Warum leitet die Erdungsverbindung keinen Strom ab?

Dies scheint eine Frage zu sein, die in Foren mehrfach gestellt wurde. Ich habe das Problem recherchiert, konnte aber immer noch keine Antwort finden, die ich zumindest intuitiv verstehen kann. Warum gibt es in dieser einfachen Schaltung keinen Stromverlust zur Erde? Gehen Sie davon aus, dass es sich um eine echte Masseverbindung handelt (z. B. eine Stange in der Erde).

Update: Ich gebe unten recherchierte Antworten, aber nicht als einzige Optionen. Ich bin mit keinem von ihnen zufrieden und erkläre, warum. Ich hoffe also auf eine Ausarbeitung oder eine alternative Antwort.

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Die Antworten, die ich gefunden habe: -

  1. Hier gibt es bei nur einer Masseverbindung keinen Stromkreis, durch den der Strom fließen kann. Es kann nicht „auf“ den Boden fließen, weil es nirgendwo hinfließen kann. Es gibt keinen Unterschied zwischen Erde und einem Draht, der im Wind baumelt. Damit Strom fließen kann, muss jedoch eine Potentialdifferenz vorhanden sein. Und weil die Masse und der Batterierückleiter das gleiche Potential haben - warum sollte der Strom lieber gezielt zum Rückleiter fließen. Besonders berücksichtigt, dass die Erde alle von der Batterie erzeugten Elektronen aufnehmen kann (im Gegensatz zu beispielsweise einem Stück Draht).

  2. Hier ist die Erde kein guter Leiter, und während sie parallel zum Dienst verläuft, ist die Strommenge, die durch die Erde zurückfließt, so gering, dass sie praktisch Null ist. Erstens impliziert diese Antwort, dass ein Leck auftritt, das nur vom Erdwiderstand abhängt . Auch verstehe ich nicht welcher Widerstand berücksichtigt wird. Wo wird gemessen? Ich denke, die Antwort bezieht sich auch auf die mehrfache Verbindung des Stromkreises mit der Erde.

Also kann jemand eine echte physikalische Erklärung dafür geben?

