Um circuito pode ser alimentado a partir da Terra com um terra de retorno em Marte?

Você poderia usar um fio quente (120v 60 hz) da terra e uma haste de cobre inserida em outro corpo extraterrestre (marte) para completar um circuito? Se a impedância não era algo para se preocupar (finja que Marte está a apenas uma milha de distância ou algo assim).

Já perguntei isso antes em outros lugares e recebi algumas respostas realmente conflitantes.

Depende da tensão entre Marte e a Terra, que não sabemos. É improvável que essa tensão seja 0 e possa ser enorme. Seu circuito receberá uma voltagem aproximadamente da mesma magnitude, resultando no que provavelmente seria uma falha espetacular da sua torradeira interplanetária.

Limpando o ar

A idéia "para que a corrente flua, deve haver uma conexão com a terra" é comum e é totalmente falsa . Se o equívoco fosse verdadeiro, circuitos em aviões e satélites não funcionariam, pois não há conexão com a Terra. Sua bastante óbvio que tais circuitos fazer o trabalho, e que uma ligação à terra é totalmente desnecessário para alguns circuitos para funcionar corretamente. O equívoco surge do conceito de aterramento , mas lembre-se de que o aterramento é simplesmente uma tensão de referência. Não precisa necessariamente ser a Terra. Pode ser Marte ou qualquer outro potencial elétrico.

Segundo, para que a corrente flua, um circuito não precisa fazer um loop fisicamente fechado . Se o ponto A é fixo em e o ponto B é fixo em , eles não precisam estar fisicamente conectados para que essa propriedade seja verdadeira. Quando conectamos um resistor entre o ponto A e o ponto B, a corrente de B a A será , de acordo com a lei de Ohm . Às vezes, é útil simbolicamente$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$conecte todos os componentes à tensão de referência do terra. Dessa forma, podemos pensar no terra conectado ao ponto A e conectado a uma fonte de tensão que se conecta ao ponto B. Nesse caso, os dois pontos ainda não precisam estar fisicamente conectados, mas podem ser considerados simbolicamente conectados. Nessa estrutura, pense na Terra como ponto A, com nossa voltagem de referência de , e Marte como ponto B com alguma voltagem desconhecida, .$0V$$V_{mars}$

Ligando com Marte

Digamos que possamos fazer conexões elétricas quase ideais para qualquer lugar (suponha que tenhamos um pequeno portal útil). As leis físicas que governam a eletricidade são as mesmas em todo o universo. Então, o que acontece quando você conecta seu circuito com sua base na crosta marciana usando este portal? Na verdade, depende do que é :$V_{mars}$

Caso 1 ,$V_{mars} \approx V_{earth} = 0V$

Nesse caso, seu circuito funciona perfeitamente normalmente. Seu circuito não tem idéia de que está conectado a Marte e não à Terra, pois eles têm aproximadamente o mesmo potencial elétrico.

Caso 2 , ouV m a r s ≪ V e a r t h = 0 $V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

No caso de a tensão de Marte diferir significativamente da tensão da Terra, a corrente certamente continuará fluindo, mas seu circuito pode não se comportar como você espera. Ele pode queimar um fusível, soldar tudo nas redondezas ou simplesmente vaporizar nossa valiosa torradeira, dependendo de quão grande é o .$V_{mars}$

Tensão entre Marte e a Terra

Realmente não sabemos o que seria, pois não sabemos a carga líquida da Terra ou de Marte. Existe um artigo, " Discussão sobre a carga elétrica líquida da Terra ", que nos fornece algumas pistas:$V_{mars}$

... Integrada por um período suficientemente longo, a corrente líquida de / para a terra deve ser zero. Se não fosse, o potencial da Terra aumentaria a tal magnitude que nenhuma força poderia "disparar" mais cargas na inclinação potencial - e uma vez atingido esse estado, a corrente líquida seria de fato zero. Este é um equilíbrio dinâmico.

O problema de uma carga líquida na terra sólida (e líquida) (isto é, no globo) dificilmente pode ser resolvido a partir do fato de que a corrente nesse corpo é zero (sempre ou na média por um longo tempo); nem mesmo dentro da estrutura da "imagem clássica da eletricidade atmosférica". Não parece haver um método prático para medi-lo.

Basicamente, podemos assumir que a Terra e Marte atingiram suas respectivas cargas de equilíbrio, mas não temos como saber se essas cargas são positivas, neutras, negativas ou quais são suas magnitudes. Como não conhecemos as cargas líquidas dos respectivos planetas, não podemos estimar a tensão entre eles.

