Bisakah sirkuit diberi daya dari Bumi dengan tanah yang kembali di Mars?

Bisakah Anda menggunakan kawat panas (120v 60 hz) dari bumi dan batang tembaga dimasukkan ke dalam tubuh makhluk luar angkasa lainnya (mars) untuk menyelesaikan rangkaian? Jika impedansi bukan sesuatu yang perlu dikhawatirkan (pura-pura Mars hanya satu mil jauhnya atau sesuatu).

Saya pernah menanyakan ini sebelumnya di tempat lain dan mendapat jawaban yang sangat bertentangan.

Tergantung pada tegangan antara Mars dan Bumi, yang tidak kita ketahui. Tidak mungkin tegangan ini 0, dan bisa sangat besar. Sirkuit Anda akan menerima voltase yang kira-kira besarnya sama, menghasilkan apa yang mungkin merupakan kegagalan spektakuler dari pemanggang roti antarplanet Anda.

Membersihkan udara

Gagasan, "agar arus mengalir, harus ada koneksi ke bumi," adalah yang umum, dan itu sama sekali salah . Jika kesalahpahaman itu benar, sirkuit di pesawat terbang dan satelit tidak akan berfungsi karena tidak ada koneksi ke bumi. Cukup jelas bahwa sirkuit seperti itu berfungsi, dan bahwa koneksi ke bumi sama sekali tidak perlu untuk beberapa sirkuit berfungsi dengan baik. Kesalahpahaman muncul dari konsep pentanahan , tetapi ingatlah bahwa pentanahan hanyalah tegangan referensi. Tidak harus berupa Bumi. Bisa jadi Mars atau potensi listrik lainnya.

Kedua, agar arus mengalir, sirkuit tidak perlu membuat loop tertutup secara fisik . Jika titik A diperbaiki pada dan titik B ditetapkan pada , mereka tidak perlu terhubung secara fisik agar properti ini benar. Ketika kita menghubungkan resistor antara titik A dan titik B, arus dari B ke A adalah , menurut hukum Ohm . Terkadang membantu secara simbolisV b I B A = V b /$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$kawat setiap komponen ke tegangan referensi tanah. Dengan cara ini kita dapat memikirkan tanah yang terhubung ke titik A, dan terhubung ke sumber tegangan yang terhubung ke titik B. Dalam hal ini, dua titik masih tidak harus terhubung secara fisik, tetapi dapat dianggap terhubung secara simbolis. Dalam kerangka kerja ini, anggap bumi sebagai titik A, dengan tegangan referensi kita , dan Mars sebagai titik B dengan tegangan yang tidak diketahui, .$0V$$V_{mars}$

Menghubungkan Mars

Katakanlah kita dapat membuat koneksi listrik yang hampir ideal ke mana saja (misalkan kita memiliki portal kecil yang praktis). Hukum fisik yang mengatur listrik sama di mana-mana di alam semesta. Jadi apa yang terjadi ketika Anda menghubungkan sirkuit Anda dengan tanah di kerak Mars menggunakan portal ini? Sebenarnya, itu tergantung apa itu:$V_{mars}$

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

Dalam hal ini sirkuit Anda berfungsi dengan normal. Sirkuit Anda tidak tahu bahwa itu terhubung ke Mars dan bukan Bumi karena mereka memiliki potensi listrik yang kira-kira sama.

Kasus 2 , atau$V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

Jika tegangan Mars berbeda secara signifikan dari tegangan Bumi, arus tentu akan tetap mengalir, tetapi sirkuit Anda mungkin tidak berperilaku seperti yang Anda harapkan. Itu bisa meledakkan sekering, melas segala sesuatu di sekitarnya atau hanya menguap pemanggang roti kecil kami, tergantung seberapa besar .$V_{mars}$

Tegangan antara Mars dan Bumi

Kami tidak benar-benar tahu apa yang akan menjadi , karena kami tidak tahu muatan bersih Bumi atau Mars. Ada sebuah makalah, " Diskusi tentang muatan listrik bersih Bumi " yang memberi kita beberapa petunjuk:$V_{mars}$

... Terintegrasi dalam waktu yang cukup lama, arus bersih ke atau dari bumi harus nol. Jika tidak, potensi bumi akan membangun sedemikian besar sehingga tidak ada kekuatan yang bisa "menembak" lebih banyak muatan ke lereng potensial - dan sekali keadaan ini tercapai, arus bersih memang akan nol. Ini adalah keseimbangan dinamis.

