Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю

Обновлено: 28.04.2024

Вопросы § 30

Когда стеклянную палочку трут о шелк, она заряжается положительно, а шелк при этом — отрицательно. Это объясняется тем, что при трении электроны с палочки переходят на шелк, т. е. с того вещества, в котором силы притяжения к ядру атома меньше, на то вещество, в котором эти силы больше, в результате в стеклянной палочке будет недостаток электронов, а в шелке — избыток.

2. Почему при электризации трением на телах появляются равные по абсолютному значению, но противоположные по знаку заряды?

Заряды шерсти и эбонитовой палочки равны по абсолютному значению, ведь сколько электронов ушло с шерсти, столько же их прибавилось на эбоните, как в замкнутой системе.

3. Как передаётся гильзе заряд с тела, наэлектризованного отрицательно; положительно?

Пусть подвешена нейтральная гильза, и к ней подносят отрицательно заряженную палочку. В гильзе свободные электроны, попав в электрическое поле, переместятся в дальнюю от палочки сторону, после прикосновения электроны с палочки перейдут на гильзу, нейтрализовав, часть положительного заряда, в результате в целом гильза станет отрицательно заряженной. Если палочку подносят с положительным зарядом, то, наоборот, электроны с гильзы перетекут на палочку.

4. От чего зависит заряд, переходящий на ненаэлектризованное тело при соприкосновении его с наэлектризованным телом?

Когда заряд передается от заряженного тела к незаряженному, то величина переданного заряда зависит от соотношения величин этих тел. Чем больше незаряженное тело, тем больший заряд перетечет на него.

5. Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю?

Заземление основано на том, что огромная Земля перетягивает на себя практически весь заряд с наэлектризованного тела, поскольку ее величина несравнимо больше любого предмета на ней.

Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю?

Это явление обусловлено физикой заряженных частиц. Наличие заряда предусматривает накопление определенного количества энергии, которое выражается в способности носителей заряда (ионов, электронов) совершать определенную работу в проводящей среде. С другой стороны, тела обладают определенной электрической емкостью – способностью накопить конкретное количество носителей заряда, разумеется, что вся планета, в сравнении с любым объектом на ней, имеет несоизмеримо большую емкость.

При соединении двух объектов с разными потенциалами происходит перетекание носителей заряда из точки с большим электрическим потенциалом в точку с меньшим электрическим потенциалом. Такое движение заряженных частиц и получило название электрического тока, это явление обусловлено стремлением любой системы к равновесию – заряды из тела пытаются скомпенсировать их недостаток в емкости Земли, пока заряд тела не приблизится к заряду планеты и вся система не придет в равновесие.

Почему земля проводит ток и как работает заземление

Что такое заземление и как оно работает

Итак, вы все прекрасно знаете, что заземление - это преднамеренное соединение металлических корпусов электроприборов или любой точки сети с заземляющим устройством. При этом в электротехнике благодаря заземлению обеспечивают защиту от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до вполне безопасных уровней для человека.

Но возникает вполне логичный вопрос: "Так почему же земля является таким хорошим проводником?" Давайте разбираться.

За счет чего земля проводит ток

Безусловно, сама по себе земля - это не изолирующий материал, ведь в ней присутствуют различные жидкости и растворы солей, которые вполне способны проводить электрический ток.

Но такой проводник далеко не идеальный, а при этом все равно прекрасно работает и вот почему.

Бесконечно большое сечение равно нулевому сопротивлению

Давайте рассмотрим вот такую таблицу:

А теперь вспомним вот такую формулу расчета сопротивления:

Так вот, на самом деле нам абсолютно неважно какова длина и удельное сопротивление. Ведь площадь поперечного сечения земли настолько велика, что сопротивление можно считать равным нулю.

Для понимания давайте проведем сравнительный анализ, и возьмем из таблицы выше серебро и такой материал как графит.

Как вы уже поняли из таблицы, серебро гораздо лучше проводит электричество (за счет меньшего удельного сопротивления), чем графит. Но если мы увеличим площадь поперечного сечения графита в миллион раз, то уже сопротивление графита будет существенно ниже сопротивление серебра. Точно такой же эффект срабатывает и в случае с землей.

Вроде с нулевым сопротивлением земли разобрались, и, казалось бы, все просто замечательно, но есть один очень важный момент. Для того, чтобы опасный потенциал уходил именно через заземление, а не стал причиной поражения человека электрическим током, оно должно соответствовать целому ряду требований.

