Физика заземление: Что такое заземление и зачем оно нужно, заходите на сайт

Что такое заземление и зачем оно нужно, заходите на сайт

Что такое заземление и зачем оно нужно? В кругу специалистов вопрос покажется абсолютно тривиальным, однако для большинства среднестатистических граждан – это загадка то ли природы, то ли техники.
А тем временем в основе лежат не слишком уж и таинственные физические явления; зато правильно выполненное заземление способно спасти жизнь и здоровье человека при возникновении электроЧП.

Содержание:

Риски
Заземление как панацея
«Физика и химия»
Идеал заземления

Немного физики

Электрический ток протекает между точками, которые имеют разный электрический потенциал – в первом приближении, разную величину электрического заряда. Чтобы ток побежал, эти точки нужно соединить проводящей средой – к примеру, медной проволокой. Такая ситуация в электрической розетке: в одном из её гнёзд ±220 В, а в другом — ровным счётом 0 В. Когда эти гнёзда замыкаются через включённый в розетку прибор, между ними начинает течь ток, который, собственно, и вдыхает жизнь в холодильник, фен, утюг, компьютер и т. д.

Земля считается абсолютным нулём – её заряд всегда 0 В. Это ключевой факт. А тело человека проводит ток – иногда не хуже, чем медный кабель.

Риски

А теперь – нередкая ситуация в квартире.

Представим обычную стиральную машину в обычной среднестатистической квартире. Ничто в мире не совершенно, а потому в стиральном приборе может повредиться изоляция в одном из многочисленных внутренних проводов. С огромной вероятностью повреждённый проводок, несущий напряжение 220В, коснётся внутренних металлических частей, которые соединены с корпусом машины. Корпус прибора мгновенно окажется под напряжением. Если к этому корпусу прикоснётся человек, то он получит удар током.

Дело в том, что потенциал корпуса машины равен 220 В, а потенциал поверхности, на которой находится человек – 0 В. Вспомним, что тело человека — среда очень даже проводящая. Потому-то ток ринется с корпуса машины на пол через тело прикоснувшегося – вот и вся схема удара током.

Говоря по правде, что если человек будет в резиновой обуви на абсолютно сухом полу с абсолютно сухими руками, касание 220-ти вольт не особо повредит ему, поскольку сухость и соотвтетствующая обувь воспрепятствуют движеную тока – но часто ли могут быть выполнены все эти «абсолютно»?

Конечно, при наличии УЗО электроснабжение будет оперативно отключено… Однако это произойдет уже после удара током, последвствия которого могут быть плачевными.

Что самое интересное — напряжение может накопиться на корпусе прибора и не по причине неисправности, а из-за статического электричества. Это очень распространенная офисная проблема. Конечно, удар током не будет смертельным, однако вполне способен навредить здоровью. Уже начинаете понимать что такое заземление? Ну во всяком случае, мы продолжаем

Заземление как панацея

Казалось бы, явление неизбежно…, и ударят ли током наши любимые электроприборы, решать только им. Ан нет! Серьёзную помощь может оказать заземление, будь оно правильно смонтированным… и вообще будь оно. В описанной ситуации система заземления взяла бы удар током на себя, а человек ощутил бы лишь лёгкое покалывание.

«Физика и химия»

Заземление представляет собой процесс соединения металлических частей электроприборов с землёй. Выводятся «на землю» те части, которые могут прямым или косвенным образом грозить ударом током в случае, если по причине мини-ЧП окажутся под напряжением. Цель у заземления одна, но зато какая – обезопасить жизнь и здоровье человека.

Схема самодельного заземления могла бы выглядеть так. К корпусу электроприбора надёжно прикреплен провод, который выведен на улицу через дверь, окно и любой другой проём или отверстие. В землю вбит металлический штырь (уголок, прут, труба). К этому-то изделию и крепится провод, идущий от корпуса стиральной машины.

Почему такая схема работает? Начнём с того, что потенциал земли всегда 0 В, а на нашем корпусе может оказаться все 220 В – потому ток потечёт в землю, которая совершенно от этого не пострадает. Зато человек, коснувшийся корпуса, окажется в безопасности, поскольку ток выбирает для своего пути на землю лучший проводник и течёт через него. Если есть заземление, то оно и есть лучшим проводником электричества.

Идеал заземления

Но самое надёжное и грамотное заземление – то, которое предусмотрено в устройстве электрической проводки дома или квартиры. В таком случае в проводке помимо двух проводов (фаза и нуль) имеется и провод заземления – то есть кабель получается трехжильным. Третья жила и соединяется с землёй по всем правилам ПУЭ.