Masalah muatan bersih pada bumi padat (dan cair) (yaitu globe) sulit dijawab dengan mulai dari fakta bahwa arus ke benda itu nol (selalu atau dalam rata-rata dalam waktu yang lama); bahkan tidak dalam kerangka "gambaran klasik listrik atmosfer". Tampaknya tidak ada metode praktis untuk mengukurnya.

Pada dasarnya, kita dapat mengasumsikan bahwa Bumi dan Mars masing-masing telah mencapai muatan ekuilibrium masing-masing, tetapi kita tidak memiliki cara untuk mengetahui apakah muatan ini positif, netral, negatif, atau berapakah besaran mereka. Karena kita tidak tahu muatan bersih dari planet masing-masing, kita tidak dapat memperkirakan tegangan di antara mereka.

Saya kira jawabannya sebenarnya ya, meski bukan karena alasan yang Anda pikirkan.

Ada beberapa masalah praktis bahkan jika Anda menjangkau ke dalam kotak trik SF Anda dan menarik 400 juta km kabel yang tidak bisa dihancurkan.

Yang pertama adalah "angin matahari": aliran partikel bermuatan listrik berkecepatan tinggi dari matahari. Ini akan terdiri dari elektron dan proton bebas. Mereka dipengaruhi oleh medan magnet bumi; masuknya mereka ke dalam atmosfer menghasilkan aurora seperti Cahaya Utara. Efek dari angin matahari dapat menyebabkan muatan bersih Bumi atau Mars tidak menjadi nol. Hal ini dapat menghasilkan pelepasan seperti kilat yang sangat besar saat menghubungkan kabel Anda. Lihat misalnya pertanyaan ini.

Kawat juga merupakan konduktor yang bergerak di medan magnet matahari, yang karenanya akan menginduksi arus meskipun dibumikan (diarsir?) Di kedua ujungnya. Mengingat panjangnya, ini mungkin besar.

Ini juga merupakan antena, sehingga akan menangkap interferensi RF surya.

Misalkan kita mengabaikan semua itu. Ada efek lain yang ikut berperan. Panjang gelombang 50Hz hanya 6.000 km, sehingga kabel Anda akan berfungsi sebagai saluran transmisi. Pada titik tertentu arus akan mengalir bolak-balik.

Anda dapat memodelkannya sebagai antena monopole yang sangat, sangat besar dengan bola nonkonduktif di ujungnya, seperti antena mobil dengan bola pingpong menyala. Dengan asumsi bahwa Anda memiliki sumber daya yang cukup besar untuk mengatasi kerugian resistif pada kabel, Anda dapat menyambungkan aplikasi AC Anda dan itu akan bekerja. Anda mungkin akan membutuhkan lebih dari 120V di ujung penggerak untuk mencapai 120V di tengah kabel, bahkan jika kabel Anda superkonduktor.

Kedua badan akan membentuk kapasitor (sangat sangat sangat kecil), sehingga sirkuit memang akan ditutup, dan arus (sangat sangat sangat kecil) dapat mengalir.

Itu adalah jawaban yang secara teori benar. Dalam praktiknya, arus akan sangat kecil untuk hampir semua tujuan praktis yang dapat kita sebut nol.

Untuk semua maksud dan tujuan, no.

Koneksi "Bumi" bekerja berdasarkan fakta bahwa semua batang bumi yang dimasukkan ke dalam tanah satu planet secara efektif terhubung bersama melalui kerak planet. Sambungan belum tentu sempurna (mis. 0Ω, tetapi impedansinya cukup rendah).

