Может ли цепь питаться от Земли с обратной землей на Марсе?

Не могли бы вы использовать горячий провод (120 В 60 Гц) от земли и медный стержень, вставленный в другое внеземное тело (Марс), чтобы завершить цепь? Если импеданс не о чем беспокоиться (притворяйся, что Марс всего в миле отсюда).

Я спрашивал об этом раньше в других местах и ​​получил действительно противоречивые ответы.

Это зависит от напряжения между Марсом и Землей, которого мы не знаем. Вряд ли это напряжение равно 0 и может быть огромным. Ваша цепь получит напряжение примерно такой же величины, что может привести к впечатляющей неисправности вашего межпланетного тостера.

Очистка воздуха

Идея «чтобы ток протекал, должна быть связь с землей», является распространенной и совершенно ложной . Если бы заблуждение было верным, схемы на самолетах и ​​спутниках не работали бы, так как нет связи с землей. Его совершенно очевидно , что такие схемы делают работу, и что связь с землей является совершенно ненужным для некоторых схем , чтобы функционировать должным образом. Заблуждение возникает из концепции заземления , но помните , что земля просто опорное напряжение. Это не обязательно должна быть Земля. Это может быть Марс или любой другой электрический потенциал.

Во-вторых, для протекания тока цепи не нужно создавать физически замкнутый контур . Если точка A зафиксирована на а точка B зафиксирована на V b , они не должны быть физически связаны, чтобы это свойство было истинным. Когда мы подключаем резистор между точкой A и точкой B, ток от B до A будет I B A = V b / R , согласно закону Ома . Иногда полезно символически$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$Провод каждый компонент в землю опорного напряжения. Таким образом, мы можем думать о заземлении, подключенном к точке A и подключенном к источнику напряжения, который подключается к точке B. В этом случае две точки еще не должны быть физически связаны, но могут рассматриваться как символически связанные. В этом контексте представьте, что Земля - ​​это точка A с нашим опорным напряжением , а Марс - это точка B с некоторым неизвестным напряжением, V m a r s .$0V$$V_{mars}$

Общение с Марсом

Допустим, мы можем сделать практически идеальные электрические соединения в любом месте (предположим, у нас есть удобный маленький портал). Физические законы, управляющие электричеством, везде одинаковы. Так что же происходит, когда вы подключаете свою цепь к земле в марсианской коре, используя этот портал? На самом деле, это зависит от того, что такое :$V_{mars}$

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

В этом случае ваша схема работает совершенно нормально. Ваша схема не имеет представления о том, что она подключена к Марсу, а не к Земле, поскольку они имеют примерно одинаковый электрический потенциал.

$V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

$V_{mars}$

Напряжение между Марсом и Землей

$V_{mars}$

... Интегрированный за достаточно длительное время, чистый ток на землю или с земли должен быть нулевым. Если бы это было не так, потенциал Земли увеличился бы до такой величины, что никакая сила не могла бы «выстрелить» больше зарядов вверх по наклонному потенциалу - и как только это состояние будет достигнуто, суммарный ток действительно будет нулевым. Это динамическое равновесие.

На проблему чистого заряда на твердой (и жидкой) земле (то есть на земном шаре) вряд ли можно ответить, исходя из того факта, что ток для этого тела равен нулю (всегда или в среднем в течение длительного времени); даже не в рамках «классической картины атмосферного электричества». Кажется, нет практического метода для его измерения.

По сути, мы можем предположить, что Земля и Марс достигли своих соответствующих равновесных зарядов, но у нас нет никакого способа узнать, являются ли эти заряды чистыми положительными, нейтральными, отрицательными или каковы их величины. Поскольку мы не знаем чистых зарядов соответствующих планет, мы не можем оценить напряжение между ними.

Я думаю, что ответ на самом деле да, хотя не по тем причинам, которые вы думаете.

Есть пара практических проблем, даже если вы заберетесь в свою коробку с хитростями и извлечете 400 миллионов километров неразрушимого кабеля.