Заземляющая жила ветвится, подходя к каждой розетке. Розетка, в свою очередь, имеет дополнительный контакт – те самые «усики» по бокам гнезда, которые есть у многих современных розеток. Электроприбор, в котором предусмотрено заземление, имеет вилку с дополнительными боковыми контактами и трехпроводный шнур. Третий провод – заземляющий, он соединён с корпусом прибора и другими металлическими элементами, которые могут оказаться под напряжением и быть опасными для человека. Заземляющий провод выводится на боковые контакты вилки, которые, в свою очередь, через «усики» розетки уведут невесть откуда возникшее напряжение в землю. Однако следует иметь в виду, что розетка, имеющая заземляющие контакты, по-настоящему заземлена лишь в случае, если заземление есть и в схеме электропроводки.

К сожалению, в многоквартирных домах старой постройки подобное явление – большая редкость, как, впрочем, и в частных домах среднего возраста. Однако на первых этажах есть какая-никакая возможность восполнить электрический пробел и смонтировать заземление.

Заметим, что крайне желателен профессиональный монтаж заземления согласно правилам ПУЭ.

Нельзя вместо заземления использовать зануление – соединение заземляющего провода с нулевым. Также делают неграмотное заземление на трубы, радиаторы, а это запрещено так же строго, как и курение на бензоколонке.

Итак, учитывая увеличение количества электроприборов в наших жилищах, следует задуматься о профессиональном монтаже системы заземления в электропроводке жилища. Тем более, что некоторые современные приборы и вовсе строго запрещено эксплуатировать без профессионального заземления. Надеемся эта статья была полезна и вас больше не возникнет вопроса «Что такое заземление?»

Вам также может быть интересно:

• Правила прокладки кабелей
• Применение кабелей и проводов в различных средах и условиях
• Как оценить качество кабеля самостоятельно
• Электромонтаж в ванной
• Электропроводка в бане
• Прокладка кабеля в земле
• Правила монтажа скрытой электропроводки
• Расшифровка аббревиатур в названии марок кабеля и провода
• Маркировка кабелей и проводов

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 
  1 Учебники
• 
  2 Механика
  • 
    2. 1 Кинематика
  • 
    2.2 Динамика
  • 
    2.3 Законы сохранения
  • 
    2.4 Статика
  • 
    2.5 Механические колебания и волны

• 
  3 Термодинамика и МКТ
  • 
    3.1 МКТ
  • 
    3.2 Термодинамика

• 
  4 Электродинамика
  • 
    4. 1 Электростатика
  • 
    4.2 Электрический ток
  • 
    4.3 Магнетизм
  • 
    4.4 Электромагнитные колебания и волны

• 
  5 Оптика. СТО
  • 
    5.1 Геометрическая оптика
  • 
    5.2 Волновая оптика
  • 
    5.3 Фотометрия
  • 
    5.4 Квантовая оптика
  • 
    5. 5 Излучение и спектры
  • 
    5.6 СТО

• 
  6 Атомная и ядерная
  • 
    6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 
    6.2 Ядерная физика

• 
  7 Общие темы
• 
  8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Учебник по физике: Заземление — Удаление заряда

В предыдущих трех разделах Урока 2 обсуждались три распространенных метода зарядки: зарядка трением, зарядка индукцией и зарядка проводимостью. Обсуждение зарядки было бы неполным без обсуждения разряжения . Объекты с избыточным зарядом — как положительным, так и отрицательным — могут снять этот заряд с помощью процесса, известного как заземление. Заземление процесс снятие избыточного заряда с объекта посредством переноса электронов между ним и другим объектом значительного размера. Когда заряженный объект заземлен, избыточный заряд уравновешивается переносом электронов между заряженным объектом и землей. Земля — это просто объект, который служит кажущимся бесконечным резервуаром электронов; земля способна передавать электроны или получать электроны от заряженного объекта, чтобы нейтрализовать этот объект. В этом последнем разделе Урока 2 будет обсуждаться процесс заземления.

