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    Messa a terra (fisica): come funziona e perché è importante?

    L'elettricità è un fattore indispensabile nella vita moderna, e sebbene i principali tipi di combustibili che l'umanità utilizza per produrla siano fonte di grande preoccupazione, l'elettricità stessa essere richiesto finché persiste la civiltà nella sua forma attuale. Allo stesso tempo, tra i primi fatti sulla sicurezza praticamente a tutti i bambini viene insegnato che l'elettricità è, o può essere, estremamente pericolosa.

    Inoltre, l'elettricità che l'uomo genera e che può quindi controllare in larga misura è solo parte della storia qui. Il fenomeno del lampo è familiare anche ai bambini molto piccoli ed è allo stesso tempo fonte di timore reverenziale e preoccupazione anche per gli adulti. Ma i suoi "scioperi" a livello della Terra sono quasi imprevedibili in quanto potenzialmente mortali, e uno sguardo ravvicinato ai componenti aggiuntivi di edifici e altre strutture in tutto il mondo sottolinea l'urgenza di questa considerazione di sicurezza.

    < em> La messa a terra elettrica
    , chiamata anche messa a terra
    , fornisce un percorso affinché la corrente fluisca nel terreno e la carica elettrica in eccesso si disperda invece di accumularsi e creare un potenziale pericolo. Questo perché la Terra, essendo elettricamente neutra ma anche enorme, può sia accettare che fornire un gran numero di elettroni (secondo gli standard del settore umano) senza cambiamenti evidenti a questo stato di "tensione zero". Carica, tensione e flusso di corrente

    La carica elettrica in fisica è misurata in coulomb
    . La carica elementare (indivisibile) è quella su un singolo elettrone (e-) o protone, con una magnitudine di 1,60 10 -19 C e dato un segno negativo per gli elettroni. La separazione di particelle caricate in modo opposto crea una tensione
    , o differenza di potenziale elettrico, che viene misurata in joule per coulomb (J /C) e induce gli elettroni a fluire nella direzione di una carica netta positiva, un movimento chiamato corrente elettrica
    .

  • Gli elettroni "vogliono" fluire verso un terminale positivo o altra area di tensione positiva netta per la stessa ragione essenziale per cui l'acqua "vuole" fluire in discesa: un potenziale differenza, ma stabilita dalla forza elettrica invece della forza di gravità.

    Questo flusso di elettroni, misurato in C /so ampere
    ("amp"), si verifica solo se il percorso tra le fonti di tensione è un conduttore
    e consente prontamente il flusso di corrente, come la maggior parte dei metalli. I materiali non conduttori sono chiamati isolanti
    e includono plastica, legno e gomma (l'abbondanza di isolanti tra i prodotti di uso quotidiano è chiaramente una buona cosa). Nell'analogia precedente, una diga che trattiene il flusso naturale della corrente fluviale è come un isolante o dielettrico
    .

    Tutti i materiali, anche buoni conduttori, hanno una resistenza elettrica
    , indicato con R
    e misurato in ohm (Ω). Questa quantità consente una relazione formale tra la tensione e il flusso di corrente, chiamata legge di Ohm: I \u003d V /R.
    Come funziona la messa a terra?

    La corrente elettrica viene definita come flusso da un potenziale superiore a un potenziale inferiore ( che è lo stesso risultato degli elettroni che fluiscono in una direzione da negativa a positiva - fai attenzione a non confondere questo punto!) a condizione che esista un percorso adeguato tra i due. Quando i due terminali di una batteria sono collegati da un filo conduttore, ad esempio, la corrente scorre liberamente in un circuito con resistenza minima.

    Tuttavia, se non ci sono percorsi altamente conduttivi che collegano una differenza potenziale, la corrente può fluire comunque a causa di guasto dielettrico
    se la tensione è abbastanza alta - proprio come quello che accadrebbe con un guasto strutturale di una diga provocato da un volume senza precedenti nel serbatoio a monte.

  • Ecco perché i fulmini "colpiscono"; la corrente "non dovrebbe" essere in grado di fluire in un materiale dielettrico come l'aria, ma le enormi tensioni dei fulmini travolgono questo fattore.

    Il percorso elettrico più percorso ... o cercato

    Elettrico la corrente, come l'acqua che scende lungo una dolce pendenza rocciosa, cerca sempre di seguire il percorso di minor resistenza. Se è ostacolato da un numero di materiali isolanti diversi, vorrà fluire attraverso quello meno isolante (cioè più conduttivo). Se esiste un percorso conduttivo, sceglierà sempre quel percorso su tutto il resto.

