पृथ्वी तल से जुड़ा वोल्टेज स्रोत का एकल टर्मिनल

Question

यह एक वैचारिक सवाल है जिससे मैं जूझता रहता हूं क्योंकि मैंने इलेक्ट्रॉनिक्स का अध्ययन शुरू कर दिया है।

मान लें कि हमारे पास एक बैटरी है, और इसका एक टर्मिनल अत्यधिक प्रवाहकीय पृथ्वी के एक अच्छे पैच से सीधे जुड़ा हुआ है। आगे यह मानकर चलता है कि बैटरी की क्षमता पृथ्वी की तुलना में अधिक है। अब मुझे एहसास हुआ कि यह एक बंद सर्किट नहीं है, लेकिन बैटरी से पृथ्वी पर प्रवाह क्यों नहीं होगा? क्या एक विद्युतीय क्षमता मौजूद नहीं है जो बैटरी में इलेक्ट्रॉनों की मात्रा को कम करने का कारण बनती है या कम से कम उस बिंदु तक कम हो जाती है जिस पर पृथ्वी और बैटरी के बीच विद्युत क्षमता समान है? इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के पीछे क्या यह एक ही प्रमुख नहीं है (यद्यपि यह परिदृश्य संभावित रूप से इतने बड़े अंतर को लागू नहीं कर रहा है)

मैंने यहां पर हर दूसरे उत्तर को इलेक्ट्रॉनिक्स.स्टैकएक्सचेंज पर पढ़ा है जो संदर्भ का आधार है, और मैं अभी भी संतुष्ट नहीं हूं।

Answer 1

अगर मैं आपके प्रश्न को सही ढंग से समझता हूं, तो इस समस्या को प्रदर्शित करने के लिए बैटरी की आवश्यकता नहीं है। कहो कि आपके पास कोई वस्तु है, कुछ क्षमता पर । फिर, आप इसे किसी अन्य क्षमता से कनेक्ट करते हैं। क्या कुछ करंट प्रवाहित होता है? मान लीजिए कि यह धातु का घन है, और यह पृथ्वी की क्षमता पर है, साथ ही एक वोल्ट भी है। फिर, यह अचानक पृथ्वी से जुड़ा हुआ है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

संक्षिप्त उत्तर: कोई प्रवाह नहीं। करंट प्रवाह के लिए कोई सर्किट नहीं है।

लेकिन यह एक अनुमान है, जो विश्लेषण को सरल बनाने के लिए बनाया गया है। हम एक महत्वपूर्ण तथ्य की उपेक्षा कर रहे हैं: सब कुछ कुछ है समाई करने के लिए सब कुछ और कुछ। धातु क्यूब संधारित्र की एक प्लेट है, और पृथ्वी दूसरी है। तो सर्किट वास्तव में यह है:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें}

इस स्थिति में, जब V1 अचानक 0V हो जाता है, तो कुछ प्रवाह होगा। प्रवाह जो कुल आवेश होगा वह समाई पर निर्भर करेगा , जो कि बहुत छोटा है। शायद , अगर वह भी। हम जानते हैं कि समाई बार वोल्टेज आवेशित होता है:1 एफ $C$$1fF$

$$CV = Q$$

तो कुल शुल्क है कि अगर V1 से चला जाता है प्रवाह होगा करने के लिए , और है है:0 वी सी 1 एफ $1V$$0V$$C$$1fF$

$$1fF \cdot -1V = -1fC$$

यह एक बहुत ही छोटा चार्ज है, जो किसी भी व्यावहारिक सर्किट के महत्व से परे है।

जो प्रवाह होगा वह वर्तमान में कितनी तेजी से बदलता है, और समाई का एक कार्य है:$V_1$$C$

$$I = C\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$$

तो यह ईएसडी से कैसे संबंधित है?

