Заземление простой цепи?

Предположим, у меня есть простая цепь постоянного тока, состоящая из батареи напряжением В (внутреннее сопротивление не предполагается) и резистор (сопротивление р ) соединены последовательно токопроводящими проводами. Поскольку провода удерживаются при разности потенциалов V и потому что они имеют ненулевую емкость С ж я р е с , провод, подключенный к положительной клемме, должен быть заряжен положительно зарядом Вопрос (такой, что С ж я р е с "=" Вопрос В ), а отрицательный провод должен быть заряжен отрицательно зарядом Вопрос .

Но теперь предположим, что при работе цепи и протекании тока через резистор мы заземляем отрицательный провод, соединяя его с землей (которую мы можем аппроксимировать как бесконечно большой проводник с бесконечно большой емкостью). Это соединение означает, что отрицательный провод и земля попытаются достичь такой конфигурации заряда, что между землей и отрицательным проводом не будет разности потенциалов. Но ведь тот факт, что земля имеет практически бесконечную емкость, означает, что практически бесконечное количество заряда (и, следовательно, тока) должно быть получено от батареи, чтобы зарядить землю до того же потенциала, что и провод? Очевидно, что этого не происходит, иначе нулевой провод в бытовой вилке не смог бы быть заземлен. Но что происходит на самом деле? Как заземление отрицательно заряженного провода влияет на распределение заряда в системе цепи/земли и почему огромная емкость земли не означает, что для ее зарядки до потенциала отрицательного провода требуется огромное количество заряда?

Здесь есть аналогичный вопрос, а также ответ. Поверхностные заряды на заземленных проводниках в цепях и передача энергии, однако, несмотря на чтение, я до сих пор не понимаю, как заземление цепи не меняет емкость цепи.

Любая помощь по этому вопросу будет принята с благодарностью!

Ответы (1)

Как заземление отрицательно заряженного провода влияет на распределение заряда в системе цепи/земли и почему огромная емкость земли не означает, что для ее зарядки до потенциала отрицательного провода требуется огромное количество заряда?

У вас это наоборот. Небольшое количество заряда на проводе уходит на землю, чтобы привести провод к тому же напряжению, что и земля. Потенциал Земли почти не пострадал.

Одна вещь, которую вы можете не осознавать, это то, что есть два типа емкости, которые важны в этой проблеме. Между двумя проводами есть емкость, это называется взаимной емкостью, и я полагаю, что это то, что вы описали. Однако существует также так называемая собственная емкость. Это емкость каждого провода относительно земли. Итак, до того, как цепь будет заземлена, вы можете думать об этом так:

Незаземленная цепь

Взаимная емкость C1 мала, но собственные емкости C2 и C3 еще меньше. Обратите внимание, что даже если вы не заземлили цепь преднамеренно, собственная емкость обеспечивает неизбежное емкостное соединение с землей.

Когда вы намеренно подключаете землю к проводу, схема меняется и выглядит так:

Цепь заземления

Тогда все, что нужно сделать, это закоротить очень маленькое количество заряда на C2. Все остальное остается прежним, и нужно изменить только незначительное количество заряда на C2.

Спасибо! Это блестящий ответ. Всего 2 коротких вопроса, чтобы все прояснить. Во-первых, означает ли это, что отрицательный провод становится полностью нейтральным при заземлении? Моя интуиция подсказывает мне, что он не становится полностью нейтральным, потому что на отрицательной пластине C1 все еще остается очень небольшое количество отрицательного заряда. Во-вторых, есть ли причина, по которой емкость между землей и проводами (C2 и C3) такая низкая, несмотря на огромные размеры земли? Я понимаю, что C1 в основном незначителен для простой цепи низкого напряжения, но я не уверен, почему C2 и C3 также будут крошечными.
@SalahTheGoat Ваша интуиция верна. Мы используем как C1, так и C2 для описания провода, поэтому провод не полностью C1, а провод не полностью C2. C2 представляет собой часть заряда, которая сбрасывается при подключении его к земле. Чтобы получить значения емкости, вы можете использовать этот веб-сайт: emisoftware.com/calculator/wire-over-ground-plane-capacitance для пары проводов длиной 5 см, диаметром 1 мм и расстоянием между ними 2 мм общая емкость составляет 1E-12. F. Для провода длиной 5 см, диаметром 1 мм, на расстоянии 1 м от земли собственная емкость составляет 3E-13 F (провод над пластиной заземления).
Хорошо, большое спасибо! Теперь все ясно. Такие ответы, как ваш, делают этот сайт таким замечательным