    L'aria è un isolante e il corpo umano è relativamente conduttivo. Quindi, se ti distingui in un campo durante un temporale, sei ad alto rischio di scosse elettriche. I parafulmini forniscono un percorso di messa a terra dimostrando un bersaglio facile e a bassa resistenza per i fulmini. Il fulmine preferirebbe fluire attraverso il metallo piuttosto che attraverso di te, quindi c'è quello.

    Il percorso dal parafulmine al terreno stesso ha una caratteristica essenziale di tutte le configurazioni di messa a terra: nessuna deviazione lungo la strada! L'elettricità scorre direttamente nella Terra stessa perché non ha altre opzioni. Questo è il motivo per cui i "fili" di terra non devono essere fili singoli; possono essere strutture metalliche, purché il percorso verso la Terra sia completamente autonomo, il che significa che è un circuito semplice.

  • Come già suggerito, la Terra può anche servire da "donatore di elettroni" come necessario a causa della sua capacità di disperdere la carica - positiva e negativa, su un volume enorme - e non solo come un "accettore di elettroni" come nel caso del parafulmine.

    Perché è importante la messa a terra? >

    Sebbene i parafulmini siano vitali, non vengono utilizzati in ogni momento della giornata, come innumerevoli circuiti elettrici in case, uffici e impianti di produzione in tutto il mondo.

    In un circuito elettrico, un filo di terra crea un percorso aggiuntivo per la corrente in caso di corto o altro malfunzionamento. Invece di scioccarti quando tocchi i componenti del circuito, la corrente scorrerà invece attraverso il filo di terra più conduttivo. La messa a terra non solo ti impedisce di rimanere scioccato, ma protegge anche le tue apparecchiature da picchi di corrente che altrimenti la "scuoterebbero".

    Nota: l'alta tensione in sé non danneggia. Tuttavia, una grande differenza di tensione rende più desiderabile il salto della carica e, nel fare ciò, crea una corrente maggiore. Pensa a come stare sul bordo di un'alta scogliera. Non è essere sull'alta scogliera che è il problema. È quello che succede dopo che sei sceso perché la roccia sotto i piedi non ti "isola" più dall'influenza della gravità e lascia che l'aria ti "conduca" prontamente (si spera in una rete di sicurezza!).
    La spina a tre punte

    In ambito domestico, la messa a terra tratta sia il "sintomo" sia la "malattia" in caso di accumulo imprevisto di cariche sulle superfici degli elettrodomestici. Non solo consente alle cariche canaglia un'uscita "a senso unico" immediata in modo che possano disperdersi altrove, ma impedisce anche l'ingresso di cariche più indesiderate interrompendo il circuito "a monte".

    Una tipica presa moderna ha tre fori: due fessure affiancate e un'apertura quasi rotonda sotto. La fessura verticale più piccola è per il filo "caldo" (o letteralmente, componente spina) per la corrente in ingresso; il suo partner più lungo è per il filo neutro (uscita). La spina rotonda è un filo di terra collegato direttamente a un'uscita dal circuito, in modo che cariche pericolose che altrimenti fluirebbero lungo la superficie di un apparecchio possano fuggire a terra. Questo cavo è impostato in modo tale che al di sopra di un determinato livello di corrente, l'intero circuito sia interrotto e tutti gli arresti di corrente in ingresso.
    Esempi di messa a terra

    La messa a terra consente una stabilizzazione sicura della tensione
    in grande circuiti e sistemi. Uno stabilizzatore di tensione assicura che la tensione in ingresso, che può effettivamente fluttuare considerevolmente attorno al suo valore desiderato una volta all'interno di circuiti complessi e sensibili come un microprocessore del computer, è normalizzata a un valore strettamente vincolato aumentando o diminuendo V, se necessario.

    Un elettroscopio
    è un conduttore che utilizza l'induzione di carica per segnalare la presenza di cariche esterne. Questo utilizza il principio secondo cui gli elettroni si respingono a vicenda. Se una fonte di elettroni come un'asta di vetro carica (un esempio di elettricità statica; gli elettroni "siedono" lì perché il vetro è isolante) viene tenuto vicino al lato dell'elettroscopio conduttore (ma neutro!), Questo "spinge" il elettroni nella palla il più lontano possibile. Questo è al centro dell'unità, dove le "foglie" metalliche vengono spinte a parte per segnalare gli elettroni raccolti vicino al lato della sfera sulla superficie della punta dell'asta.

    Mentre ciò accade, la build -up di elettroni all'interno deve essere in qualche modo bilanciato, poiché la sfera sta conducendo. Di conseguenza, come si può prevedere, si accumulano cariche positive vicino alla punta dell'asta.

  • L'applicazione di un filo di messa a terra per aggirare la base isolante dell'elettroscopio cambierebbe chiaramente questa immagine. Come?

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