ईएसडी आपको वह मिलता है जब दो चीजों के बीच संभावित अंतर उन चीजों के बीच इन्सुलेशन को तोड़ने के लिए काफी होता है। आमतौर पर कि इन्सुलेशन हवा है। यह कितना वोल्टेज लेता है यह कई कारकों पर निर्भर करता है, और मैं शायद ही एक विशेषज्ञ हूं, लेकिन हम किलोवोल्ट्स में मापा जाने वाले मतभेदों के बारे में बात कर रहे हैं।

ये उच्च वोल्टेज आपके और बाकी सभी के बीच बहुत छोटे समाई के कारण प्राप्य हैं। याद फिर से कि । हम इसे फिर से व्यवस्थित कर सकते हैं:$CV=Q$

$$V = \frac{Q}{C}$$

यदि बहुत छोटा है, तो बहुत छोटा आवेश बहुत उच्च वोल्टेज को जन्म दे सकता है। जब आप गलीचा भर में फेरबदल करते हैं तो आप केवल एक (रूपक) मुट्ठी भर इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित कर सकते हैं , लेकिन यह आपके वोल्टेज को आपके पर्यावरण के सापेक्ष बदलने के लिए काफी है।$C$$Q$

एक बार जब आप किलोवोल्ट्स के बारे में बात कर रहे हैं, और पहले की तरह उदाहरण में नहीं है , तो वह तुच्छ वर्तमान इतना तुच्छ नहीं है। अभी भी छोटा है, आप पर ध्यान दें, लेकिन यह इस तरह के एक संक्षिप्त पल में लागू होता है यह संवेदनशील उपकरणों को नुकसान पहुंचा सकता है।$1V$

शायद आधुनिक समय में सबसे अधिक क्षतिग्रस्त डिवाइस MOSFETs में गेट इंसुलेशन ऑक्साइड है , जो इतना पतला है कि इसमें शायद का ब्रेकडाउन वोल्टेज हो सकता है । यदि आपके पास अपने वोल्टेज को बढ़ाने के लिए आपके ऊपर पर्याप्त चार्ज है, तो आप अपने चारों ओर अपेक्षाकृत तेज हवा में झपकी ले सकते हैं, तो सिलिकॉन डाइऑक्साइड के कुछ परमाणु उस चार्ज को वापस गीले टिशू पेपर पर रख सकते हैं:$10V$

Comments

तो जिस तरह से एक बैटरी अपने वोल्टेज को बनाए रखती है, उसकी संरचना के भीतर स्थिर विद्युत क्षेत्रों को पकड़कर ऐसा होता है कि एक इकाई चार्ज के अंत से अंत तक चलने वाली लाइन का अभिन्न अंग हमेशा समान होता है? लेकिन एक आर्क डिस्चार्ज के बारे में क्या? उस मामले में कोई स्पष्ट बंद सर्किट नहीं है, कम से कम एक ऐसा नहीं है जिसे मैं देख सकता हूं।

— MER

@ गिगलोट हाँ। मूल रूप से इसे बैटरी या कुछ और में रसायनों के रिडॉक्स संभावितों के साथ करना पड़ता है, जो किसी दिए गए रसायनों के संयोजन के लिए स्थिर है, या कुछ और। मैं केमिस्ट नहीं हूं, इसलिए मुझे नहीं पता कि यह कैसे काम करता है। लेकिन यह भी, मुझे लगता है कि मैंने आपके सवाल को गलत समझा, इसलिए मैंने इसे फिर से लिखा। अब और अधिक व्यावहारिक?

— फिल फ्रॉस्ट

आह-हा! हाल ही में आपके द्वारा किया गया वह संपादन वही है जिसकी मुझे तलाश थी! मुझे लगा कि यह नगण्य हो सकता है, लेकिन मेरे द्वारा पढ़े गए संसाधनों में से कोई भी इसे स्वीकार नहीं करता है।

— MER

@Gigglelot वास्तव में, आपको संभवतः यह एक इलेक्ट्रॉनिक्स पाठ्यपुस्तक में नहीं मिलेगा। आप इसे भौतिकी स्रोतों में पाएंगे। उपयोगी चीजें बनाने के बारे में स्रोत हैं, और ऐसे स्रोत हैं जो वास्तव में बताते हैं कि चीजें वास्तव में कैसे होती हैं, लेकिन दुर्भाग्य से, दोनों एक ही समय में कभी नहीं :)