Первым из них является «солнечный ветер»: поток высокоскоростных электрически заряженных частиц от солнца. Это будет состоять из свободных электронов и протонов. На них влияет магнитное поле Земли; их попадание в атмосферу приводит к появлению сияний, таких как северное сияние. Воздействие солнечного ветра может привести к тому, что суммарный заряд Земли или Марса не станет равным нулю. Это может привести к очень большому разряду молнии при подключении вашего провода. Смотрите, например, этот вопрос.

Провод также является проводником, движущимся в магнитном поле солнца, который, следовательно, будет индуцировать ток, даже если он заземлен (поврежден?) На обоих концах. Учитывая его длину, это может быть большим.

Это также антенна, поэтому она будет принимать солнечные радиочастотные помехи.

Предположим, мы игнорируем все это. В игру вступает еще один эффект. Длина волны сети 50 Гц составляет всего 6000 км, поэтому ваш кабель будет функционировать как линия передачи. В любой данный момент ток будет течь вперед и назад.

Вы можете смоделировать ее как очень, очень большую монопольную антенну с непроводящей сферой на конце, как автомобильную антенну с шариком для пинг-понга. Предполагая, что у вас есть источник питания, достаточно большой, чтобы преодолеть резистивные потери в проводе, вы можете просто подключить ваш источник переменного тока, и он будет работать. Вам, вероятно, понадобится намного больше, чем 120 В на приводной стороне, чтобы достичь 120 В в середине провода, даже если ваш кабель сверхпроводящий.

Два тела сформировали бы (очень очень очень маленький) конденсатор, так что цепь действительно была бы замкнутой, и мог бы протекать ток (очень очень очень маленький).

Это теоретически правильный ответ. На практике ток был бы настолько мал, что практически для всех практических целей мы могли бы назвать его нулевым.

Для всех намерений и целей, нет.

«Земные» соединения работают в силу того факта, что все заземляющие стержни, вставленные в землю одной планеты, эффективно связаны друг с другом через кору планеты. Соединение не обязательно идеально (например, 0Ω, но это довольно низкий импеданс).

Поскольку Земля и Марс электрически изолированы друг от друга многими миллионами километров чрезвычайно жесткого вакуума, ток не будет проходить через него. Таким образом, вы получите что-то похожее на конденсатор, как сказал Вутер ван Оойен.

Это зависит от земли возврата или от вопроса, завершите ли вы цепь, используя слова из вопроса.

Запутывающей частью вашей картины является генератор переменного тока: он показан без двух терминалов и окружен эквипотенциальными водами Атлантического океана. Поэтому все создаваемые им потоки останутся прямо в океане. Другая потенциально (каламбур) вводящая в заблуждение деталь вашего вопроса - это символ земли / земли на Марсе, и я подозреваю, что это корень ваших проблем. Таким образом, ...

Я взял на себя свободу переставить вашу установку, просто используя другое изображение для генератора, с двумя терминалами. Один конец генератора соединен с Землей (ⴲ), другой - с лампочкой, а оттуда на Марс (♂) в комплекте с медным стержнем, который вы упомянули. Обратите внимание, что лампочка остается неосвещенной («выключена»).

Если вы хотите, чтобы ток протекал и лампочка была включена, вам нужен обратный провод, замыкающий цепь следующим образом:

Чтобы схема работала, вам не нужно ничего заземлять или заземлять , вам нужна целая цепь, в которой ток может протекать по контуру. Для удовольствия, давайте использовать символ земля / земля произвольно и создадим одну цепь, которая будет заземлена, и одну, которая будет заземлена . Обратите внимание, что это просто дополнительный символ, используемый по нашему усмотрению для получения общей ссылки на всю вещь - это не то, что нам нужно для работы схемы.

Что нам действительно нужно для работы схемы, так это обратный провод от Марса к Земле. Этот обратный провод фактически ставит Марс и Землю на один и тот же потенциал, поэтому мы можем даже считать Землю марсой и Марс заземленным - это все та же схема, независимо от того, используем ли мы один, два символа Земля / Земля:

Теперь, возможно, остается еще один последний вопрос: что произойдет, если мы будем использовать символ заземления на первом изображении, то есть без обратного провода? Нравится:

Или это:

Ну, лампочка не светится. Опять же: нужен не символ, а обратный провод, и его нет ни на одном из двух последних рисунков.

