Würden Funken fliegen, wenn ein Raumschiff angegriffen wird?

Die Frage hat sich geändert, also muss sich auch meine Antwort ändern

Alles mit Niederspannung zu betreiben, ist eine Möglichkeit, Funken zu minimieren, aber nicht die einzige Möglichkeit.

• Entwerfen Sie einen Großteil der Infrastruktur (Schränke, Schotte usw.) aus einem elektrischen Isolator wie Kunststoff.

• Alles erden. Das bedeutet, das Gehäuse um alles Elektrische herum mit geerdetem leitendem Material zu plattieren. Dadurch wird der Strom abgeführt. Sie tun dies heute zum Beispiel mit Lichtschaltern, um den Benutzer besser zu schützen. Der Strom geht woanders hin als in den Verbraucher.

• Unterbrechen Sie die Stromversorgung mit hochempfindlichen Unterbrechern im GFCI-Stil, sodass jeder Stromfluss, der außerhalb des für den Stromkreis erwarteten Bereichs liegt, sofort abgeschaltet wird.

• Erkenne schließlich, dass du nicht alle Funken aufhalten kannst. Funken sind mehr als die Ionisation von Luft. Sie sind auch überhitzte Teile des Leiters und der umgebenden Materialien . Wo Strom ist, da funkelt es (schlurfen Sie mit den Füßen auf dem Boden und berühren Sie Ihren Freund. Ihr Freund wird es vielleicht nicht zu schätzen wissen, aber es wird sehr lehrreich sein).

Staubsauger werden aus einem bestimmten Grund nicht mit 5-V-Versorgungen betrieben.

Sie irren sich, dass Sie die Betriebsspannung von allem reduzieren können, um ein Shangri-La mit funkenfreiem Stromverbrauch zu erzeugen. Die Beleuchtung ist ein gutes Beispiel. Sie können einen kleinen Raum mit wenigen Volt ausreichend beleuchten, aber ein großer Raum benötigt Hunderte, sogar Tausende von Volt, um die Anzahl der erforderlichen Photonen zu erzeugen. Denken Sie daran, dass LEDs sehr gut darin sind, einige hochenergetische Photonen zu erzeugen. Deshalb eignen sie sich hervorragend für Straßensignale und Bremslichter. Sie sind (noch) miserabel darin, viele energiearme Photonen zu produzieren, was die Umgebungsbeleuchtung erfordert. Raumfüllende LED-Leuchten benötigen mehr als 5V.

Dann gibt es alles, was einen Motor jeglicher Art erfordert. Sie können (im übertragenen Sinne) den gesamten gewünschten Strom in einen Niederspannungsmotor leiten, und das Drehmoment ist so niedrig, dass Sie ihn mit Ihrer Hand stoppen können. Mehr Spannung, mehr Drehmoment, mehr Fähigkeit, das Auto zu bewegen, den Boden zu saugen, das Metall zu fräsen usw.

Und das setzt voraus, dass Ihre Stromverteilung nicht darauf ausgelegt ist, große Strommengen bei hohen Spannungen zu bewegen. Der Grund, warum Fernstromleitungen Hunderttausende von Volt verbrauchen, ist, dass sie den Leistungsverlust und die Menge an Kabeln minimieren, die zum Führen der Ampere benötigt werden (Leistung = Strom (Ampere) x Spannung (Volt)). Das Display auf der Armlehne Ihres Kapitäns benötigt möglicherweise nur 5 V @ 2 A, um zu funktionieren, aber alle Displays und alle Bedienelemente auf der Brücke würden 5 V @ 100 oder 1000 A benötigen. Plötzlich könnte es sinnvoll sein, die Energie in die Brücke zu leiten 10.000 Volt, wodurch der Strom auf 0,01 bis 0,001 Ampere reduziert wird und die Drahtgröße erheblich reduziert wird.

Und du würdest auch Funken bekommen.

Und dies ignoriert die Tatsache, dass sich hinter diesen 5-V-Displays möglicherweise Hochenergieleitungen befinden, um Heizungen (Hochspannung), Lüfter (Hochspannung), Wasser- und Abwasserpumpen (Hochspannung), die Motoren, Waffen, Kommunikation und wer zu betreiben weiß was noch. Der Glaube, dass alles auf 12 V oder 5 V gesenkt werden kann, ist ungeheuer falsch.

Ein Beispiel aus dem wirklichen Leben: Vor langer Zeit arbeitete ich als Ingenieur für Signetics Corp und baute Kommunikationsschnittstellenchips für Satelliten. Ein Chip, den ich entworfen habe, ein 32-Bit-Puffer (im Grunde ein Signalverstärker), wurde mit einer viel zu kleinen "Masseebene" entworfen. Die Masseebene ist im Grunde die Metallplatte, auf die ungenutzte Elektrizität abgeladen wurde, wie das weiße Kabel, das in der US-Hausverkabelung verwendet wird. Als alle 32 Bits gleichzeitig von High auf Low wechselten, erlitt der Chip einen katastrophalen Ausfall: Er explodierte buchstäblich. Mir wurde gesagt, dass die Techniker die Zeit ihres Lebens hatten, als sie meine erste Ladung Chips in die Luft jagten. Wie viel Volt wurden verwendet? EINER!