Eu acho que a resposta é realmente sim, embora não pelas razões que você pensa.

Existem algumas questões práticas, mesmo se você entrar na sua caixa de truques SF e retirar 400 milhões de quilômetros de cabos indestrutíveis.

O primeiro deles é o "vento solar": um fluxo de partículas eletricamente carregadas de alta velocidade do sol. Isso consistirá em elétrons e prótons livres. Eles são afetados pelo campo magnético da Terra; sua entrada na atmosfera resulta em auroras como as luzes do norte. O efeito do vento solar pode resultar na carga líquida da Terra ou de Marte não ser zero. Isso pode resultar em uma descarga semelhante a um raio muito grande ao conectar seu fio. Veja, por exemplo, esta pergunta.

O fio também é um condutor que se move no campo magnético do sol, o que induz uma corrente, mesmo que esteja aterrada nas duas extremidades. Dado seu comprimento, isso pode ser grande.

É também uma antena, por isso vai pegar interferência RF solar.

Suponha que ignoremos tudo isso. Há outro efeito que entra em jogo. O comprimento de onda da rede elétrica de 50Hz é de apenas 6000 km; portanto, seu cabo funcionará como uma linha de transmissão. A qualquer momento, a corrente fluirá para frente e para trás.

Você pode modelá-lo como uma antena monopolo muito, muito grande, com uma esfera não condutora no final, como uma antena de carro com uma bola de pingue-pongue. Supondo que você tenha uma fonte de energia grande o suficiente para superar as perdas resistivas no fio, basta unir sua aplicação CA e ela funcionará. Provavelmente, você precisará de muito mais de 120V na extremidade motriz para atingir 120V no meio do fio, mesmo que seu cabo seja supercondutor.

Os dois corpos formariam um capacitor (muito, muito pequeno), de modo que o circuito seria realmente fechado e uma corrente (muito, muito pequena) poderia fluir.

Essa é a resposta teoricamente correta. Na prática, a corrente seria tão pequena para quase todos os fins práticos que poderíamos chamar de zero.

Para todos os efeitos, não.

As conexões da "Terra" funcionam em virtude do fato de que todas as hastes de terra inseridas no solo de um único planeta estão efetivamente conectadas através da crosta do planeta. A conexão não é necessariamente perfeita (por exemplo, 0Ω, mas é uma impedância razoavelmente baixa).

Como a Terra e Marte são eletricamente isoladas uma da outra por muitos milhões de quilômetros de vácuo extremamente difícil, não haveria caminho para a corrente retornar. Como tal, você acabaria com algo que agia muito como um capacitor, como disse Wouter van Ooijen.

Depende do retorno à terra ou da pergunta se você completa o circuito, usando as palavras da pergunta.

A parte confusa da sua imagem é o gerador de corrente alternada: é mostrado sem seus dois terminais e cercado pelas águas equipotenciais do Oceano Atlântico. Portanto, toda a corrente que ela cria permanecerá no oceano. Outro detalhe potencialmente enganador da sua pergunta é o símbolo Terra / Terra em Marte, e eu suspeito que essa seja a raiz dos seus problemas. Portanto, ...

Tomei a liberdade de reorganizar sua configuração, apenas usando outra imagem para o gerador, com dois terminais. Uma extremidade do gerador está conectada à Terra (ⴲ), a outra vai para uma lâmpada e de lá para Marte (♂), completa com a haste de cobre que você mencionou. Observe que a lâmpada permanece apagada ("desligada").

Se você deseja que a corrente flua e a lâmpada acenda, você precisa de um fio de retorno , fechando o circuito assim:

Para o circuito para trabalhar, você não precisa de nada para ser aterrado ou aterrado , o que você precisa é um circuito inteiro onde a corrente pode fluir em um loop. Por uma questão de diversão, vamos usar o símbolo terra / terra arbitrariamente e criar um circuito que seja aterrado e um que esteja em Marte . Observe que este é apenas um símbolo adicional usado a nosso critério para obter uma referência comum para a coisa toda - não é algo que precisamos para o circuito funcionar.

O que realmente precisava para o circuito funcionar era o fio de retorno de Marte para a Terra. Esse fio de retorno realmente coloca Marte e Terra no mesmo potencial, para que possamos considerar a Terra como marte e Marte com terra - este ainda é o mesmo arranjo, não importa se não usamos um ou dois símbolos Terra / Terra:

Agora, pode haver uma última pergunta: o que acontece se usarmos o símbolo Aterramento na primeira figura, a que não possui o fio de retorno? Como isso:

Ou isto:

Bem, a lâmpada permanece desligada. Novamente: não é o símbolo, é o fio de retorno que é necessário, e não o temos nas duas últimas fotos.

