«Земля» против «Земли» против общего против отрицательного полюса

Проблемы:

Во- первых , токи не «исходят» из положительной клеммы. Это очень распространенное заблуждение, ошибка, называемая «последовательной ошибкой», часто встречающаяся в школьных учебниках по электричеству. Основная проблема в том, что провода — это не пустые трубы. И источники питания их не заполняют. Вместо этого провода уже предварительно заряжены, так что токи всегда появляются везде в цепи, все в одно и то же время. («Ток» означает поток заряда. Когда круг подвижных зарядов начинает течь, «ток» появляется во всем кольце. Это основное правило цепи.)

Другими словами, электрические цепи ведут себя как маховики и приводные ремни. Точно так же металл велосипедной цепи не «исходит» из определенного места на звездочке. Он не «начинается» в какой-то момент. Вместо этого вся окружность состоит из цепи, точно так же, как вся цепь состоит из подвижных электронов. Кроме того, вся цепочка была там до того, как появился источник питания. С велосипедными цепями при приложении силы все вращается. В цепях, когда применяется разность потенциалов , все подвижные заряды внутри кольца (внутри цепи) начинают двигаться как единое целое, подобно сплошной цепи, совершающей полный круг. Но эти заряды уже были внутри проводов до того, как была подключена какая-либо батарея. Провода подобны шлангам, наполненным водой.

Во- вторых, электрический потенциал может существовать только между двумя точками, а одна единственная точка цепи никогда не «имеет напряжения». Это верно, потому что напряжение немного похоже на высоту: объект не может «иметь высоту», поскольку высоту можно измерить только между двумя точками. Бессмысленно обсуждать высоту или возвышение или высоту объекта. Высота над чем? Над полом? Над землей вне здания? Высота над центром Земли? Любой объект будет иметь бесконечно много высот одновременно!

У напряжения точно такая же проблема: одна клемма может «иметь напряжение» только по сравнению с другой клеммой. Напряжение действует как расстояние: напряжение и расстояние являются двусторонними измерениями. Или, другими словами, одна клемма в цепи всегда имеет много разных напряжений одновременно, в зависимости от того, где мы размещаем другой провод измерителя.

В- третьих , в цепях движущая сила обеспечивается положительными и отрицательными клеммами источника питания одновременно. И самое главное: путь тока лежит через блок питания. Блоки питания имеют короткое замыкание. Идеальный источник питания действует как резистор с нулевым сопротивлением. Подумайте об этом: в катушке динамо заряды проходят через катушку и возвращаются обратно. Провод имеет очень низкое сопротивление. То же самое и с батареями: путь тока проходит через батарею и обратно. Пластины аккумулятора закорочены из-за очень проводящего электролита.

Пример:

• Вот правильное описание фонарика. Заряды «стартуют» внутри вольфрамовой нити. Когда переключатель замкнут и цепь замкнута, один конец нити заряжается положительно, а другой — отрицательно. Это заставляет собственные заряды нити течь. Заряды выходят из нити в один провод, в то время как в другой конец нити поступает больше зарядов. Эти заряды подаются металлическими проводами (а до включения выключателя все проводники уже были заполнены подвижными зарядами.) Продолжая, заряды, которые были в нити, будут вытекать в один провод, медленно двигаться к батарее (чтобы добраться туда, требуется несколько минут или часов), затем течет через батарею и снова выходит. Они выходят из другого терминала батареи, текут обратно к другому концу нити, в конечном итоге оказываясь там, где они начали. «Полная цепь». Заряды подобны бесконечному приводному ремню, вращающемуся маховику или велосипедной цепи. Аккумулятор подталкивает заряды, но не подает заряды. Медь и вольфрам обеспечивают заряды, которые текут в цепи фонарика. Плотность зарядов по всей цепи постоянна (как заполненная водой труба без пузырьков). Заряды движутся довольно медленно, но так как все они начинают движение одновременно, лампочка загорается мгновенно, даже если провода достаточно длинный. Медь и вольфрам обеспечивают заряды, которые текут в цепи фонарика. Плотность зарядов по всей цепи постоянна (как заполненная водой труба без пузырьков). Заряды движутся довольно медленно, но так как все они начинают движение одновременно, лампочка загорается мгновенно, даже если провода достаточно длинный. Медь и вольфрам обеспечивают заряды, которые текут в цепи фонарика. Плотность зарядов по всей цепи постоянна (как заполненная водой труба без пузырьков). Заряды движутся довольно медленно, но так как все они начинают движение одновременно, лампочка загорается мгновенно, даже если провода достаточно длинный.

