O que é terreno e o que ele faz?

Estou um pouco confuso sobre o conceito de terra, e talvez sobre tensão também, principalmente ao tentar analisar um circuito. Quando aprendi sobre a lei de Ohm na escola, aprendi como aplicar a lei para calcular corrente, tensão e resistência de circuitos simples.

Por exemplo, se tivéssemos o seguinte circuito:

Poderíamos nos pedir para calcular a corrente que passava pelo circuito. Naquele momento, eu simplesmente calculava (com base nas regras fornecidas) 1.5V / 1Ohms = 1.5A.

Mais tarde, no entanto, aprendi que a razão da tensão do resistor seria de 1,5V é porque a tensão é realmente a diferença de potencial entre dois pontos, e que a diferença de tensão na bateria seria a mesma que a da tensão. resistor (me corrija se estiver enganado) ou 1,5V. Fiquei confuso, no entanto, após a introdução do conceito de solo.

A primeira vez que tentei fazer o cálculo de corrente para um circuito semelhante ao circuito anterior em um simulador, o programa reclamou de não ter um terra e "fontes de tensão flutuantes". Após algumas pesquisas, aprendi que os circuitos precisam de terra como ponto de referência ou por razões de segurança. Foi mencionado em uma explicação que se pode escolher qualquer nó para o aterramento, embora seja habitual projetar circuitos para que haja um "local fácil" para o aterramento.

Assim, para este circuito

Eu escolhi o solo na parte inferior, mas seria bom escolher o solo entre o resistor de 7 ohm e 2 ohm - ou qualquer outro lugar? E qual seria a diferença ao analisar o circuito?

Eu li que existem três símbolos de terra típicos com significados diferentes - terra do chassi, terra e terra do sinal. Muitos circuitos que eu já vi usados ​​em exercícios usam terra ou sinal. Que propósito existe no uso da terra? A que terra do sinal está conectado?

Outra pergunta: como o solo tem um potencial desconhecido, não haveria corrente fluindo para ou do solo para o circuito? Pelo que li, tratamos o solo como 0V, mas não haveria algum tipo de efeito por causa da diferença de potencial do circuito e do terra? O efeito seria diferente dependendo do terreno usado?

Finalmente: na análise nodal, normalmente se escolhe um aterramento no terminal negativo da bateria. No entanto, quando existem várias fontes de tensão, algumas delas estão "flutuando". Qual o significado da tensão de uma fonte de tensão flutuante?

A primeira vez que tentei fazer o cálculo de corrente para um circuito semelhante ao circuito anterior em um simulador, o programa reclamou de não ter um terra e "fontes de tensão flutuantes".

Seu simulador deseja poder fazer seus cálculos e relatar as tensões de cada nó em relação a alguma referência, em vez de relatar a diferença entre todos os pares possíveis de nós. É necessário que você informe qual nó é o nó de referência.

Fora isso, para um circuito bem projetado, o "terra" não tem significado na simulação. Se você projetar um circuito em que não haja caminho dc entre dois nós, o circuito será insolúvel. Simuladores típicos do tipo SPICE resolvem isso conectando resistores extras, normalmente 1 GOhm, entre cada nó e o terra, portanto, é concebível que a escolha do nó de terra possa afetar artificialmente os resultados de uma simulação de um circuito de alta impedância.

Eu escolhi o solo na parte inferior, mas seria bom escolher o solo entre o resistor de 7 ohm e 2 ohm - ou qualquer outro lugar? E qual seria a diferença ao analisar o circuito?

Você pode escolher qualquer nó como seu ponto de referência. Frequentemente, pensamos no futuro e escolhemos um nó que elimine os termos das equações (definindo-os iguais a 0), ou simplifique o esquema (permitindo indicar conexões por meio de um símbolo de terra em vez de por um monte de linhas conectadas).

Eu li que existem três símbolos de terra típicos com significados diferentes - terra do chassi, terra e terra do sinal. Muitos circuitos que já vi usados ​​em exercícios usam terra ou sinal. Que propósito existe no uso da terra? A que terra do sinal está conectado?

O solo da terra é usado para indicar uma conexão com algo que está fisicamente conectado ao solo sob nossos pés. Um fio que conduz através do edifício até uma haste de cobre empurrada para o chão, em um caso típico. Este solo é usado para fins de segurança. Assumimos que alguém que lide com o nosso equipamento estará conectado a algo como terra por seus pés. Portanto, o aterramento é o nó do circuito mais seguro para eles tocarem, porque não direciona correntes pelo corpo.

O aterramento do chassi é apenas o potencial do gabinete ou gabinete do seu circuito. Por questões de segurança, geralmente é melhor que isso seja conectado ao terra. Mas chamá-lo de "chassi" em vez de "terra" significa que você não assumiu que ele está conectado.

O aterramento do sinal geralmente é diferenciado do aterramento (e parcialmente isolado) para minimizar a possibilidade de que as correntes que fluem através dos fios do aterramento perturbem as medições dos sinais importantes.

Outra pergunta: como o solo tem um potencial desconhecido, não haveria corrente fluindo para ou do solo para o circuito?