— फिल फ्रॉस्ट

एक आखिरी सवाल। मैंने पढ़ा है कि एक व्यक्ति से ईएसडी आसानी से अधिक संवेदनशील घटकों को नष्ट कर सकता है। क्या विनाश "निरर्थक" चार्ज से उत्पन्न होता है जो आपके परिदृश्य में ऊपर वर्णित है, या क्या यह आपकी उंगली के इतने बड़े होने की वजह से है और इस तरह सर्किट को पूरा करने वाले डिवाइस के दोनों सिरों पर फैलने की संभावना है?

— MER

Answer 2

आगे यह मानकर चलता है कि बैटरी की क्षमता पृथ्वी की तुलना में अधिक है।

बैटरियों पर विद्युत शुल्क नहीं लिया जाता है ।

यदि बैटरी का एक टर्मिनल एक आदर्श जमीन (इलेक्ट्रिक चार्ज के लिए एक सही सिंक) से जुड़ा होता है और चार्ज जमीन से उस (टर्मिनल) से बाहर (या अंदर) प्रवाहित होते थे, तो बैटरी विद्युत चार्ज हो जाती थी।

लेकिन इससे सिस्टम की संभावित ऊर्जा कम होने के बजाय बढ़ेगी । *

इसे देखने का एक और तरीका यह है कि अगर, कहते हैं, इलेक्ट्रॉनों ने बैटरी को छोड़ दिया, तो बैटरी सकारात्मक रूप से चार्ज हो जाएगी जो जमीन से इलेक्ट्रॉनों को बैटरी में वापस आकर्षित करेगी ।

* सिस्टम की ऊर्जा को कम करने वाली ज्यामिति के आधार पर कुछ मिनट पुनर्वितरण हो सकते हैं।

Comments

चार्ज का आपका काल्पनिक परिदृश्य सिर्फ वापस बहने के लिए बहुत ही आकर्षक है। हालांकि, मुझे अभी भी इस तथ्य को समेटने में मुश्किल समय आ रहा है कि बैटरी का कोई शुद्ध शुल्क नहीं है, फिर भी एक समय में एक वोल्टेज की आपूर्ति कर सकता है। यदि बैटरी के सिरों के बीच एक विद्युत संभावित अंतर है, तो क्या यह अंत से अंत तक चार्ज ढाल नहीं है? एक ढाल का अर्थ है कि एक छोर पर एक चार्ज दूसरे छोर पर एक चार्ज की तुलना में अधिक सकारात्मक / नकारात्मक होगा। मुझे लगता है कि मैं देखता हूं कि नेट चार्ज शून्य है, लेकिन क्षेत्र का एक स्थानीय व्युत्पन्न एक नेट चार्ज प्रदर्शित करेगा।

— MER

@Gigglelot, एक बैटरी, रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से, एक टर्मिनल से इलेक्ट्रॉनों को हटाकर और दूसरे में इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर विद्युत आवेश को अलग करती है । जब एक बाहरी सर्किट (बंद रास्ता) बैटरी से जुड़ा होता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है क्योंकि अलग-अलग चार्ज उस सर्किट से एक टर्मिनल से दूसरे तक प्रवाहित होता है। यदि कोई बाहरी सर्किट नहीं है, तो कोई भी चार्ज जो बैटरी से या बैटरी से बहता है, बैटरी को शुद्ध विद्युत चार्ज के साथ छोड़ देता है।

— अल्फ्रेड सेंटॉरी

Answer 3

इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के पीछे क्या यह एक ही प्रमुख नहीं है (यद्यपि यह परिदृश्य संभावित रूप से इतने बड़े अंतर को लागू नहीं कर रहा है)

इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज केवल तभी हो सकता है जब हवा (या वैक्यूम या कुछ अन्य गैस) द्वारा लगाए गए अवरोध को पार (या माध्यम से) तोड़ने की पर्याप्त क्षमता हो।