В- четвертых: любые положительные ионы внутри батареи чрезвычайно подвижны . Они, конечно, не заперты на месте. Если бы они были, то батареи были бы изоляторами и не работали бы. Некоторые батареи основаны на потоке положительных ионов в одном направлении и отрицательных ионов в другом. Свинцово-кислотные аккумуляторы бывают разные. В кислоте движутся только протоны. Кислоты являются проводниками протонов.

Но будьте осторожны: батареи усложняют процесс, который может сорвать объяснение.

Вместо этого замените батарейку фонарика большой катушкой и супермагнитом. Подсоедините его к лампочке. Вставьте супермагнит в катушку, и лампочка кратковременно вспыхнет. Откуда взялись обвинения? Как движущийся магнит может создавать заряды? НЕТ. Динамо-машины и аккумуляторы являются зарядовыми насосами. Движущийся магнит заставляет собственные заряды провода начать двигаться. (Насос не подает перекачиваемое вещество!) Движущийся магнит вызывает ток, потому что он прикладывает ЭМ силу накачки к подвижным зарядам, уже находящимся внутри металла.

Плохой проводник. Плохой!
Вот уточнение. Многие вводные учебники дают неправильное определение «дирижера»; совершенно неверно и крайне вводящее в заблуждение. Они научат вас, что проводники «пропускают заряды» (или что проходит «электричество» или «ток»). Нет. Проводники не похожи на полые трубы. Проводники непрозрачны для электричества. Вместо этого слово «проводник» на самом деле означает «материал, полный мобильных зарядов». Проводники похожи на баки, наполненные водой. Они похожи на аквариумы или на предварительно заполненные трубы. Проводники подчиняются закону Ома: всякий раз, когда мы прикладываем разность потенциалов к концам провода, поток собственных зарядов проводника зависит от сопротивления провода: I = V/R. Это подвижный заряд провода, который обеспечивает течение. Подумай об этом, вакуум является изолятором. Как вакуум может блокировать поток зарядов? Вакуум не нужен, так как в вакууме нет подвижных зарядов. Вот что делает его изолятором.

Все это приводит к важной концепции. Всякий раз, когда мы берем кусок проволоки и соединяем концы вместе, образуя замкнутую петлю, мы создаем «невидимый приводной ремень», петлю с подвижным зарядом внутри неподвижной проволоки. Воткните магнит-полюс в металлическую петлю, и все заряды провода будут двигаться как один, вращаясь, как маховик. Это бассейн в форме кольца, и если мы нажмем на воду, вся вода будет вращаться, как маховик, в то время как сам бассейн останется неподвижным.

В -пятых , токи не обратные, потому что электрические токи не являются потоками электронов.

В частности, полярность протекающих зарядов зависит от типа проводника. Да, в твердых металлах подвижными зарядами являются электроны. Но есть большое количество проводников, где электроны не могут двигаться. Ближайшими из них являются ваш мозг и нервная система: одновременные потоки положительных и отрицательных атомов в противоположных направлениях: движущиеся ионы, при полном отсутствии потоков электронов. «Электролиты», соленая вода, включая влажную землю и океаны; это не электронные проводники.

Более странный пример: кислоты являются проводящими, потому что они полны +H положительных ионов водорода. Другое название иона +H — «протон». Когда мы пропускаем несколько ампер через кислоту, ток представляет собой поток протонов. (Хех, если в грязи есть какие-то грунтовые токи, и к тому же грязь кислая, а не соленая, то эти подземные токи — протонные потоки!)