Особенности заземляющего устройства

Итак, для того, чтобы заземление работало так как нужно, оно должно обладать минимальным переходным сопротивлением, а это в свою очередь достигается за счет следующих факторов:

Должна быть обеспечена большая площадь контакта в местах соединения контура. То есть сварочный шов на пластинах должен быть не менее 10 см.
Всю систему электродов нужно обязательно закапывать ниже линии промерзания грунта.
Общее сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом. Если при замерах специальными приборами данное условие не выполняется, тогда необходимо увеличить заземляющий контур, до достижения требуемых параметров.

Вот так заземление выполняет свою защитную функцию по причине того, что земля обладает бесконечно большим сечением. А так как ток протекает только по пути наименьшего сопротивления, то даже в случае пробоя изоляции у электроприбора, корпус которого заземлен, ничего страшного не случится, так как опасный потенциал уйдет через заземляющий контур в землю.

Понравилась статья, тогда ставим палец вверх, пишем комментарии и подписываемся. Спасибо за внимание!

Почему электричество уходит в землю

Из практики известно, что электрический ток уходит в землю . Так происходит всегда.

Тут вам и электрики, которые подкладывают под ноги диэлектрические коврики, копаясь в щитках многоквартирных домов, чтобы изолировать себя от земли.

Диэлектрический коврик Диэлектрический коврик

И удары молнии , когда та разряжается именно в землю через высокие предметы (в том числе и громоотводы, установленные специально с этой целью).

Удар молнии в Землю Удар молнии в Землю

Получается, что электричество всегда уходит именно в землю . Так работает и громоотвод, когда он фактически выцепляет молнию и заставляет разрядиться на земную поверхность, и другие физические процессы, связанные с электричеством, подчиняются этому принципу. Скажем, если рыбак забрасывая удочку, зацепит оголенный высоковольтный провод, то тот неминуемо разрядится через удочку и рыбака опять-таки на землю.

Слово "земля" частенько фигурирует в разговорах электриков. Есть даже такой термин, как заземление. Кстати говоря, на практике, электрический ток может и не уйти в земную поверхность, а выбрать и другое более выгодное направление. Поэтому не совсем корректно утверждать, что подобная картина наблюдается всегда.

Для того, чтобы понять суть этого явления, нужно вспомнить такую вещь, как разность потенциалов . Дальше нужно знать, что все процессы в природе происходят по наиболее энергетически выгодному механизму . Эти моменты объясняют специфическое поведение электрического тока при разрядке на землю.

Мы частенько сравниваем электрический ток с водой . Это сравнение уместно и здесь. Представим себе водопад. Чем выше точка начала падения воды относительно дна водопада, тем "сильнее" будет падать туда вода. Больше высота водопада - больше и перепад . Падающий водопад в данном контексте - это потенциал.

Примерно такая же схема работает и при анализе потенциалов в физике. Чем выше потенциал, выше и напряжение. Не случайно напряжением называют разность электрических потенциалов.

В случае с Землей мы условно принимаем, что она имеет нулевой потенциал. Это своеобразная точка отсчёта. На самом же деле, даже в рамках одной улицы города, Земля может иметь отклонения от этого нулевого значения , но в глобальном смысле это мало на что влияет. Ведь значения потенциала там минимальные. При гигантских размерах планеты, она представляет собой "резервуар" для "наполнения" электричеством.

Теперь представим, что тот рыбак, из примеры выше, стоял на мокрой Земле двумя ногами и зацепил удочкой высоковольтный провод. Если бы он был изолирован от поверхности планеты, то сам не представлял бы большого интереса для электрического тока. Удар бы оказался на столь сильным или вообще неощутимым . Ведь "вливать электричество" некуда. Если же он имеет хороший контакт с землей, то станет проводником или своеобразной трубой для прохождения электричества, которое постарается наполнить через него всю массу нашей планеты и для "вливания электричества" имеется огромная емкость.

Логика работы заземления Логика работы заземления

По этой логике работает так называемое заземление . Самая простая схема его реализации - вбить в землю металлический кол, к которому подключится, например, корпус электрического шкафа. Если вдруг случится пробой фазного провода, то он разрядится через заземленный шкаф на землю и, скорее всего, сразу же выбьет автомат. В случае отсутствия такой конструкции, человек станет проводником между шкафом, на который поступает ток, и поверхностью планеты.

С ударом молнии, в общем-то, такая же история. Молния ищет наиболее выгодный для разрядки путь . Поэтому, она бьет в высокий громоотвод или самый высокий предмет в окрестности, так как это для неё это самое короткое направление. Помимо длины пути, молния также ориентируется и на выгодность с энергетической точки зрения. Поэтому, между металлической палкой и деревом одной высоты, молния выберет палку, так как проводимость у неё выше.