Während die Verwendung von Wasser als Metapher für Elektrizität stark vereinfacht ist, ist es nützlich für diejenigen, die keinen Ingenieurshintergrund in Elektrizität haben.

• Spannung = die Geschwindigkeit des Wassers, das durch einen Kanal fließt.

• Strömung = die Wassermenge, die durch einen Kanal fließt.

• Draht = der Kanal.

Es gibt nur so viel Wasser, dass Sie durch einen Kanal drücken können, bevor er überläuft. Das Überlaufen eines Kanals bedeutet, dass die Farm ausgewaschen und der Bauer und seine Hühner getötet werden, daher ist ein Überlaufen des Kanals (z. B. zu viel Strom in einem Kabel, Beschädigung des Kabels durch Hitze) schlecht.

Schaufelräder sind nützlich für die Arbeit. Einige Schaufelräder sind leicht, sie drehen einen kleinen Ventilator, um die Hühner kühl zu halten. Es spielt fast keine Rolle, wie viel Wasser vorhanden ist, da das Schaufelrad leicht und einfach zu drehen ist. Was wirklich zählt, ist die Geschwindigkeit des Wassers (Spannung). Zu wenig Geschwindigkeit und das Rad dreht sich nicht und die Hühner sterben an Hitzschlag. Zu viel Geschwindigkeit und das Fett auf der Achse brennt weg und bricht das Schaufelrad (was sowohl die Hühner als auch den kleinen Waisenjungen tötet, der Eier sammelt). Sie brauchen die richtige Geschwindigkeit, um das Rad effizient zu drehen.

Ein großes Schaufelrad braucht jedoch sowohl Geschwindigkeit als auch Volumen. Das große Rad des Bauernhofs wird verwendet, um den Mahlstein für Mehl zu drehen, und treibt durch Schalten ein wirklich ordentliches Werkzeug an, das für die schnelle Holz- und Metallverarbeitung stanzt, bohrt, sägt und hämmert. Wie beim leichten Rad muss die richtige Geschwindigkeit vorhanden sein, um das Rad zu drehen, aber Sie brauchen auch Lautstärke, oder das Rad sitzt einfach da und wird nass.

Im wirklichen Leben verbraucht eine Schaltung nur so viel Strom, wie sie benötigt, aber zu wenig Spannung und die Schaltung funktioniert nicht oder zu viel Spannung und die Schaltung brennt durch. Siehe mein Beispiel aus dem wirklichen Leben oben.

Das Getriebe (in der Welt der Elektrizität als Transformator bezeichnet ) ermöglicht es uns, die Art der Wasserquelle zu kompensieren, die wir haben. Wir haben einen großen Kanal, zu dem die gesamte Gemeinde Zugang hat, aber wir wollen ein leichtes Rad mit einer höheren Geschwindigkeit fahren, als der große, aber langsam fließende Kanal bieten kann. Also benutzen wir Zahnräder, um das kleine Rad zu beschleunigen. JEDOCH kann man mit einem kleinen, aber sich schnell bewegenden Kanal nur begrenzt viel anfangen. Jeder, der seine Einfahrt mit einem Gartenschlauch gereinigt hat, weiß, dass ein wenig Wasser mit hohem Druck den Schmutz bewegt, oft besser als viel Wasser mit niedrigem Druck – aber Sie können auf diese Weise keinen großen Stein bewegen. Man braucht viel Wasser, um einen Stein zu verdrängen. Das Gleiche gilt grundsätzlich für Strom.

Wie Sie sehen können, geht es nicht nur um Spannung. Wenn dies der Fall wäre, könnten Sie (wie Sie vorschlagen) die Schaltkreise einfach für eine niedrigere Spannung entwerfen und loslegen, keine Funken, alle sind in Sicherheit. In Wirklichkeit dreht sich alles um Leistung (P = I * V). Manchmal kommt man mit dem riesigen Draht, den man für ein großes „I“ braucht, nicht zurecht, weil man ein kleines „V“ haben möchte. Dies bedeutet zunehmendes "V" und das bedeutet Funken.

FÜR DAS RECORD: All diese coolen Hollywood-Effekte dienen Ihrer Unterhaltung und spiegeln in keiner Weise, Form oder Form die Realität wider. Sie überschütten ihre Schauspieler nicht mit elektrischen Funken, sie verwenden Pyrotechnik – besser bekannt als Feuerwerk – um den Moment dramatischer zu machen. Als Apollo 1 kurzgeschlossen wurde, die reine Sauerstoffatmosphäre der Kabine entzündete und die Astronauten tötete, gab es einen Funken, gefolgt von einer Kaskade von Problemen ohne Funken. So funktioniert Strom ... und versagt ....