Другими словами, «амперами» могут быть протекающие электроны, или протоны, или положительный натрий, проходящий через отрицательный хлорид, идущий в обратном направлении. Или быстрые электроны движутся в одном направлении в искре, в то время как медленные ионы азота движутся вперед или назад в зависимости от того, ионизированы ли они положительно или отрицательно. А в полупроводниках р-типа ток — это поток электронов валентной зоны, «вакансий решетки» в кристалле! (Каждая вакансия обнажает избыточный кремниевый протон, поэтому каждая вакансия несет подлинный положительный заряд. «Дырки» перемещаются за счет переноса электронов, но на самом деле каждая дырка заряжена положительно.)

При всей вышеописанной сложности, как мы можем описать то, что происходит внутри цепей? Легко: это уже сделано за нас. Скрываем движущиеся заряды и игнорируем их. Мы игнорируем их скорость потока и их количество. Мы игнорируем их полярность. Вместо этого мы суммируем все различные заряды, которые могут быть внутри любого проводника, вычисляем общую скорость потока и называем это «амперами». Ваш проводник - это шланг, наполненный соленой водой? Наденьте на него клещевые амперметры и снимите показания в амперах. Плотность ионов не имеет значения. Скорость ионов не имеет значения, и это может быть даже кислотный шланг, полный протонов, а не шланг с морской водой.

Ампер есть ампер.

Амперы также называют «условным током» или просто «электрическим током».

Очень важно: ампер это не заряд-поток. У проводника может быть один ампер, но это ничего не говорит нам о зарядах внутри. Может быть несколько зарядов, протекающих быстро, или много зарядов, протекающих медленно. Могут быть положительные заряды, идущие вперед, или отрицательные, идущие назад, или и то, и другое одновременно (как в случае с человеческими телами, получающими электрический ток постоянного тока). обычный ток.

Хорошо, вернемся к GND, COM и EARTH.

«Земля» сбивает с толку, потому что это слово почти всегда используется неправильно.

В схемах мы почти всегда выбираем одну клемму источника питания как «общую» и подключаем к ней один провод вольтметра. Он не заземлен, так что мы действительно не должны называть его «землей» (он не подключен к металлическому стержню, вбитому в грязь!) Вместо этого «общий» — это просто традиционная точка для снятия показаний напряжения. Мы никогда явно не объясняем этот факт (это молчаливое соглашение!) Поскольку напряжения являются сложными двусторонними измерениями, все упрощается, если мы притворяемся , что они односторонние. Итак, подключите свой черный провод вольтметра к «общему проводу цепи», а затем игнорируйте его.

Теперь представьте, что красный щуп вашего вольтметра действительно может измерять напряжение КЛЕММЫ. Но клеммы не могут «иметь напряжение!» Да, точно. Но мы молча делаем вид, что они это делают. Любая точка цепи может иметь напряжение ... по отношению к другой точке цепи. Если бы мы говорили о высотах, мы всегда могли бы производить измерения относительно уровня моря. Далее, никогда не упоминайте уровень моря, затем, наконец, притворяйтесь, что объекты и места могут «иметь высоту», хотя на самом деле это невозможно, поскольку высота — это длина; расстояние, а не место.

Итак, все новые студенты обычно путаются, когда мы обсуждаем «напряжение терминала». На самом деле мы имели в виду «напряжение, которое появляется между клеммой и общей цепью». Но это слишком много, чтобы повторять все время. Мы молча говорим «напряжение между, напряжение между», в то время как на самом деле мы говорим «напряжение в этом месте» или в другом месте вон там. Затем все новые студенты начинают думать, что на одной единственной клемме может быть напряжение, хотя напряжение так не работает.

Является ли наша отрицательная клемма питания общей цепью? Да, обычно. Я видел очень старые радиоприемники с PNP-транзисторами и отрицательным основным источником питания с «плюсовой землей». Положительная клемма аккумулятора является общей цепью. Все измерения в этой схеме были отрицательными напряжениями. Помимо транзисторных радиоприемников 1950-х годов, то же самое происходит в старых VW Beetles и в некоторых мотоциклах. Положительная клемма аккумулятора подключена к шасси, поэтому «клемма питания» является отрицательной. Не устанавливайте обычное автомобильное радио в старый VW, потому что оно выйдет из строя или загорится, когда вы включите зажигание. Блок питания был задом наперёд.