Karena bumi dan mars terisolasi secara elektrik satu sama lain oleh jutaan kilometer vakum yang sangat keras, tidak akan ada jalan bagi arus untuk kembali melaluinya. Dengan demikian, Anda akan berakhir dengan sesuatu yang bertindak sangat mirip kapasitor, seperti yang dikatakan Wouter van Ooijen.

Itu tergantung pada tempat kembali atau pada pertanyaan apakah Anda menyelesaikan sirkuit, menggunakan kata-kata dari pertanyaan.

Bagian yang membingungkan dalam gambar Anda adalah generator AC: Ini ditampilkan tanpa dua terminalnya dan dikelilingi oleh perairan ekuipotensial dari Samudera Atlantik. Oleh karena itu, semua arus yang dibuatnya akan tetap tepat di Samudera. Detail lain yang berpotensi (pun intended) yang menyesatkan dari pertanyaan Anda adalah simbol bumi / tanah di Mars, dan saya menduga ini adalah akar masalah Anda. Jadi, ...

Saya telah mengambil kebebasan untuk mengatur ulang pengaturan Anda, hanya menggunakan gambar lain untuk generator, dengan dua terminal. Salah satu ujung generator terhubung ke Bumi (ⴲ), yang lain pergi ke bola lampu dan dari sana ke Mars (♂), lengkap dengan batang tembaga yang Anda sebutkan. Perhatikan bahwa bola lampu tetap tidak menyala ("mati").

Jika Anda ingin arus mengalir dan bola lampu menyala, Anda memerlukan kawat balik , menutup sirkuit seperti ini:

Untuk sirkuit untuk bekerja, Anda tidak perlu apa-apa untuk membumi atau dibumikan , apa yang Anda butuhkan adalah sirkuit seluruh mana saat ini dapat mengalir dalam satu lingkaran. Untuk bersenang-senang, mari gunakan simbol bumi / bumi secara sewenang-wenang dan buat satu sirkuit yang dibumikan dan satu yang Marsed . Perhatikan bahwa ini hanyalah simbol tambahan yang digunakan atas kebijaksanaan kami untuk mendapatkan referensi umum untuk keseluruhan hal - ini bukan sesuatu yang kita butuhkan agar sirkuit dapat bekerja.

Apa yang benar-benar kami butuhkan agar sirkuit itu berfungsi adalah kawat balik dari Mars ke Bumi. Kawat ini kembali benar-benar menempatkan Mars dan Bumi pada potensial yang sama, sehingga kita bahkan dapat mempertimbangkan Earth untuk marsed dan Mars akan dibumikan - ini masih pengaturan yang sama, tidak peduli apakah kita tidak menggunakan, simbol satu atau dua Earth / Tanah:

Sekarang, mungkin ada satu pertanyaan terakhir yang tersisa: Apa yang terjadi jika kita menggunakan simbol Ground di gambar pertama, yang tanpa kabel kembali? Seperti ini:

Atau ini:

Nah, bohlamnya tetap mati. Sekali lagi: Ini bukan simbol, itu adalah kawat pengembalian yang dibutuhkan, dan kami tidak memilikinya di salah satu dari dua gambar terakhir.

Hmmm ... Jika sirkuit tidak terlalu peduli dengan simbol Tanah / Bumi, mengapa sirkuit ini begitu umum digunakan oleh begitu banyak orang? Apa gunanya?

Lihat ini:

Bola lampu menyala, tetapi tautan balik tidak ada. Ini dimungkinkan karena, menggunakan sihir simbol tanah , semua bagian diagram sirkuit yang dilampirkan ke simbol tanah dianggap terhubung, bahkan jika tidak ada yang meluangkan waktu untuk benar-benar menggambar kabel yang menghubungkan semua bit ground dari sebuah sirkuit. .