Spannung ist nicht die Hauptüberlegung bei der elektrischen Verkabelung. Strom und Leistung sind. Wenn ich einen Computer habe, der 500 W verbraucht, und ihn mit 5 V betreibe, benötige ich 100 Ampere. Nachdem ich an einem Roboter gearbeitet habe, der unter Last mit etwa 100 Ampere läuft, kann ich erwähnen, dass Sie etwa einen Zentimeter dicken Draht benötigen würden. Das wird auf einem Raumschiff viel wiegen und kosten. Warum so dick? Um den Widerstand im Draht zu verringern, wodurch der Energieverlust/die Wärmeentwicklung reduziert und ein Durchbrennen unter Last verhindert wird. Für alles, was größer als ein Laptop oder eine Schreibtischlampe ist, benötigen Sie also höhere Spannungen. (Der Leistungsverlust durch den Widerstand ist nur eine Funktion des Stroms, daher haben höhere Spannungen bei gleicher Leistung weniger Verluste. Aus diesem Grund sind Fernleitungen Hochspannungen.)

Außerdem können Sie Funken von überraschend niedrigen Spannungen bekommen. Als Kind hatte ich großen Spaß daran, kurzlebige Kohlebogenlampen herzustellen, die mit 12 V Gleichstrom betrieben wurden.

Es gibt noch einen weiteren Effekt, den Sie kennen sollten: Flyback. Wenn Sie einen Motor haben, der glücklich mit 12 V läuft, und plötzlich den Stecker herausziehen, kann die Induktivität in den Motorspulen eine große Spannung erzeugen (nicht wegen der Motorbewegung, sondern wegen des Zusammenbruchs des Spulenmagnetfelds). Wie viel? Hängt davon ab, wie schnell Sie den Stecker gezogen haben und wie groß der Motor ist. Als Referenz habe ich mir selbst einen bösen Schock versetzt, indem ich einen schlecht (selbst) entworfenen Motortreiber für einen 12-V-Akku-Bohrmotor gebaut habe. Ich hatte keine Flyback-Diode, der FET war auf Tausende von Volt ausgelegt (damit er nicht durchbrannte), sodass der Kühlkörper beim PWM-Betrieb des Motors wahrscheinlich auf ein paar hundert Volt geschaltet wurde - genug um mir eine schöne Überraschung zu bereiten, wenn ich es berührte! Wenn Sie einen größeren Motor hätten, könnten Sie sogar mit einer 12-VDC-Versorgung problemlos in den kv-Bereich gelangen.

Außerdem wird für Funken kein Strom benötigt. Für Lichtbögen wird Strom benötigt. Bei einem Lichtbogen wird die Luft in ein Plasma verwandelt, ein Funke ist ein kleines glühend heißes Ding. Sie können Funken erzeugen, indem Sie Steine ​​​​zusammenschlagen oder Stahl auf einem angetriebenen Schleifstein schleifen. Das Ferrocerium in einem Feuerzeug erzeugt Funken durch die Kraft Ihres Daumens. Wenn Sie ein Stück Stahl schnell genug in zwei Hälften ziehen, erzeugen Sie Wärme und können einige "Funken" bekommen.

Aber warum erzeugen Bedienfelder in Filmen Funken, wenn das Raumschiff getroffen wird? Es ist die Regel der Coolness [TVtropes-Link einfügen]

Das Problem ist, dass "USB heute 5 V hat und im Grunde alles ausführen kann" , und diese Aussage nicht einmal annähernd wahr ist. USB läuft für einige Ladekonfigurationen mit 5 Volt mit einem Maximum von etwa 2 Ampere, also einer maximalen Leistung von ~ 10 Watt, selbst wenn Sie es auf 12 V erhöhen, sehen Sie immer noch weniger als 100 Watt bei einer vernünftigen Amperezahl. Die meisten Geräte "arbeiten" heutzutage mit USB-Strom, indem sie leistungsstarke Bordbatterien über Stunden aufladen (was andere Sicherheitsbedenken hat). Diese Leistungsniveaus werden nicht ausreichen, um heute einen leistungsstarken Computer oder einen großen Bildschirm zu betreiben und holografische Schnittstellen oder Supercomputer der Zukunft zu vergessen.

Das extreme Ende davon ist die Star-Trek-Route, eine Plasmaleitung direkt zu jedem Arbeitsplatz zu führen, wahrscheinlich übertrieben, und es hat definitiv die Gefahren aufgezeigt, hohe Leistung neben dem Arbeitsplatz zu betreiben, aber es hat die Flexibilität und den Komfort, mehr als zu bieten genug Leistung, um alles zu betreiben, was das Besatzungsmitglied möchte, einschließlich Gegenstände mit hohem Stromverbrauch wie das Aufladen eines Phasers oder das Betreiben eines Replikators.

Also ja, Sie könnten sich wahrscheinlich für sicherere Steuerungen und Schnittstellen mit geringem Stromverbrauch entscheiden, aber es wird Grenzen geben: sehr kleine Bildschirme, begrenzte lokale Rechenleistung, keine Ladegeräte usw.; und vergessen Sie alle zukünftigen Technologien, wie das Ausführen eines Holo-Decks, des Hauptbildschirms, der Laufwerksüberwachung, der Navigationssoftware usw.