Все, что нам нужно сделать, это избавиться от всех коллекционных японских PNP-транзисторных радиоприемников 1950-х годов, VW Beetle и мотоциклов с положительным заземлением, и тогда Circuit Common всегда и навсегда будет отрицательным выводом питания! Ну, если только это не какая-то странная электрически плавающая промышленная сенсорная система со смесью питания переменного тока и схем операционного усилителя с виртуальной землей.

Источник напряжения имеет как отрицательные, так и положительные клеммы и создает напряжение (или разность потенциалов) между этими клеммами.

В «Начале» первые ученые, изучавшие электричество, не имели возможности определить, что представляет собой электрический ток, поэтому они несколько произвольно объявили, что ток представляет собой поток положительного заряда, протекающий от положительного вывода источника напряжения через внешней цепи и возвращается к отрицательной клемме. Теперь мы называем это понятие «условный ток», и ученые и инженеры обычно используют это понятие при обсуждении течения.

Теперь мы знаем, что в большинстве материалов ток переносится отрицательно заряженными электронами. Когда были разработаны электронные лампы, многие технические специалисты обучались использованию электронного тока, поскольку внутреннюю работу электронной лампы нельзя легко описать с помощью обычного тока. К сожалению, электронный ток существует во многих местах, из-за чего учащиеся путают обычный ток и электронный ток. Я думаю, что лучше придерживаться стандартного тока, так как именно его использует большая часть технического и научного сообщества.

Термин «земля» в электронике используется очень неправильно.

В распределении электроэнергии переменного тока и некоторых системах радиоантенн «Земля» действительно означает «соединение с Землей».

Однако в большинстве электронных устройств «Земля» — это просто метка, которую мы наклеиваем на точку в цепи, которую мы хотим считать «Нулевой вольт» (куда мы помещаем черный провод измерительного прибора при измерении напряжения в другом месте). Было бы лучше назвать эту точку «опорной» или «общей», но использование «земли» настолько устоялось, что мы застряли на ней. Эта «земля/общий» не имеет магической силы — это не бесконечный сток для электронов — это просто еще одна точка в цепи.

В наши дни «земля / общий» обычно является самой отрицательной точкой в ​​​​цепи, но иногда она может быть и самой положительной точкой (одно логическое семейство предназначено для работы от -5 вольт - там земля положительная). Во многих аудиосхемах «земля/общий» является средней точкой источника питания, и мы находим в цепи как положительное, так и отрицательное напряжение.

Во-первых, ваши A и B просто неверны. Учитывая напряжение между точками A и B, ни один из них не является привилегированным как «источник» тока или «источник» напряжения. Все, что вы можете сказать, это то, что если проводник используется для соединения А и В, ток будет течь между А и В. Если напряжение между А и В положительное, в металле это примет форму электронов, текущих от В к А. , В полупроводниках, таких как транзисторы, вторая часть (обязательно) неверна, поскольку ток может быть вызван либо электронами, либо отсутствием электронов (дырки, которые текут в другом направлении).

В значительной степени отождествление «земли» с «землей» действительно является исторической случайностью и возникает из практики, использовавшейся ранними распределительными компаниями. В современной американской терминологии земля — это точка отсчета для измерения напряжения и тока в цепи, а земля — это реальное соединение со стержнем, вбитым в землю.

Более широкое использование земли происходит от этой практики, и на самом деле это все еще важно в системах, использующих любое большое количество энергии. Для маломощных систем, особенно систем с батарейным питанием, заземление может быть полностью отделено от любого соединения (физического или иного) с физической землей. Но любая электрическая или электронная схема, будь то в самолете, автомобиле или даже в космосе, нуждается в исходной точке при описании напряжений и токов, и эта исходная точка обычно называется землей.

Вполне возможно создать энергосистему с постоянно отрицательным напряжением по отношению к земле (и земле). Хотя они больше не использовались, в 70-х и 80-х годах самым высокоскоростным логическим семейством были ECL, которые использовали -5,2 вольта в качестве базового напряжения. Компьютеры Cray какое-то время были самыми быстрыми суперкомпьютерами в мире, они использовали почти исключительно ECL и потребляли очень много тока, производимого источниками питания 5,2 В.