Lembre-se, é necessário um circuito completo para que a corrente flua. Você precisaria de conexões com o aterramento em dois locais para que a corrente flua dentro e fora do seu circuito a partir do aterramento. Realisticamente, você também precisaria de algum tipo de fonte de tensão (uma bateria, uma antena ou algo assim) em um desses caminhos de conexão para ter um fluxo sustentado entre o circuito e a terra.

No entanto, quando existem várias fontes de tensão, algumas delas estão "flutuando". Qual o significado da tensão de uma fonte de tensão flutuante?

Se eu tiver uma fonte de tensão com o valor V entre os nós a e b , isso significa que a diferença de tensão entre a e b será V volts. Uma fonte de tensão perfeita irá gerar a corrente necessária para que isso aconteça. Se um dos nós estiver aterrado, isso fornecerá imediatamente o valor no outro nó no seu sistema de referência. Se nenhum desses nós passa a ser "terreno", então você vai precisar de algumas outras conexões para estabelecer o valor das tensões em um e b em relação ao chão.

Às vezes, as pessoas ficam confusas apenas com as muitas definições da palavra.

substantivo terreno

1. a superfície sólida da terra; terra firme ou seca: cair no chão
2. Muitas vezes, motivos. o fundamento ou base sobre a qual uma crença ou ação repousa; razão ou causa: motivos de demissão .

$6\cdot10^{24} kg$

Claro, a Terra é realmente grande. Nem tudo está no mesmo potencial. De fato, nem mesmo perto. O imenso campo magnético da Terra muda constantemente e induz correntes por toda a Terra. Outras pessoas têm suas próprias hastes presas na Terra e colocam correntes na Terra. Um raio move uma tremenda corrente na Terra. Como a Terra não é um condutor perfeito e, pela lei de Ohm, qualquer corrente através de qualquer resistência pode ser acompanhada por uma tensão, o potencial entre dois pontos na Terra não é o mesmo, a menos que você tenha sorte ou os pontos estejam muito próximos um do outro.

E, se você já operou um dispositivo alimentado por bateria, sabe que os dispositivos eletrônicos podem funcionar perfeitamente bem sem uma conexão com a Terra. No entanto, esses dispositivos têm um fundamento. Portanto, esse provavelmente não é o sentido de terra que você deve usar para sua base de entendimento elétrico. O outro sentido, a base sobre a qual uma crença repousa , é provavelmente um começo melhor.

$0V$$0V$

Então, o que é tensão ? O termo mais rigoroso para isso é diferença de potencial elétrico . Todas as três palavras fazem parte do entendimento de tensão. Elétrica é óbvia.

E o potencial ? Potencial tem um significado específico na física. Energia potencial é a capacidade de algum arranjo de coisas para fazer o trabalho . Por exemplo, uma mola compactada, um arco esticado ou um tanque de gás de alta pressão têm potencial para fazer o trabalho, se liberados.

Imagine uma bola no topo de uma rampa. Se a bola puder rolar pela rampa, na parte inferior, ela estará se movendo rapidamente. Ele adquiriu essa energia cinética da energia potencial que possuía no topo da rampa. Se não houvesse outras perdas (fricção, por exemplo), a energia cinética ganha pela bola é igual à energia potencial perdida, pela lei de conservação de energia .

Isso é energia potencial . Apenas potencial por si só tem uma definição diferente: é energia potencial por unidade de material em algum momento do sistema. Obviamente, uma bola enorme no topo da rampa tem mais energia potencial do que uma bola pequena no topo da mesma rampa. Portanto, as duas bolas têm energias potenciais diferentes no topo da rampa, mas elas têm o mesmo potencial.

$J/kg$$J/C$

Então, anteriormente, dissemos que tensão é diferença de potencial elétrico . Qual a diferença ? Imagine novamente a nossa rampa. Se você assume que a gravidade é igualmente forte em qualquer lugar da Terra (isso é apenas aproximadamente verdade , mas é uma suposição simplificadora válida para muita engenharia prática), então a localização da rampa é importante? Pode ser no Vale da Morte ou no Monte Everest : a bola, depois de descer a rampa, terá no final a mesma energia cinética. O potencial na parte superior e inferior da rampa é irrelevante; o importante é a diferençaem potencial entre a parte superior e a inferior. Se estivermos assumindo que o campo de gravidade da Terra é o mesmo onde quer que possamos subir nessa rampa, então apenas a altura da rampa é relevante.

$5V$$5V$

$8848 m$$8848m$ $237m$$21229 m$

$0V$$0m$$0$$0V$$0V$até definirmos algo como tal. Geralmente, é exatamente o que decidimos colocar no símbolo do chão. Podemos colocá-lo onde quisermos, mas geralmente colocamos onde ele torna os cálculos mais fáceis e as discussões mais simples.

Perguntas relacionadas:

• A tensão é um delta? Pode sempre ser tratado como uma diferença potencial de um ponto de referência?
• Diferença entre terminal negativo e terra de cobre?

Veja minha resposta aqui sobre o que é terra e como o termo "terra" é usado em eletrônica. Partes significativas dessa resposta também são relevantes para a pergunta aqui.