Semuanya sama, hanya menggunakan notasi yang berbeda:

Simbol ground / earth sangat berguna sehingga kita sering menggunakannya, dan ketika kita ceroboh, kadang-kadang kita bahkan tidak memperhatikan dengan benar menyebutnya ground atau earth. Sebenarnya, sirkuit yang dibumikan terhubung ke Bumi atau tempat yang aman (secara harfiah: batang besar di sebelah rumah atau kebun Anda, digerakkan ke tanah yang dibumikan), dan sirkuit yang diarde dapat dihubungkan ke (-) ujung perangkat yang digerakkan dengan baterai , tanpa koneksi aktual ke tanah yang sebenarnya. Ini membingungkan, tapi ini jargon dan semua orang menggunakannya.

Berbekal semua pengetahuan ini, Anda dapat mengetahui mengapa ini banyak lucu ( sumber gambar ) ...

• Catatan (1): Saya menggunakan simbol astronomi (ⴲ, ♂) karena suatu alasan. Dengan melakukan itu, saya bebas menggunakan simbol listrik Bumi di kedua planet.

• Catatan (2): Generator AC juga bisa berupa baterai DC. Untuk memahami pengaturan ini, Anda dapat memikirkan sumber AC seperti halnya baterai dibalik 50 atau 60 kali per detik (tergantung pada standar nasional). Untuk menjelaskan mengapa DC tidak akan bekerja dengan baik di bumi dan di tanah, tanpa kawat balik fisik, terbuat dari logam, pertimbangkan elektrolisis dan kelembaban di dalam tanah, untuk memulai dengan ... Ini adalah keseluruhan cerita 'nother ...

Lebih baik meninggalkan kata "tanah". Satu node dari sirkuit Anda di-arde, yang lainnya di-mars. Ini adalah alasan yang terpisah.

Kami tidak harus pergi ke luar angkasa untuk membuat alasan terputus. Dalam skema berikut, V1 memasok 120 VRMS pada 60 Hz, dan bahwa XFMR1 dan XFMR2 adalah transformator isolasi 1: 1. Masing-masing membuat domain listriknya sendiri di mana sebuah node dapat diidentifikasi sebagai ground, dan lainnya sebagai "hot". Saat ini tidak dapat mengalir dari "panas" di satu domain dan tanah di yang lain, karena kurangnya sirkuit lengkap, dan lampu tidak bisa menyala.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Sayangnya saya belum pernah ke mars sehingga tidak ada cara untuk menguji teori ini. 120v 60hz dari generator dikalibrasi dari arde. Dengan kata lain, kami menggunakan muatan bumi sebagai referensi nol. Referensi dapat dianalogikan dengan kecepatan. Misalnya, seberapa cepat Anda bergerak? Itu tergantung pada apa yang Anda bandingkan dengan: Anda titik awal; pusat bumi; matahari; pusat galaksi; atau, orang di sebelah Anda berlomba. Saya mendalilkan bahwa tegangan ke ground adalah hal yang sama. Jadi tegangan bersih untuk rangkaian yang terhubung ke bumi adalah 120V +/- perbedaan muatan antara Bumi dan Mars. Jika saya bisa, saya akan menguji teori ini dengan mengukur tegangan dari rangkaian ground pada mars dengan sumber tegangan yang diketahui. Karena itu dikalibrasi ke bumi, perbedaannya akan menentukan muatan Mar sehubungan dengan bumi.

Masalahnya adalah bahwa gambar yang Anda tampilkan tidak mengandung loop tertutup, jadi tidak ada arus yang mengalir.

Namun ini mungkin dalam beberapa kasus:

1. Anda dapat memberi muatan pada Bumi dan arus akan mengalir sampai muatan dari dua planet sama, misalnya Anda dapat mengambil beberapa elektron dari Mars dan mengirimkannya ke Bumi,

2. jika Anda menggunakan AC, ada kapasitansi di antara mereka (lihat jawaban Wouter van Ooijen ), yang menutup loop,

3. jika muatan Bumi berbeda dari nol (kasus 1), ada medan magnet di sekitarnya, karena berputar mengelilingi Matahari, yang (entah bagaimana) dapat digunakan untuk menginduksi tegangan antar planet. Saya tidak bisa membayangkan bagaimana seseorang bisa mengendalikannya.

Jawaban saya adalah, ya - itu mungkin, tetapi saat ini hanya secara teoretis.