1) Falls ein Potentialunterschied besteht, wird dieser sofort nach dem Anschluss ausgeglichen. Also ja, es würde einen sofortigen Strom geben. 2) Ich denke, es ist keine Antwort.
@EugenSch. Die Frage warum sollte es dann aufhören. Der Stromfluss kann wahlweise zur Masse oder zum Rückleiter führen. Beide mit gleichem Potential. Warum wird die zweite bevorzugt?
2) ist eher auf die AC-Netzsituation anwendbar, in der es zu Leckagen und / oder kapazitiven Kopplungen zur Erde kommen kann, die dazu führen, dass kleine (AC!) Ströme fließen. Aber Ihr Beispiel ist DC, also trifft 2) einfach nicht zu.
@Bimpelrekkie Also, was ist die richtige Antwort?
Ich sage, dass 2 nicht zutrifft, also .....
Ground und Return sind derselbe Punkt .
@EugenSch. Wenn sie gleich sind, warum fließt kein Strom zur Erde.
Drehen wir das um, warum sollte der Strom in den Boden fließen? Was würde passieren, wenn es so wäre? Wie würden Sie diesen Strom in den Boden fließen lassen? Würde es einen Elektronenstrom geben, der vom Stromkreis in den Boden geht? Ist das nachhaltig?
@Bimpelrekkie Es wird einfach dorthin fließen. Teilweise (die Hälfte des Stroms) zur Rückleitung, um die Batterie am Laufen zu halten, und teilweise (eine andere Hälfte) zur Erde.
Der Strom fließt nur zwischen Punkten mit einer Potentialdifferenz. Um eine Potentialdifferenz über die Zeit aufrechtzuerhalten , benötigen Sie einen geschlossenen Stromkreis. Wenn Sie einen Potentialunterschied im offenen Stromkreis haben, wird dieser nach kurzer Zeit ausgeglichen. Das ist es. Der Weg zum Boden ist offen. Der Weg zur Batterie ist geschlossen.
@EugenSch. Das Elektron, das die Masseverbindung erreicht, weiß nicht, in welcher Richtung der Stromkreis geschlossen oder offen ist. Es fließt zu den niedrigsten Potentialen. Beide Wege haben das gleiche Potenzial.
Es wird nur dort fließen. Teilweise (die Hälfte des Stroms) zur Rückleitung, um die Batterie am Laufen zu halten, und teilweise (eine andere Hälfte) zur Erde. Das stimmt wirklich nicht. Strom fließt in Schleifen und kann sich nicht auf halbem Weg zu einem anderen Ort aufteilen, ohne zurückzukehren.
Aber wenn das Elektron Erde wählt, wird die Erde negativ geladen, was es für das Elektron schwieriger macht , dorthin zu gelangen. Also wird es nicht.
@Boris Ja. Stellen Sie sich nun vor, das Elektron "wählt" den falschen Weg und geht zur Erde. Jetzt hat sich das Potential der Erde geändert! Das nächste Elektron wird also in die andere Richtung gehen, bis die Potentiale wieder gleich sind.
@Bimpelrekkie Die ganze Idee des Bodens ist, dass er nicht aufgeladen werden kann.
@ Boris Es ist relativ. Der Stromkreis wird also „entladen“ (oder „entladen?“), wenn Sie möchten
Die ganze Idee des Bodens ist, dass er nicht aufgeladen werden kann. Unsinn , wenn ich einen Metallgegenstand auflade, wird der Boden entladen. Die Gesamtladungssumme muss konstant bleiben.
@Bimpelrekkie en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricity) Ein "Boden" wird normalerweise als unendliche Quelle oder Senke für Ladung idealisiert, die eine unbegrenzte Strommenge aufnehmen kann, ohne ihr Potenzial zu ändern
Strom, ohne sein Potenzial zu verändern Das ist richtig und ich habe auch recht, warum ist das so? Da die Erde viel viel größer ist als mein Objekt, macht die Ladungsverschiebung auf der ganzen Erde kaum einen Unterschied, aber auf meinem kleinen Objekt.
Ohnehin. Kehren wir zu unserer bevorzugten Wasser-und-Rohr-Analogie zurück. Betrachten Sie die Batterie als Pumpe und den Boden als Reservoir mit einem sehr hohen (oder niedrigen oder was auch immer) Wasserdruck. Wird durch das Anschließen des geschlossenen Rohr-/Pumpenkreislaufs ein Wasserfluss zu/von diesem Reservoir verursacht?
die unbegrenzt viel Strom aufnehmen kann, ohne ihr Potenzial zu verändern. Und woher kommt diese Ladung? Wird es irgendwo hergestellt? Nein, Ladung ist ein Elektron, das seinem Atom weggenommen wurde, oder ein Atom, dem ein Elektron weggenommen wurde (Ion).
Was genau verstehst du nicht? Meine Antwort geht davon aus, dass Sie die Schaltung wie gezeichnet haben. Der von @Trevor erkennt, dass es in der realen Welt parasitäre Komponenten gibt, die nicht auf dem Schaltplan dargestellt sind. Beides ist richtig, wenn man es im beabsichtigten Sinne versteht. Bitte erläutern Sie, wo Sie weiteren Klärungsbedarf haben.
@Bori Du hast recht. Aufgrund der zufälligen Bewegung von Elektronen tritt ein Elektronenleck aus Ihrem Stromkreis aus. Dies wird jedoch durch die gleiche Anzahl von Elektronen aufgehoben, die auch in Ihren Stromkreis fließen. Es fließt kein Strom, weil es keinen Netto -Elektronenfluss gibt, da die Erde und der Minuspol der Batterie auf dem gleichen Spannungspotential liegen.
@jstarr warum würden Elektronen zurückkehren? Es gibt eine EMF, die Ladungen von + nach - durch den Draht drückt. Die Frage ist, warum es ihn zur Rückkehr und nicht zu Boden drängt. Beide Pfade liegen auf dem gleichen Potential
@ Boris, nein, sie haben nicht dasselbe Potenzial, und selbst wenn dies der Fall wäre, ist die Unterseite der Batterie in Bezug auf die Oberseite negativ und die Elektronen bewegen sich von unten nach oben durch den Stromkreis. Es werden keine zusätzlichen Elektronen hinzugefügt oder aus dem Stromkreis entfernt, wie dies der Fall wäre, wenn etwas die Masseverbindung kreuzen würde.
Hier müssen viele verbogene Pfennige drin sein. Keiner von ihnen scheint zu fallen. Das sagt mir, dass das OP ein grundlegendes Konzept falsch im Kopf hat, das nicht beantwortet wird, bis wir wissen, was es ist.
Bei der Frage "2" geht es darum, wann Sie zwei Masseverbindungen haben.