Заземление отрицательно заряженного объекта

Чтобы начать обсуждение заземления, мы рассмотрим заземление отрицательно заряженного электроскопа. Любой отрицательно заряженный объект имеет избыток электронов. Если с него нужно снять заряд, то ему придется потерять лишние электроны. Как только лишние электроны будут удалены из объекта, внутри объекта будет равное количество протонов и электронов, и он будет иметь баланс заряда. Чтобы удалить избыток электронов из отрицательно заряженного электроскопа, электроскоп должен быть соединен проводящей дорожкой с другим объектом, способным принимать эти электроны. Другой объект – земля. В типичных электростатических экспериментах и ​​демонстрациях это делается просто, касаясь электроскопа рукой. При контакте лишние электроны покидают электроскоп и попадают в человека, который к нему прикасается. Эти избыточные электроны впоследствии распространяются по поверхности человека.

Этот процесс заземления работает, потому что лишние электроны отталкивают друг друга. Как это всегда бывает, отталкивающие аффекты между одноименно заряженными электронами вынуждают их искать средства пространственного отделения друг от друга. Это пространственное разделение достигается за счет перемещения к более крупному объекту, который обеспечивает большую площадь поверхности для распространения. Из-за относительного размера человека по сравнению с типичным электроскопом избыточные электроны (почти все они) способны уменьшать силы отталкивания, перемещаясь в человека (то есть в землю). Подобно зарядке контактов, о которой говорилось ранее, заземление — это просто еще один пример распределения заряда между двумя объектами. Степень, в которой объект готов делиться избыточным зарядом, пропорциональна его размеру. Таким образом, эффективное заземление — это просто объект достаточно значительных размеров, чтобы разделить подавляющую часть избыточного заряда.

Заземление положительно заряженного объекта

Предыдущее обсуждение описывает заземление отрицательно заряженного электроскопа. Электроны переносились с электроскопа на землю. Но что, если электроскоп заряжен положительно? Как перенос электронов позволяет нейтрализовать объект с избытком протонов? Чтобы исследовать эти вопросы, мы рассмотрим заземление положительно заряженного электроскопа. Положительно заряженный электроскоп должен получить электроны, чтобы получить равное количество протонов и электронов. Получая электроны от земля , электроскоп будет иметь баланс заряда и, следовательно, будет нейтральным. Таким образом, заземление положительно заряженного электроскопа связано с переносом электронов из земли в электроскоп. Этот процесс работает, потому что избыточный положительный заряд на электроскопе притягивает электроны от земли (в данном случае человека). Хотя это может нарушить любой баланс заряда, присутствующего на человеке, значительно больший размер человека позволяет избыточному заряду отдаляться друг от друга дальше. Как и в случае заземления отрицательно заряженного электроскопа, заземление положительно заряженного электроскопа предполагает разделение заряда. Избыточный положительный заряд распределяется между электроскопом и землей. И еще раз, степень, в которой объект готов поделиться избыточным зарядом, пропорциональна его размеру. Человек является эффективным основанием, потому что он имеет достаточный размер, чтобы разделить подавляющее большинство избыточного положительного заряда.

Необходимость проводящего пути

Любой объект может быть заземлен при условии, что заряженные атомы этого объекта имеют проводящий путь между атомами и землей. Обычная лабораторная работа включает в себя приклеивание двух соломинок к заряженной алюминиевой пластине. Одна соломинка покрыта алюминиевой фольгой, а другая — из чистого пластика. При прикосновении к покрытой алюминием соломинке алюминиевая пластина теряет заряд. Он заземляется посредством движения электронов от земли к алюминиевой пластине. При прикосновении к пластиковой соломке заземление не происходит. Пластик служит изолятором и предотвращает поток электронов от земли к алюминиевой пластине. Для заземления требуется проводящий путь между землей и заземляемым объектом. Электроны будут двигаться по этому пути.

Урок 2 этого раздела физического класса был посвящен методам зарядки и разрядки объектов. Одним из постоянно возникающих принципов была связь между силой и расстоянием. Эта связь будет рассмотрена на уроке 3.

Мы хотели бы предложить …

Иногда недостаточно просто прочитать об этом. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашей интерактивной зарядки. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Интерактивная зарядка — это электростатическая «игровая площадка», которая позволяет учащимся исследовать различные концепции, связанные с зарядом, взаимодействием зарядов, процессами зарядки и заземлением. Как только вы освоитесь с концепцией, нажмите на кнопку «Играть».

Посетите: Интерактивная зарядка

Ответьте на следующие вопросы, используя свое понимание заряда. Когда закончите, нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Положительно заряженная банка из-под газированных напитков касается человека, стоящего на земле. Впоследствии консервная банка становится нейтральной. Банка из-под попсы становится нейтральной во время этого процесса, потому что ______.