Хммм ... Если на самом деле цепь не заботится о символе Земля / Земля, почему она так часто используется многими? В чем смысл?

Проверь это:

Лампочка включена, но обратная ссылка отсутствует. Это возможно, потому что, используя магию заземления , все части принципиальной схемы, которые прикреплены к символу заземления, считаются подключенными, даже если никто не потратил время на то, чтобы фактически нарисовать провода, которые соединяют все заземленные биты цепи ,

Это все одно и то же, только с использованием другой записи:

Символ земля / земля настолько удобен, что мы часто используем его, и когда мы неряшливы, мы иногда даже не обращаем внимания на то, чтобы правильно называть его землей или землей. Строго говоря, заземленная цепь соединена с землей или безопасным заземлением (буквально: большой стержень рядом с вашим домом или садом, врезанный в землю), а заземленная цепь может быть подключена к (-) концу устройства с батарейным питанием , без фактической связи с реальной землей. Это сбивает с толку, но это жаргон, и все используют его.

Вооружившись всеми этими знаниями, вы можете понять, почему это так забавно ( источник изображения ) ...

• Примечание (1): я использовал астрономические символы (ⴲ, ♂) по причине. При этом я был свободен использовать электрический символ Земли на любой планете.

• Примечание (2): Генератором переменного тока также может быть батарея постоянного тока. Чтобы понять эту настройку, вы можете думать об источнике переменного тока так же, как если бы батарею переворачивали 50 или 60 раз в секунду (в зависимости от национальных стандартов). Чтобы объяснить, почему DC не будет хорошо работать на земле и в земле, без физического обратного провода, сделанного из металла, рассмотрим электролиз и влажность в земле, для начала ... Это целая другая история ...

Лучше отказаться от слова «земля». Один узел вашей цепи заземлен, а другой - поврежден. Это отдельные основания.

Нам не нужно выходить в космос, чтобы создать отключенную территорию. В следующей схеме V1 подает 120 VRMS с частотой 60 Гц, а XFMR1 и XFMR2 являются изолирующими трансформаторами 1: 1. Каждый из них создает свой собственный электрический домен, где узел может быть идентифицирован как заземление, а другой - как «горячий». Ток не может течь от «горячего» в одном домене и земли в другом, из-за отсутствия полной цепи, и поэтому лампа не может светиться.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

К сожалению, я никогда не был на Марсе, поэтому нет возможности проверить эту теорию. 120 В 60 Гц от генератора откалиброван от земли. Другими словами, мы используем заряд земли в качестве нулевого ориентира. Ссылка может быть аналогами скорости. Например, как быстро вы двигаетесь? Это зависит от того, с чем вы сравниваете это: вы отправная точка; центр земли; солнце; галактический центр; или человек рядом с вами в гонке. Я предполагаю, что напряжение на землю - это то же самое. Таким образом, чистое напряжение для заземленной цепи должно составлять 120 В +/- разница заряда между Землей и Марсом. Если бы я был в состоянии, я бы проверил эту теорию, измерив напряжение заземленной цепи на Марсе с известным источником напряжения. Поскольку он откалиброван к Земле, разница будет определять заряд Мара относительно Земли.

Проблема в том, что представленный вами чертеж не содержит замкнутого контура, поэтому ток не должен течь.

Однако это возможно в некоторых случаях:

1. Вы можете поместить на Землю некоторый заряд, и ток будет течь, пока заряды двух планет не станут равными, например, вы можете взять некоторые электроны с Марса и отправить их на Землю,

2. если вы используете переменный ток, между ними есть емкость (см. . ответ Wouter van Ooijen ), которая замыкает цепь ,

3. если заряд Земли отличается от нуля (случай 1), вокруг него возникает магнитное поле, вращающееся вокруг Солнца, которое (каким-то образом) может быть использовано для возбуждения напряжения между планетами. Я не представляю, как можно это контролировать.

Мой ответ таков: да - это возможно, но пока только теоретически.