Молния разрядилась на высокое дерево Молния разрядилась на высокое дерево

В случае с молнией, как и в случае с рыбаком, нам важен именно факт разности потенциалов и наличия разных зарядов у Земли и у тучки . Обычно процесс изображается как отрицательно заряженная туча посредством пробивки атмосферного воздуха связывается с положительно заряженной Землей.

Для лучшего понимания процесса тут важно отметить, что молния может бить и в обратную сторону - то есть от Земли в небо . Но это гораздо более редкий случай и с физической точки зрения менее вероятный, а потому закрепилось представление, что электричество от молнии всегда уходит в Землю.

Советую также прочитать на нашем канале:

Если бы Терминатор Т-800 существовал в реальности, то он бы протух и вот почему
Почему под краской появляется ржавчина
Можно ли пронзить волну на катере, как в фильмах про шторм

Поддержите наш проект лайком и подпиской ;)!

Почему ток уходит в землю

Так вот, применительно к молнии можно сказать, что когда грозовая туча заряжена положительно, а поверхность земли под тучей — отрицательно (бывает и наоборот), при определенных условиях (температура, давление, влажность) происходит пробой воздуха в атмосфере, при котором электроны из земли устремляются к положительно заряженной грозовой туче, значит в данном конкретном случае ток действительно «уходит в землю» просто потому, что притягиваются заряды противоположных знаков.

Зарядите конденсатор , и пусть его отрицательно заряженная обкладка будет символизировать землю, а положительно заряженная — грозовую тучу. Замкните выводы отверткой — получите ток, «уходящий в землю» - миниатюрный аналог разряда молнии из тучи — в землю. Если бы заряд земли был равен заряду грозовой тучи (аналогия - разряженный конденсатор), то разряда бы не произошло, и ток бы «в землю не ушел».

Теперь перейдем к сетям переменного тока с глухозаземленной нейтралью. Под нейтралью понимается обязательно заземленный вывод вторичной обмотки промышленного трехфазного трансформатора (он стоит на подстанции), от которого наши квартиры получают т220 вольт на фазе в розетке.

Проводник связанный с глухозаземленной нейтралью называется «PEN». Фазные проводники, по сути, — противоположные выводы данной трехфазной обмотки, «нулевая точка» которой заземлена согласно требованиям обеспечения безопасности — это принятый в электротехнике стандарт.

Что же произойдет, если один из фазных проводников случайно окажется в контакте с проводящим корпусом какого-нибудь устройства, при условии что этот корпус соединен с проводником PEN?

Замкнется цепь фаза-корпус-проводник PEN (соединенный с землей и с нейтралью трансформатора на подстанции), при этом должно сработать защитное устройство. Если назвать землей место соединения с землей нейтрального вывода трансформатора на подстанции, то в данном случае «ток ушел в землю» лишь условно.

Но что если проводник PEN практически отсутствует, а вместо него используется местное заземление, грубо говоря металлический штырь или контур помещенный в землю?

При аналогичной ситуации с попаданием фазы на корпус - ток устремится к тому самому заземленному на подстанции выводу трансформатора, причем этот ток потечет именно по почве, буквально через землю, прокладывая путь наименьшего сопротивления от местного заземления - к заземленным проводникам, соединенным с той самой нейтралью на подстанции.

В данной ситуации ток действительно уйдет от фазы — в землю, но земля будет служить лишь проводником, поскольку практически ток будет направлен к нейтрали трансформатора далеко на подстанции, и этот ток потечет по земле лишь потому, что эта нейтраль заземлена, то есть ток будет вынужден в данном случае «уйти в землю» в поисках пути наименьшего сопротивления.

Почему при заземлении почти весь заряд тела уходит в землю

УПС, страница пропала с радаров.

Вам может понравиться Все решебники

Пономарева

Пономарева, Корнилова, Чернова

Арсентьев, Данилов, Курукин

Мордкович 10-11 класс

Мордкович, Семенов

Рабочая тетрадь

Ерина, Зубарева, Мордкович

Никольский

Никольский, Потапов

Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.

Почему ток уходит в землю

Почему электрический ток уходит в землю? А ведь данный вопрос можно обратить отнюдь не ко всем электрическим цепям, поэтому давайте несколько усложним его. В каких случаях и почему ток уходит в землю?

Начнем с простого примера. Наверняка каждому из нас приходилось наблюдать такое природное явление как молния. Молния — есть ни что иное, как кратковременный ток уходящий их грозовой тучи в землю. Почему это происходит?