а. электроны переходят от банки с газировкой к человеку (земле)

б. электроны переходят от человека (земли) к консервной банке

в. протоны переходят из банки с газировкой в ​​человека (землю)

д. протоны переходят от человека (земли) к консервной банке

2. Стоящий на земле студент-физик прикасается незаряженной пластиковой бейсбольной битой к отрицательно заряженному электроскопу. Это вызовет ___.

а. электроскоп должен быть заземлен по мере того, как электроны вытекают из электроскопа.

б. электроскоп должен быть заземлен по мере того, как электроны текут в электроскоп.

в. электроскоп должен быть заземлен, поскольку протоны вытекают из электроскопа.

д. электроскоп должен быть заземлен, когда протоны втекают в электроскоп.

эл. бейсбольная бита, чтобы получить избыток протонов.

ф. абсолютно ничего (или очень мало) не произойдет, так как пластиковая бита не проводит.

3. ИСТИНА или ЛОЖЬ :

Объект, который становится заземленным, получает нейтроны в процессе заземления.

Перейти к следующему уроку:

Заземление (физика): как это работает и почему это важно?

Электричество является незаменимым фактором современной жизни, и хотя основные виды топлива, которые человечество использует для его производства, вызывают серьезную озабоченность, само электричество будет необходимо до тех пор, пока существует цивилизация в ее нынешнем виде. В то же время одним из первых фактов безопасности, которым учат практически каждого ребенка, является то, что электричество является или может быть чрезвычайно опасным.

Кроме того, электричество, которое люди производят и поэтому могут в значительной степени контролировать, является лишь частью истории. Явление молнии также знакомо очень маленьким детям и одновременно вызывает благоговение и тревогу даже у взрослых. Но его «удары» на уровне Земли почти столь же непредсказуемы, сколь потенциально смертельны, и внимательное изучение надстроек к зданиям и другим сооружениям по всему миру подчеркивает безотлагательность этого соображения безопасности.

​ Электрическое заземление ​, также называемое ​ заземлением ​, обеспечивает путь для протекания тока в землю и рассеивания избыточного электрического заряда вместо накопления и создания потенциальной опасности. Это работает, потому что Земля, будучи электрически нейтральной, но при этом огромной, может как принимать, так и отдавать большое количество электронов (по стандартам человеческой промышленности) без заметных изменений в этом состоянии «нулевого напряжения».

Заряд, напряжение и ток

​ Электрический заряд ​ в физике измеряется в ​ кулонов ​. Элементарный (неделимый) заряд — это заряд одного электрона (e-) или протона с величиной 1,60 10 ^-19 Кл и отрицательным знаком для электронов. Разделение противоположно заряженных частиц создает напряжение , или разность электрических потенциалов, которая измеряется в джоулях на кулон (Дж/Кл) и заставляет электроны течь в направлении чистого положительного заряда, движение, называемое .0003 электрический ток ​.

• Электроны «хотят» течь к положительной клемме или другой области чистого положительного напряжения по той же существенной причине, по которой вода «хочет» течь вниз: разность потенциалов, но установленная электрической силой, а не силой тяжести.

Этот поток электронов, измеряемый в Кл/с или ​ ампер ​ («амперы»), возникает только в том случае, если путь между источниками напряжения представляет собой ​ проводник ​ и легко пропускает ток, как и большинство металлы. Непроводящие материалы называются ​ изоляторы ​, а к ним относятся пластмасса, дерево и резина (изобилие изоляторов среди повседневных товаров — это явно хорошо). В предыдущей аналогии плотина, сдерживающая естественный поток речного течения, похожа на изолятор или диэлектрик .

Все материалы, даже хорошие проводники, обладают некоторым электрическим сопротивлением , обозначаемым R и измеряемым в омах (Ом). Эта величина позволяет установить формальную зависимость между напряжением и током, называемую Закон Ома ​:

I=\frac{V}{R}

Как работает заземление?

Электрический ток определяется как протекание от более высокого потенциала к более низкому потенциалу (что является тем же результатом ​, что и электроны, протекающие в направлении от отрицательного к положительному – будьте осторожны, чтобы не перепутать эту точку!) при условии, что подходящий путь между ними существует. Например, когда две клеммы батареи соединены проводником, ток свободно течет по петле с минимальным сопротивлением.

Однако, если нет путей с высокой проводимостью, соединяющих разность потенциалов, ток все равно может течь в результате ​ пробоя диэлектрика ​ если напряжение достаточно высокое – очень похоже на то, что произошло бы при разрушении конструкции плотины, вызванной беспрецедентным объемом в верхнем водохранилище.