Antworten (4)

In Wirklichkeit gibt es Strom in der Masseverbindung, aber nicht genug, um über dem Umgebungsgeräuschpegel zu messen.

Unten ist Ihr Ersatzschaltbild.

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ZUSATZ

Daher ignorieren wir normalerweise diesen Leckstrom in Gleichstromkreisen. Lassen Sie uns Ihre Frage also auf eine andere Weise betrachten.

Überlegen Sie für den Moment, was passieren würde, wenn ein Elektron durch diesen "Abfluss" auf Masse fallen würde. Was passiert mit dem Rest der Schaltung?

Plötzlich wird es ein fehlendes Elektron haben und eine positive Nettoladung haben. Der Boden hat jetzt ein zusätzliches Elektron und eine negative Nettoladung. Das bedeutet, dass am Erdungskabel eine Gegenspannung anliegt, die das Elektron sofort dazu bringt, in den Stromkreis zurückzukehren.

Das Gegenteil würde passieren, wenn irgendwie ein zusätzliches Elektron aus der Erde ankommen würde. Die Schaltung würde auf negativem Potential liegen und Masse wäre positiv. Das besuchende Elektron würde sofort abgestoßen.

Tatsächlich ist es diese Rückstellkraft, die die Elektronen daran hindert, die Verbindung überhaupt zu überqueren. Es ist ein sich selbst stabilisierender Zustand.

Hmmm - ich bin mir nicht sicher über die Genauigkeit Ihres 1e16-Widerstands ...
@Trevor Luftwiderstand? Und wenn der Kreislauf im Vakuum eingeschlossen ist? Und nur das Erdungskabel "durchdringt" die Vakuumkammer.
@brhans ya, das war eine sehr grobe Annäherung und wird stark variieren ... es ist jedoch der Exponent, der wichtig ist ... riesig # = b.all current;) Die Dinge ändern sich jedoch stark, wenn es sich um eine hochfrequente Spannungsquelle handelt.
@Boris in der Tat, in einem Vakuum hast du immer noch eine Impedanz ... aber es wird kompliziert.
@Boris, der Punkt ist, dass Sie eine Schleife zurück zu einem höheren Potenzial benötigen, damit Strom durch diesen Draht fließen kann. Jetzt erhalten Sie eine Schleife, sei es durch Luftleckage oder die Impedanz eines Vakuums, aber der Strom, der durch diese Schleife fließt, ist so gering, dass Sie ihn für einen Gleichstromkreis als Null annehmen können. Eine Hochfrequenzstromquelle wäre jedoch anders.
@Trevor Ich denke, damit Strom fließt, muss es einen Potentialunterschied geben. Zeitraum. Die Schleife wird von jedem vernünftigen EMF-erzeugenden Gerät benötigt, um diese Potentialdifferenz aufrechtzuerhalten.
@Boris das ist richtig, damit Strom fließt, braucht man zwei Dinge, eine Schleife und eine Potentialdifferenz.
Ich sehe hier immer noch keinen Erdstrom. Als R A ich R ist parallel zu R 2 Es gibt also keinen Strom in der Erde. Wenn Sie zwei separate Erdungsanschlüsse hätten, könnte etwas Strom aus dem einen fließen, aber in den anderen zurückfließen, da der Strom aus der Batterie ebenfalls hineinfließen müsste, um ein Brechen des aktuellen Kirchhoff-Gesetzes zu vermeiden.
@WarrenHill spielt keine Rolle. Der Ableitwiderstand von der Oberseite der Batterie durch Luft und zurück durch Erde zur Unterseite der Batterie ist vorhanden. Es mag vernachlässigbar sein, aber es ist immer noch da. Die Kirchoffschen Gesetze gelten immer noch.
@Trevor Ich weiß, dass ich hier pedantisch bin, aber dies gilt nur, wenn es separate Erdungen gibt, bei denen die Spannung von der Oberseite der Batterie über die Luft einen Weg zur Erde findet. Erfreulicherweise ist dies vernachlässigbar und der Boden wie R A ich R es ist sehr groß. Diese Masseverbindung ist nicht unbedingt vorgesehen, sondern kann beispielsweise das geerdete Gehäuse eines in der Nähe befindlichen Computers sein. aber dieser Strom muss durch die absichtliche Erdverbindung oder über einen anderen Weg zurückkehren, um sicherzustellen, dass wir KCL nicht brechen. Der Strom aus der Batterie muss gleich seinem Rückstrom sein.
@Trevor Ich würde Ihre Antwort akzeptieren, da es bei zwei Verbindungen einen alternativen Rückweg gibt
@WarrenHill ja, es gibt tatsächlich eine Vielzahl von Pfaden mit hoher Impedanz. Da das OP jedoch speziell nach Strom in seiner harten Verbindung zur Erde fragt, ist dies die einzige, die ich hier erwähnen möchte. und ja, in Wirklichkeit wird die Spitze der Batterie zurück zu diesem Kabel zahlreiche Wege genommen haben, um dorthin zu gelangen, von denen einige über diese Erdverbindung kommen ... aber das ist für die Frage nicht relevant.