Из школьного курса физики известно:

1 - что заряды противоположных знаков стремятся притянуться друг к другу;

2 — за направление тока в проводнике принимается направление, противоположное направлению движения отрицательно заряженных частиц — электронов (для ионизированных газов или электролитов — противоположное направлению движения отрицательных ионов, а для полупроводников — противоположное направлению движения «дырок»).

Так вот, применительно к молнии можно сказать, что когда грозовая туча заряжена положительно, а поверхность земли под тучей — отрицательно (бывает и наоборот! см.рисунок), при определенных условиях (температура, давление, влажность) происходит пробой воздуха в атмосфере, при котором электроны из земли устремляются к положительно заряженной грозовой туче, значит в данном конкретном случае ток действительно «уходит в землю» просто потому, что притягиваются заряды противоположных знаков.

Зарядите конденсатор, и пусть его отрицательно заряженная обкладка будет символизировать землю, а положительно заряженная — грозовую тучу. Замкните выводы отверткой — получите ток, «уходящий в землю» - миниатюрный аналог разряда молнии из тучи — в землю. Если бы заряд земли был равен заряду грозовой тучи (аналогия - разряженный конденсатор), то разряда бы не произошло, и ток бы «в землю не ушел».

Поговорим теперь об электрических сетях переменного тока, используемых на большинстве производств, в зданиях где работают люди, а также в наших домах для бытового электроснабжения. Это так называемые «сети с глухозаземленной нейтралью».

Под нейтралью, применительно к данным сетям, понимается обязательно заземленный вывод вторичной обмотки промышленного трехфазного трансформатора (он стоит на подстанции), от которого наши квартиры получают те самые 220 вольт на фазе в розетке.

Замкнется цепь фаза-корпус-проводник PEN (соединенный с землей и с нейтралью трансформатора на подстанции), при этом должно сработать защитное устройство, как правило установленное во всех добросовестно спроектированных электрических сетях. Можно ли сказать, что в данном случае «ток ушел в землю»? Лишь условно, если назвать землей место соединения с землей нейтрального вывода трансформатора на подстанции.

Но что если проводник PEN практически отсутствует, а вместо него используется местное заземление, грубо говоря металлический штырь или контур помещенный в землю? Что тогда?

Почему при электрическом разряде заземление уводит его в землю?

Земля это так называемая эквипотенциальная поверхность, т.е. поверхность с равным потенциалом, (в данном случае с условно равным, т.к. ничего идеального в мире нет, то и данный случай не исключение). Земля в электричестве однородная среда с равным потенциалом, т.е. не важно на самом дела с каким конкретно, важно что с равным. Так как земля есть самый большой объект в обозримом пространстве, то она является началом для всего и точкой отсчета. Что есть напряжение? Напряжение - это разность потенциалов. В зависимости от вида взаимодействующих веществ земля может быть как условно "положительной" (если речь, например, о молнии) так и условно "отрицательной", если помните из химии таблицу электроотрицательности (т.е. одно и тоже вещество может быть заряжено как "положительно", так и "отрицательно", важно с каким веществом оно взаимодействует при накоплении заряда и как они взаимно расположены в ряду электроотрицательности). Для простоты земля принята за "ноль", т.е. точку отсчета, все взаимодействия во вселенной направлены в сторону уменьшения общей энергии системы, таким образом если мы говорим о молнии, то в результате взаимодействия воздуха с частицами воды (не буду углубляться в химию) начинает расти отрицательный заряд (читай потенциал) тучи, заряд земли остается неизменным, и мы имеет увеличивающуюся со временем разность потенциалов, отрицательный заряд начинает притягивать к себе положительные частицы чтобы стать уравновешенным (равным нолю), происходит ионизация под воздействием электрического поля. Данный процесс прогрессирует во времени, по мере нарастания указанных явлений происходит все более интенсивный обмен заряженных частиц, далее образуется плазматический канал и по нему происходит лавинообразный мощный и кратковременный обмен заряженными частицами (это и есть сама молния) в результате этого обмена заряд тучи и земли уравновешивается и все успокаивается до момента пока туча снова не накопит заряд достаточный для "пробоя" воздушного промежутка между землей и тучей или не исчезнет выпав в виде дождя полностью. Если речь, например не о молнии, а о "фазе" (провод имеющий напряжение относительно земли, не важно "+" или "-" или "переменка", важно что есть разница потенциалов) тут все аналогично, только без плазменного канала (если конечно нет дугового замыкания), система также стремиться к равновесию, т.е. если мы возьмем фазный провод и присоединим к земле, то ток по тем же принципам будет "стекать" в землю, но весь он не "стечет", т.к. в электрической сети есть условно неиссякаемый источник (генератор, -ры), он будет стекать, но источник его будет дальше генерировать поэтому он "не стечет" весь, это называется однофазное короткое замыкание на землю, если взять источник конечного объема энергии, например, заряженный единожды конденсатор, то он стечет только ОДИН раз при контакте с землей, т.к. в нем нет генератора который его подпитывает, система уравновесится и конденсатор разрядиться. Как-то так, все это подтверждается морем трехэтажных уравнений и прочим "матаном", но физический смысл примерно такой.