• Вот почему «бьет» молния; ток «не должен» течь в диэлектрическом материале, таком как воздух, но огромные напряжения молнии подавляют этот фактор.

Электрический путь, по которому чаще всего ходят… или ищут

Электрический ток, подобно воде, стекающей по пологому каменистому склону, всегда старается идти по пути наименьшего сопротивления. Если ему препятствует ряд различных изоляционных материалов, он захочет течь через наименее изолирующий (т. Е. Наиболее проводящий) материал. Если проводящий путь существует, он всегда будет выбирать этот путь из всех остальных.

Воздух является изолятором, а человеческое тело обладает относительной проводимостью. Поэтому, если вы стоите в поле во время грозы, вы подвергаетесь высокому риску поражения электрическим током. Молниеотводы ​ обеспечивают путь заземления, оказываясь легкой ​ низкоомной ​ мишенью для ударов молнии. Молния скорее прольется сквозь металл, чем сквозь вас, так что вот в чем дело.

Сам путь от молниеотвода в землю имеет одну существенную особенность всех устройств заземления: никаких обходных путей на этом пути! Электричество течет прямо в саму Землю, потому что у нее нет других вариантов. Вот почему заземляющие «провода» не обязательно должны быть отдельными проводами; это могут быть металлические рамы, до тех пор, пока путь к Земле полностью автономен ​, что означает, что это простая цепь.

• Как уже говорилось, Земля может также служить «донором электронов» по ​​мере необходимости благодаря своей способности рассеивать заряд — как положительный, так и отрицательный — в огромном объеме, а не только как «акцептор электронов», как в корпус громоотвода.

Почему важно заземление?

Несмотря на то, что молниеотводы жизненно важны, они не используются каждый момент каждого дня, как бесчисленные электрические цепи в домах, офисах и на производственных предприятиях по всему миру.

В электрической цепи заземляющий провод создает дополнительный путь для тока в случае короткого замыкания или другой неисправности. Вместо того, чтобы бить вас током, когда вы прикасаетесь к компонентам цепи, вместо этого ток будет течь по более проводящему заземляющему проводу. Заземление не только убережет вас от удара током, но и убережет ваше оборудование от скачков тока, которые в противном случае также «поразили бы» его.

​ Примечание: Само по себе высокое напряжение не наносит вреда. Тем не менее, большая разница в напряжении делает скачок заряда более желательным и при этом создает больший ток. Представьте, что вы стоите на краю высокой скалы. Проблема не в том, чтобы быть на высокой скале. Это то, что происходит после того, как вы ступаете, потому что камень под ногами больше не «изолирует» вас от влияния гравитации и позволяет воздуху легко «проводить» вас (надеюсь, в подстраховку!).

Трехконтактная вилка

В бытовых условиях заземление лечит как «симптом», так и «болезнь» в случае непредвиденного накопления зарядов на поверхностях приборов. Это не только позволяет мошенническим зарядам немедленно выйти «в одну сторону», чтобы они могли рассредоточиться в другом месте, но также предотвращает проникновение более нежелательных зарядов, прерывая цепь «вверх по течению».

Типичная современная розетка имеет три отверстия: две боковые прорези и почти круглое отверстие внизу. Меньшая вертикальная щель предназначена для «горячего» провода (или буквально вилки) для входящего тока; его более длинный партнер предназначен для нейтрального (выходного) провода. Круглая вилка представляет собой заземляющий провод, подключенный прямо к выходу из цепи, поэтому опасные заряды, которые в противном случае протекали бы по поверхности прибора, могут уйти на землю. Этот провод устроен так, что выше заданного уровня тока вся цепь разрывается и весь поступающий ток прекращается.

Примеры заземления

Заземление обеспечивает безопасную ​ стабилизацию напряжения ​ в больших цепях и системах. Стабилизатор напряжения гарантирует, что входное напряжение, которое может значительно колебаться вокруг своего желаемого значения внутри сложных и чувствительных схем, таких как компьютерный микропроцессор, нормализуется до строго ограниченного значения путем увеличения или уменьшения V по мере необходимости.

Электроскоп ​ представляет собой проводник, который использует индукцию заряда для сигнализации о наличии внешних зарядов. При этом используется принцип отталкивания электронов друг от друга. Если источник электронов, такой как заряженный стеклянный стержень (пример статического электричества; электроны просто «сидят» там, потому что стекло изолирует), поднести близко к проводящему (но нейтральному!) электроскопу, это «толкает» электроны в шаре так далеко, как они могут уйти.