoladung der Erde oder des Mars nicht Null ist. Dies kann zu einer sehr starken blitzartigen Entladung beim Anschließen Ihres Kabels führen. Siehe zB diese Frage.

Der Draht ist auch ein Leiter, der sich im Magnetfeld der Sonne bewegt, wodurch ein Strom induziert wird, selbst wenn er an beiden Enden geerdet ist. Aufgrund seiner Länge kann dies groß sein.

Es ist auch eine Antenne, die solare HF-Störungen aufnimmt.

Angenommen, wir ignorieren all diese. Es gibt noch einen weiteren Effekt, der ins Spiel kommt. Die Wellenlänge des 50-Hz-Netzes beträgt nur 6000 km, sodass Ihr Kabel als Übertragungsleitung fungiert. Zu jedem Zeitpunkt fließt der Strom hin und her.

Sie könnten es als eine sehr, sehr große Monopolantenne mit einer nichtleitenden Kugel am Ende modellieren, wie eine Autoantenne mit einem Pingpong-Ball. Angenommen, Sie haben eine Stromquelle, die groß genug ist, um die Widerstandsverluste in der Leitung zu überwinden, können Sie Ihre AC-Anwendung einfach einspleißen, und sie funktioniert. Sie werden wahrscheinlich viel mehr als 120 V auf der Antriebsseite benötigen, um 120 V in der Mitte des Kabels zu erreichen, selbst wenn Ihr Kabel supraleitend ist.

Die zwei Körper würden einen (sehr, sehr, sehr kleinen) Kondensator bilden, so dass der Stromkreis tatsächlich geschlossen wäre und ein (sehr, sehr, sehr kleiner) Strom fließen könnte.

Das ist die theoretisch richtige Antwort. In der Praxis wäre der Strom für fast alle praktischen Zwecke so klein, dass wir ihn als Null bezeichnen könnten.

Für alle Absichten und Zwecke, nein.

"Erd" -Verbindungen funktionieren aufgrund der Tatsache, dass alle Erdstäbe, die in den Boden eines einzelnen Planeten eingefügt sind, durch die Erdkruste effektiv miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist nicht unbedingt perfekt (zB 0Ω, aber die Impedanz ist ziemlich niedrig).

Da Erde und Mars durch viele Millionen Kilometer extrem harten Vakuums elektrisch voneinander isoliert sind, würde es keinen Weg geben, durch den der Strom zurückkehren könnte. Als solches würden Sie mit etwas enden, das sich wie ein Kondensator verhält, wie Wouter van Ooijen sagte.

Es hängt von der Rückkehr Boden oder auf der Frage , ob Sie vervollständigen die Schaltung, die Worte von der Frage verwenden.

Der verwirrende Teil in Ihrem Bild ist der Wechselstromgenerator: Er wird ohne seine zwei Anschlüsse gezeigt und ist von den Äquipotentialgewässern des Atlantischen Ozeans umgeben. Daher bleibt der gesamte Strom, den es erzeugt, direkt im Ozean. Ein weiteres möglicherweise (Wortspiel beabsichtigtes) irreführendes Detail Ihrer Frage ist das Erd- / Bodensymbol auf dem Mars, und ich vermute, dass dies die Wurzel Ihrer Probleme ist. Also, ...

Ich habe mir die Freiheit genommen, Ihr Setup neu zu ordnen und nur ein anderes Bild für den Generator mit zwei Anschlüssen zu verwenden. Ein Ende des Generators ist mit der Erde verbunden (ⴲ), das andere geht zu einer Glühbirne und von dort zum Mars (♂), zusammen mit dem von Ihnen erwähnten Kupferstab. Beachten Sie, dass die Glühbirne nicht leuchtet ("aus").

Wenn Sie möchten, dass Strom fließt und die Glühbirne leuchtet, benötigen Sie eine Rückleitung , die den Stromkreis wie folgt schließt :

Damit der Stromkreis funktioniert, muss nichts geerdet oder geerdet werden. Sie benötigen einen ganzen Stromkreis, in dem der Strom in einer Schleife fließen kann. Verwenden wir zum Spaß das Erdungs- / Erdungssymbol willkürlich und erstellen einen Schaltkreis mit Erdung und einen mit Mars . Beachten Sie, dass dies nur ein zusätzliches Symbol ist, das nach unserem Ermessen verwendet wird, um eine gemeinsame Referenz für die gesamte Sache zu erhalten - es ist nicht etwas, das wir für den Betrieb der Schaltung benötigen.

Was wir wirklich brauchten, damit die Schaltung funktioniert, war die Rückleitung vom Mars zur Erde. Diese Rückleitung bringt tatsächlich Mars und Erde auf das gleiche Potential, so dass wir sogar davon ausgehen können, dass die Erde marschiert und der Mars geerdet ist - dies ist immer noch die gleiche Anordnung, egal ob wir kein, ein oder zwei Erd- / Erdsymbole verwenden:

Nun könnte noch eine letzte Frage offen sein: Was passiert, wenn wir im ersten Bild ein Erdungssymbol verwenden, das ohne die Rückleitung? So was:

Oder dieses:

Nun, die Glühbirne bleibt aus. Nochmals: Es ist nicht das Symbol, es ist der Rückleiter, der benötigt wird, und wir haben ihn in keinem der letzten beiden Bilder.

