アースに接続された電圧源の単一端子

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これは、電子工学の研究を始めたとき、私が苦労し続けている概念的な質問です。

バッテリーがあり、その端子の1つが導電性の高いアースの素敵なパッチに直接接続されているとします。さらに、バッテリーの電位が地球の電位より大きいと仮定します。これは閉回路ではないことに気づきましたが、なぜバッテリーから地球への充電の流れがないのでしょうか？バッテリー内の電子の量を排出させる、または少なくとも地球とバッテリー間の電位が同じになるポイントまで減少させる電位が存在しませんか？これは、静電放電の背後にある原理と同じではありませんか（このシナリオは、電位のそのような大きな違いを意味していませんが？）

私はここで、groundsを参照するelectronics.stackexchangeに関する他のすべての回答を読みましたが、まだ満足していません。

voltage batteries ground

— MER
ソース

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質問を正しく理解できれば、この問題を実証するためにバッテリーは必要ありません。あなたが持っていると言う任意のいくつかで、オブジェクトを潜在的な。次に、他の可能性に接続します。電流は流れますか？それが金属の立方体で、地球のポテンシャルにプラス1ボルトであるとしましょう。その後、突然地球に接続されました。

概略図

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

短い答え：電流は流れません。電流が流れる回路はありません。

しかし、これは分析を単純化するために行われた概算です。私たちは、重要な事実を無視している：すべては、いくつか持っている容量をすべて他を。金属立方体はコンデンサーの一方のプレートであり、地球はもう一方のプレートです。したがって、回路は実際にはこれです：

概略図

^{この回路をシミュレート}

この場合、V1が急に0Vになると電流が流れます。流れる総電荷は、非常に小さい静電容量依存します。たぶんそれでも静電容量と電圧の積は充電であることがわかります。 $C$ $1fF$

C V = Q

$CV = Q$

$1V$ $0V$ $C$ $1fF$

1 f F \cdot - 1 V = - 1 f C

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

これは非常に小さな電荷であり、実際の回路にとって重要ではありません。

$V_1$ $C$

私 = C \frac{d v}{d t}

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

では、これはESDとどのように関係しているのでしょうか？

ESDは、2つのものの間の潜在的な差がそれらの間の絶縁を破壊するのに十分大きい場合に得られるものです。通常、その断熱材は空気です。これにかかる電圧は多くの要因に依存し、私は専門家ではありませんが、キロボルトで測定された差について話しています。

$CV=Q$

V = \frac{Q}{C}

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

$C$ $Q$

$1V$

$10V$

— フィル・フロスト
ソース

それで、バッテリーがその電圧を維持する方法は、端から端まで移動する単位電荷の線積分が常に同じになるように、その構造内の静電界を一定に保つことによるのですか？しかし、アーク放電はどうですか？その場合、明らかな閉回路はなく、少なくとも私が見ることができるものはありません。

— MER 2013

@ギグルロットはい。基本的には、バッテリーなどの化学物質のレドックス電位と関係があります。これは、特定の化学物質の組み合わせなどで一定です。私は化学者ではないので、それがどのように機能するのか正確にはわかりません。でも、あなたの質問を誤解したと思いますので、書き直しました。もっと洞察力がありますか？

— Phil Frost

あはは！あなたが最近行った編集はまさに私が探していたものです！私はそれが無視できるかもしれないと思ったが、私が読んでいたリソースのどれもそれを認めさえしなかった。

— MER 2013

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@Gigglelot確かに、あなたはおそらくこれを電子工学の教科書では見つけられないでしょう。しかし、物理学のソースでそれを見つけるでしょう。有用なものを作ることについての情報源と、物事が実際にどのように発生するかを正確に説明する情報源がありますが、残念ながら同時に両方を同時に行うことはできません:)

— Phil Frost

最後の質問です。人からのESDはより敏感なコンポーネントを簡単に破壊する可能性があることを読んだことがあります。破壊は、シナリオで上記のように流れる「わずかな」電荷から生じますか、それとも指が非常に大きく、デバイスの両端を横切って伸びているために回路が完成しているためですか？

— MER 2013

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さらに、バッテリーの電位が地球の電位より大きいと仮定します。