Итак, когда необходимо соединение земли и земли? Ну, в основном всякий раз, когда вы говорите о системах, подключенных к электросети переменного тока. Если вы не обратите на это внимание, вы рискуете покончить с собой, если случайно предоставите непреднамеренный путь для протекания тока. Линии электропередач должны быть привязаны к земле, чтобы обеспечить такие вещи, как молниезащита, и поэтому такие соображения необходимо принимать во внимание.

Напряжение и ток

В электричестве есть положительные заряды (обычно протоны) и отрицательные заряды (обычно электроны).

Когда один объект заряжен положительно, а другой отрицательно, то существует электростатическое поле. Это напряжение или потенциал для перемещения заряда электростатическим полем.

Если между ними поместить какой-либо проводник, то будет течь ток. Это будут либо электроны навстречу протонам (как в проводе, подключенном к батарее), либо протоны навстречу электронам (как внутри флуоресцентных ламп), либо и то, и другое течет в обоих направлениях (как в некоторых батареях).

Земля/Земля/0В/Общий

Земля и земля в основном исходят от электричества переменного тока. Сегодня они взаимозаменяемы. При распределении мощности переменного тока вы буквально подключаете одну сторону цепи к земле/земле/земле.

0V стал использоваться, потому что это просто. Если у вас есть батарея на 6 В, как вы назовете каждую клемму, если вы хотите, чтобы имена также содержали напряжение? +6В и 0В кажется самым простым способом. +(6В) и -(6В) также могут быть использованы как положительная и отрицательная стороны разности потенциалов 6В, но это сбивает с толку, и люди могут подумать, что потенциал между ними составляет 12В, или что потенциал от одного до земли 6В, а другой -6В и т.д.

Общее снова стало другим и приобрело значение при общении. Если вы отправляете сигнал по одному проводу, то любой, кто читает этот сигнал, должен измерить напряжение между проводом и согласованной «общей» точкой опорного напряжения.

Я не ЭЭ. Насколько я понимаю: напряжение - это смещение потенциала между двумя клеммами, которое генерирует поток электронов через проводник, полупроводник или нагрузку. Электроны будут течь от самых отрицательных к самым положительным клеммам. Термин GND, COM является относительным термином и не всегда совпадает с 0Vdc.

Предположим, что цепь имеет клеммы: A) +5 В постоянного тока B) 0 В постоянного тока C) +10 В постоянного тока D) +24 В постоянного тока
Таким образом, заземление для всех клемм определенно A) 0 В постоянного тока, электрон будет течь от B к A (5 В) и от B к C (10 В). ) и от B до D (24v). Но +5 В постоянного тока можно считать общей клеммой как для C, так и для D: потому что электрон может течь от A к C (5 В) и от A к D (19 В).

Некоторые схемы имеют эти клеммы (например, блок питания ATX) A) -5 В постоянного тока B) -12 В постоянного тока C) 5 В постоянного тока D) 12 В постоянного тока. редактировать: E) 0vdc Любая из клемм с более низким напряжением может быть названа землей для любых клемм с более высоким напряжением.

Я всегда изолирую опорный источник питания постоянного тока 0 В от заземления переменного тока, чтобы избежать любых помех переменного тока в цепи постоянного тока. Затем я защищаю как +, так и -постоянный ток, используя мосты обратно к переменному току, на случай, если переменный ток будет непреднамеренно повторно введен в постоянный ток, не защищенный землей / землей. Это безотказный метод, который защищает pnp, npn, людей и устройства. Никакого дыма или хлопков, только защитное устройство, которое будет срабатывать до тех пор, пока неисправность не будет устранена. Затем я контролирую всю систему через беспотенциальный aux/no/nc, чтобы определить, связано ли это с логикой или проводкой, и определить, происходит ли это при логическом или физическом событии. Затем я виню своих программистов или своих инженеров. В девяти случаях из десяти мне приходится идти и исправлять это самому.