Hmmm ... Wenn es der Schaltung nicht wirklich um das Erdungssymbol geht, warum wird es dann so häufig von so vielen verwendet? Was ist der Punkt?

Überprüfen Sie dies heraus:

Die Glühbirne ist an, aber die Rückholverbindung fehlt. Dies ist möglich, weil mit der Erdungssymbol-Magie alle Teile eines Schaltplans, die mit einem Erdungssymbol verbunden sind, als verbunden betrachtet werden, auch wenn sich niemand die Zeit genommen hat, die Drähte zu ziehen, die alle geerdeten Bits eines Schaltkreises verbinden .

Diese sind alle gleich, nur mit einer anderen Notation:

Das Ground / Earth-Symbol ist so praktisch, dass wir es oft benutzen und wenn wir schlampig sind, achten wir manchmal nicht einmal darauf, es richtig Ground oder Earth zu nennen. Genau genommen ist ein geerdeter Stromkreis mit der Erde oder der Sicherheitserde verbunden (wörtlich: ein großer Stab neben Ihrem Haus oder Garten, der in die Erde eingespeist wird), und ein geerdeter Stromkreis kann mit dem (-) Ende eines batteriebetriebenen Geräts verbunden werden , ohne tatsächliche Verbindung zum realen Boden. Das ist verwirrend, aber es ist Jargon und jeder benutzt es.

Mit all diesem Wissen kannst du herausfinden, warum das so lustig ist ( Bildquelle ) ...

• Anmerkung (1): Ich habe die astronomischen Symbole (ⴲ, ♂) aus einem Grund verwendet. Dabei durfte ich auf beiden Planeten das elektrische Erdsymbol verwenden.

• Hinweis (2): Der Wechselstromgenerator kann auch eine Gleichstrombatterie sein. Zum Verständnis dieses Aufbaus können Sie sich eine Wechselstromquelle so vorstellen, als würde eine Batterie 50- oder 60-mal pro Sekunde gewechselt (abhängig von den nationalen Standards). Um zu erklären, warum Gleichstrom auf der Erde und im Boden nicht gut funktionieren würde, wenn kein physischer Rückleiter aus Metall vorhanden wäre, sollten Sie zunächst die Elektrolyse und die Feuchtigkeit im Boden berücksichtigen ... Dies ist eine ganz andere Geschichte ...

Es ist besser, das Wort "Boden" aufzugeben. Ein Knoten Ihres Stromkreises ist geerdet, der andere ist verschoben. Dies sind getrennte Gründe.

Wir müssen nicht in den Weltraum gehen, um getrennte Gebiete zu schaffen. Im folgenden Schema liefert V1 120 VRMS bei 60 Hz, und XFMR1 und XFMR2 sind 1: 1-Trenntransformatoren. Jeder erzeugt eine eigene elektrische Domäne, in der ein Knoten als Masse und ein anderer als "heiß" identifiziert werden kann. In der einen Domäne kann kein Strom von der "heißen" und in der anderen von der Masse fließen, da kein vollständiger Stromkreis vorhanden ist und die Lampe nicht leuchten kann.

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

Leider war ich noch nie am Mars, so dass es keine Möglichkeit gibt, diese Theorie zu testen. Die 120V 60Hz eines Generators sind vom Erdboden aus kalibriert. Mit anderen Worten, wir verwenden die Erdladung als Nullreferenz. Die Referenz kann analog zur Geschwindigkeit sein. Wie schnell bewegen Sie sich zum Beispiel? Das hängt davon ab, womit Sie es vergleichen: Sie sind Ausgangspunkt; der Mittelpunkt der Erde; Die Sonne; das galaktische Zentrum; oder die Person neben dir in einem Rennen. Ich postuliere, dass die Spannung gegen Erde dasselbe ist. Die Nettospannung für einen geerdeten Stromkreis wäre also 120 V +/- die Ladungsdifferenz zwischen Erde und Mars. Wenn ich in der Lage wäre, würde ich diese Theorie testen, indem ich die Spannung eines geerdeten Stromkreises am Mars mit einer bekannten Spannungsquelle messe. Da es auf die Erde kalibriert ist, würde der Unterschied die Ladung von Mar in Bezug auf die Ladung der Erde definieren.

Das Problem ist, dass die Zeichnung, die Sie präsentieren, keine geschlossene Schleife enthält, sodass kein Strom fließen sollte.

Dies ist jedoch in einigen Fällen möglich:

1. Sie können eine Ladung auf die Erde legen und der Strom fließt, bis die Ladungen von zwei Planeten gleich sind. Sie können zum Beispiel einige Elektronen vom Mars nehmen und sie zur Erde senden.

2. Wenn Sie Wechselstrom verwenden, besteht zwischen ihnen eine Kapazität (siehe die Antwort von Wouter van Ooijen ), die die Schleife schließt.

3. Wenn sich die Ladung der Erde von Null unterscheidet (Fall 1), gibt es ein Magnetfeld um sie herum, während sie sich um die Sonne dreht, was (irgendwie) dazu verwendet werden könnte, Spannung zwischen Planeten zu induzieren. Ich kann mir nicht vorstellen, wie man das kontrollieren kann.

Meine Antwort ist, dass ja - es ist möglich, aber im Moment nur auf theoretische Weise.