यहाँ पासचेन के नियम की व्याख्या है। यह विभिन्न गैस के दबावों में विद्युत प्रवाह के कारण टर्मिनलों के बीच "गैप" के लिए आवश्यक टर्मिनल वोल्टेज से संबंधित है: -

ध्यान दें कि यदि आपकी बैटरी 100V से नीचे है, तो सबसे इष्टतम गैस (आर्गन) के लिए अधिकतम दबाव पर भी आप प्रवाह प्राप्त करने के लिए संघर्ष करेंगे। हालाँकि, यदि आपकी बैटरी के टर्मिनलों को आकार दिया गया है तो प्रवाह शुरू होने के लिए करंट लगने की बेहतर संभावना है। जब तक अनुरोध न किया जाए मैं इस उत्तर में उस मार्ग से नीचे नहीं जाऊंगा।

इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आपकी बैटरी को एक टर्मिनल पर रखा गया है या नहीं - यह बैटरी के पार संभावित अंतर (उर्फ वोल्टेज) है जो निर्धारित करता है कि यह हवा / गैस / वैक्यूम के माध्यम से निर्वहन करता है या नहीं।

Answer 4

यह सवाल मेरा भी वही सवाल है, जब मैं इलेक्ट्रॉनिक्स की पढ़ाई शुरू करता हूं।

1. आगे यह मानकर कि बैटरी की क्षमता पृथ्वी की तुलना में अधिक है, जब हम बैटरी में सिंगल टर्मिनल को जमीन से जोड़ते हैं तो कोई प्रवाह क्यों नहीं है?

सरल उत्तर, क्योंकि बैटरी एक गैल्वेनिक सेल है जिसे अपने टर्मिनलों से प्रवाह की अनुमति देने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। + और - टर्मिनलों के कनेक्शन के बिना, वहाँ कोई वर्तमान प्रवाह नहीं है।

बैटरी बिजली की तरह नहीं होती है जिसमें हवा और जमीन (पृथ्वी, मिट्टी) के बीच एक अलग क्षमता ( स्काई वोल्टेज ) होती है।

Answer 5

बैटरी में कोई नेट चार्ज नहीं है। एक बंद सर्किट में भी बैटरी पर शुद्ध आवेश शून्य होता है। हालाँकि जब बैटरी एक बंद सर्किट में जुड़ी होती है, तो इसका अर्थ है कि बैटरी के (+) और (-) टर्मिनलों के बीच एक प्रवाहकीय पथ स्थापित किया गया है , बैटरी के टर्मिनलों के बीच प्रवाहकीय पथ के माध्यम से आवेश वहन किया जाता है क्योंकि एक क्षमता है टर्मिनलों के बीच अंतर।

एक साधारण बैटरी के एकल टर्मिनल को पृथ्वी की प्रवाहकीय गंदगी से जोड़ना एक प्रवाहकीय वस्तु को जोड़ने के समान होगा जिसमें जमीन पर कोई शुद्ध प्रभार नहीं है; कुछ नहीं हुआ। केवल एक टर्मिनल को जमीन से जोड़ना एक लकड़ी के दराज में बैटरी को संचय करने के समान है (जमीन में टर्मिनल को छोड़कर इसे खराब होने की संभावना होगी)

यदि आप पृथ्वी में दोनों टर्मिनल को प्रवाहकीय गंदगी से जोड़ रहे थे, तो आपने सर्किट पूरा कर लिया है और चार्ज बैटरी के टर्मिनलों के बीच जमीन से बह जाएगा।

यदि आप कहते हैं कि आपके टर्मिनलों के बीच 3000 V संभावित अंतर के साथ एक बैटरी थी, और एक टर्मिनल को पृथ्वी के प्रवाहकीय गंदगी से जोड़ा और दूसरे टर्मिनल और जमीन के बीच अधिकतम 1 मिमी का वायु अंतराल बनाए रखा, तो हवा संभवतः टूट जाएगी और सर्किट को पूरा करेगी। (बैटरी टर्मिनल, पृथ्वी, आयनित हवा, अन्य बैटरी टर्मिनल) वर्तमान को बैटरी के टर्मिनलों के बीच प्रवाह करने की अनुमति देता है।