Dies erklärt Kirchhoff . Er hat zwei Gesetze: das Spannungsgesetz und das Stromgesetz.

Ich werde das Spannungsgesetz nicht erklären, da dies nicht Ihre Frage ist, aber das aktuelle Gesetz besagt einfach:

Die Summe aller Ströme in einen Knoten ist Null

Alternative:

Die Summe aller Ströme aus einem Knoten ist Null

Im Fall Ihrer einfachen Schaltung bedeutet dies, dass der Strom ICH 1 Der Strom, der oben aus Ihrer Batterie fließt, entspricht dem Strom ICH 2 fließt in die Batterie.

Da die Batterie und der Widerstand mit dem Widerstand in Reihe geschaltet sind, fließt der Strom über den Widerstand in den unteren Knoten ICH 1 .

Nennen wir den zur Erde fließenden Strom ICH 3 .

ICH 3 = ICH 1 − ICH 2 = 0 seit ICH 1 = ICH 2 .

Ich bin mir nicht sicher, ob Kirchhoff hier anwendbar ist, da das Hinzufügen von Erdverbindungen die Annahme des "konzentrierten Elementmodells" unterbricht, auf das Kirchhoff anwendbar ist. Besonders die zweite Annahme über die konstante Ladung als Erde lässt die Ladung effektiv aus dem Stromkreis „verschwinden“.

In der Schaltung aus Ihrer Frage ist die Erdungsverbindungsfunktion ein Bezugspunkt, dh ein Nullpotentialpunkt. Ab diesem Punkt können Sie alle Spannungen in Schaltungsknoten angeben. Es ist eine Annehmlichkeit für die Analyse, sagen wir, Knotenmethode.

Es besteht keine Beziehung zum Strom. Ist eine Konvention, um einen Knoten als Nullpotentialknoten zuzuweisen.

Ich habe ausdrücklich erwähnt, dass es kein Bezugspunkt ist. Aber echte Masseverbindung.

Warum gibt es in dieser einfachen Schaltung keinen Stromverlust zur Erde? Gehen Sie davon aus, dass es sich um eine echte Masseverbindung handelt (z. B. eine Stange in der Erde).

Der Schaltplan zeigt keine Elemente, die einen Stromfluss gegen Masse bewirken würden. Wenn Strom zum Erdungsknoten fließt, ist er positiv? Negativ? Klimaanlage? Gleichstrom?

Einfach ausgedrückt erzeugt diese Schaltung keinen Stromausgang, es sei denn, es gibt andere Schaltungselemente, die nicht gezeigt sind. Wenn es eine Gewitterwolke und Blitzeinschläge gibt, wird es einen Strom zum Boden geben. Das ist jedoch nicht Teil des Schaltplans, also nicht Teil der Gleichung. Somit bleibt uns der vorhergesagte „Null“-Strom.

Warum leitet die Erdungsverbindung keinen Strom ab?
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