バッテリーは充電されていません。

バッテリーの1つの端子が理想的なアース（電荷の完全なシンク）に接続されており、その端子から（またはターミナルに）充電が流れると、バッテリーは充電されます。

しかし、これは考え増やすシステムのポテンシャルエネルギーをよりむしろ減少し、それを。*

これを確認するもう1つの方法は、たとえば、電子がバッテリーを離れた場合、バッテリーは正に充電され、電子を地面からバッテリーに引き戻すことです。

*システムのエネルギーを低下させるジオメトリによっては、電荷が少し再分配される場合があります。

— アルフレッドケンタウリ
ソース

逆流するだけのために充電を離れるという架空のシナリオは、非常に明確です。しかし、私はまだバッテリーが正味充電されていないという事実を調整するのに苦労していますが、同時に電圧を供給することができます。バッテリーの両端に電位差がある場合、これは端から端までの充電勾配を意味するのではないですか？勾配は、一方の端の電荷が他方の端の電荷よりも正/負になることを意味します。したがって、正味電荷はゼロであることがわかりますが、フィールドの局所導関数は正味電荷を示します。

— MER 2013

バッテリーである@Gigglelotは、化学反応を介して、一方の端子から電子を取り除き、もう一方の端子に電子を追加することによって電荷を分離します。電池に外部回路（閉路）を接続すると、分離した電荷がその回路を介して一方の端子から他方の端子に流れるため、化学反応が進行します。外部回路がない場合、バッテリーからまたはバッテリーに流れる電荷は、バッテリーから正味の電荷を残します。

— アルフレッドケンタウリ2013

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これは、静電放電の背後にある原理と同じではありませんか（このシナリオは、電位のそのような大きな違いを意味していませんが？）

静電放電は、空気（または真空またはその他のガス）によって課されたバリアを突破する（または突破する）可能性がある場合にのみ発生します。

これがパッシェンの法則の説明です。これは、さまざまなガス圧で電気アークが電流を流すために必要な端子電圧対端子間の「ギャップ」に関連しています。-

ここに画像の説明を入力してください

バッテリーが100V未満の場合、最適なガス（アルゴン）に最適な圧力であっても、電流を流すのに苦労します。ただし、バッテリー端子が最適な形状になっていると、電流が流れ始める可能性が高くなります。要求されない限り、私はこの答えでそのルートを下るつもりはありません。

バッテリーが一方の端子で接地/接地されているかどうかは関係ありません-バッテリーが空気/ガス/真空を介して放電するかどうかを決定するのは、バッテリー間の電位差（別名電圧）です。

— アンディ別名
ソース

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この質問は、電子工学を勉強し始めたときの私の質問と同じです。

さらに、バッテリーの電位が地球の電位よりも高いと仮定すると、バッテリーの単一の端子をアースに接続したときに電流が流れないのはなぜですか？

バッテリーはガルバニ電池なので、端子から電流を流すには化学反応が必要です。+端子と-端子からの接続がない場合、そこに電流は流れません。

バッテリーは、空気と地面（地球、土壌）の間で電位（空の電圧）が異なる雷のようなものではありません。

— ジンスカブ
ソース

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バッテリーは正味充電されていません。閉回路でも、バッテリーの正味充電はゼロです。ただし、バッテリーが閉回路で接続されている場合、つまり、バッテリーの（+）と（-）の端子間に導電パスが確立されている場合、 電位があるため、 電荷キャリーはバッテリー端子間の導電パスを通じてポンピングされます。端末間の違い。

通常のバッテリーの単一端子をアースの導電性汚れに接続することは、正味の電荷を持たない導電性物体をアースに接続することと同じです。何も起こりません。1つの端子のみをアースに接続することは、バッテリーを木製の引き出しに保管することと同じです（端子をアースに置いたままにすると腐食する可能性があります）。

両方の端子をアースの導電性の汚れに接続すると、回路が完成し、バッテリーの端子間のアースを介して電荷が流れます。

ターミナルに3000 Vの電位差があるバッテリーがあり、一方のターミナルをアースの導電性の汚れに接続し、もう一方のターミナルとアースの間に最大1 mmのエアギャップを維持している場合、空気が壊れて回路が完成する可能性があります。（バッテリー端子、アース、イオン化空気、その他のバッテリー端子）バッテリーの端子間に電流を流すことができます。

— Eリアチ
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