Hmmm ... Se o circuito realmente não se importa com o símbolo Terra / Terra, por que é tão comumente usado por tantos? Qual é o objetivo?

Veja isso:

A lâmpada está acesa, mas o link de retorno está ausente. Isso é possível porque, usando a mágica dos símbolos de aterramento , todas as partes de um diagrama de circuito anexadas a um símbolo de aterramento são consideradas conectadas, mesmo que ninguém tenha tempo para desenhar os fios que conectam todos os bits aterrados de um circuito .

São todos iguais, apenas usando uma notação diferente:

O símbolo terra / terra é tão útil que costumamos usá-lo e, quando somos desleixados, às vezes nem prestamos atenção em chamá-lo adequadamente de terra ou terra. Estritamente falando, um circuito aterrado está conectado à terra ou à terra de segurança (literalmente: uma haste grande ao lado de sua casa ou jardim, conduzida ao aterramento), e um circuito aterrado pode ser conectado à extremidade (-) de um dispositivo acionado por bateria , sem conexão real com o terra real. Isso é confuso, mas é um jargão e todo mundo usa.

Armado com todo esse conhecimento, você pode descobrir por que isso é muito engraçado ( fonte da imagem ) ...

• Nota (1): Utilizei os símbolos astronômicos (ⴲ, ♂) por uma razão. Ao fazer isso, eu estava livre para usar o símbolo elétrico da Terra em qualquer planeta.

• Nota (2): O gerador CA também pode ser uma bateria CC. Para entender essa configuração, você pode pensar em uma fonte de CA da mesma forma que faria com uma bateria sendo revertida 50 ou 60 vezes por segundo (dependendo dos padrões nacionais). Para explicar por que a DC não funcionaria bem na terra e no solo, sem fio de retorno físico, feito de metal, considere a eletrólise e a umidade no solo, para começar ... Esta é uma história totalmente diferente ...

É melhor abandonar a palavra "solo". Um nó do seu circuito é aterrado, o outro é marcado. Estes são motivos separados.

Não precisamos ir ao espaço para criar áreas desconectadas. No esquema a seguir, o V1 fornece 120 VRMS a 60 Hz e XFMR1 e XFMR2 são transformadores de isolamento 1: 1. Cada um cria seu próprio domínio elétrico, onde um nó pode ser identificado como terra e outro como "quente". A corrente não pode fluir do "quente" em um domínio e do solo no outro, pela falta de um circuito completo e, portanto, a lâmpada não pode acender.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Infelizmente nunca estive em Marte, então não há como testar essa teoria. Os 120v 60hz de um gerador são calibrados a partir do terra. Em outras palavras, estamos usando a carga da Terra como referência zero. A referência pode ser análoga à velocidade. Por exemplo, com que rapidez você está se movendo? Isso depende do que você está comparando: você é o ponto de partida; o centro da terra; o sol; o centro galáctico; ou, a pessoa ao seu lado em uma corrida. Eu postulo que a voltagem à terra é a mesma coisa. Portanto, a tensão líquida de um circuito aterrado seria 120v +/- a diferença de carga entre a Terra e Marte. Se eu fosse capaz, testaria essa teoria medindo a tensão de um circuito aterrado em Marte com uma fonte de tensão conhecida. Por ser calibrada para a Terra, a diferença definiria a carga de Mar em relação à Terra.

O problema é que o desenho que você apresenta não contém um loop fechado; portanto, nenhuma corrente deve fluir.

No entanto, isso é possível em alguns casos:

1. você pode colocar na Terra alguma carga e a corrente fluirá até que as cargas de dois planetas sejam iguais; por exemplo, você pode pegar alguns elétrons de Marte e enviá-los para a Terra,

2. se você usa AC, existe uma capacitância entre eles (consulte a resposta de Wouter van Ooijen ), que fecha o loop,

3. se a carga da Terra for diferente de zero (caso 1), existe um campo magnético à sua volta, que gira em torno do Sol, o que (de alguma forma) poderia ser usado para induzir a tensão entre planetas. Não consigo imaginar como alguém poderia controlá-lo.

Minha resposta é que sim - é possível, mas no momento apenas de maneira teórica.