почему ток уходит в землю при заземлении? ! даже если земля не диэлектрик, куда может устремится поток электронов? почему?!

Выражение "ток уходит в землю" из разряда бытовых, но категорически не верно с точки зрения специалиста. Чтобы понять как ведет себя электрический ток, надо знать, что это такое и устройство сетей. Итак: эл ток есть поток заряженных частиц (для цепей с постоянным током, т. е. направление движения частиц не меняется), для цепей переменного тока действительно значение изменения направления этого потока (в наших сетях принят стандарт 50 гц, например в США 60 гц), т. е в 1 секунду поток меняет направление в каждую сторону по 50 раз. (когда говорится в каждую сторону имеется ввиду полюса направления ).Теперь о самих частицах. Носителем заряда могут быть различные элементарные частицы ( в зависимости от строения и типа материала или вещества. Надеюсь, вы представление имеете об атомном строении). В металлах это электроны (с отрицательным единичным зарядом) почему, спросите, так вот в соответствии с теорией атомного строения металлов в его структуре много свободных (не связанных) электронов. В жидкостях или электролитах это ионы (бывают отриц. и полож ) - электрически заряженные частицы, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц) атомами или группами атомов. В газах это ионизизованные частицы ( практически по смыслу похожее для жидкостей), есть еще и четвертое состояние вещества это плазма, там аналогично происходящие процессы. Теперь, зная состав нашей матушки земли на глубине примерно от 1.5 м до 3 м (обычно на этой глубине выполняют монтаж заземлителей в электрических сетях) вы не так уж однозначно можете сказать о потоке электронов, т. к. земная структура разнообразна (включая влагу как жидкость и соли растворенные в ней) и представляет собой смешанные потоки, причем вы помните, что сеть наша по роду тока является переменной и меняет свое направление. Теперь, что касается эл. сетей. Не все, только некоторые сети эксплуатируются с глухозаземленной нейтралью, будем рассматривать сети 0,4 кв (часть которой мы используем у себя в квартирах и домах), которые имеют глухозаземленну нейтраль. Говоря о нейтрали имеется ввиду средняя точка 3фазного трансформатора, по отношению к которой на каждом фазном проводнике (а их всего 3) те самые 220В. Стандарт заземления нейтрали принят для обеспечения безопасности эксплуатации этих сетей. Так вот при замыкании одного из фазных проводов на металлический корпус какого-то устройства (при повреждениях или случайно). то цепь электрического соединения замыкается от места замыкания через мет. корпус через проводник ,(обычно PEN) на нейтраль трансформатора на питающей подстанции .Это приводит к возникновению больших токов, на которые реагируют аппараты защиты (автоматич. выключатели) установленные в этих цепях. Если представить, что этого проводника (PEN) нет, а металлический корпус имеет соединение с электродом (условно-металлический штырь вбитый в землю), то токи будут растекаться в структуре почвы по направлению к заземлителям, заземляющим нейтраль трансформатора, установленным на подстанции, образуя электрическую цепь с использованием почвы в качестве проводника (В зависимости от разных условий сопротивление почвы сильно меняется и это плохо) .Ток растекается произвольно, по наименьшему сопротивлению в своей цепи, как на рисунке

Hi bolitПросветленный (22307) 9 лет назад

Если будут вопросу обращайтесь

acces969 Знаток (306) вам книги писать надо) за подробность конечно спасибо, но физику и электрику я уже знал, поэтому и задавался вопросом как ток может уходить в землю если она не соединена с источником тока . так что ответ на мой вопрос в вашем последнем предложении - я узнал что подстанции и электростанции хорошо заземлены

jeiПрофи (711) 8 лет назад

Вы конечно молодец что так много написали.Ну я так понял а может не до понял?Земля всего лишь проводник по факту.Который ведёт себя как гигантский конденсатор?

Читайте также: