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    Aterramento (física): como funciona e por que é importante?

    A eletricidade é um fator indispensável na vida moderna e, embora os principais tipos de combustíveis que a humanidade usa para produzi-la sejam uma fonte de grande preocupação, a própria eletricidade será necessário enquanto a civilização em sua forma atual persistir. Ao mesmo tempo, entre os primeiros fatos de segurança, praticamente todas as crianças aprendem é que a eletricidade é, ou pode ser, extremamente perigosa.

    Além disso, a eletricidade que os humanos geram e podem, portanto, controlar em grande parte é apenas parte da história aqui. O fenômeno do raio também é familiar para crianças muito pequenas e, simultaneamente, é uma fonte de admiração e preocupação até para os adultos. Mas seus "ataques" no nível da Terra são quase tão imprevisíveis quanto potencialmente mortais, e um exame mais atento dos complementos de edifícios e outras estruturas ao redor do mundo ressalta a urgência dessa consideração de segurança.

    < em> Aterramento elétrico
    , também chamado de aterramento, fornece um caminho para a corrente fluir para o solo e o excesso de carga elétrica para dispersar em vez de acumular e criar um risco potencial. Isso funciona porque a Terra, sendo eletricamente neutra, mas também enorme, pode aceitar e fornecer um grande número de elétrons (pelos padrões da indústria humana) sem alterações perceptíveis nesse estado de "tensão zero".
    Carga, tensão e fluxo de corrente

    A carga elétrica na física é medida em coulombs
    . A carga elementar (indivisível) é a de um único elétron (e-) ou próton, com uma magnitude de 1,60 a 10 ° C - -19 C e com um sinal negativo para elétrons. A separação de partículas com carga oposta cria uma tensão de tensão , ou diferença de potencial elétrico, que é medida em joules por coulomb (J /C) e induz os elétrons a fluir na direção de uma carga líquida positiva, um movimento chamado corrente elétrica
    .

  • Os elétrons "querem" fluir em direção a um terminal positivo ou outra área de tensão líquida positiva pela mesma razão essencial que a água "deseja" fluir ladeira abaixo: um potencial diferença, mas estabelecida pela força elétrica em vez da força da gravidade.

    Esse fluxo de elétrons, medido em C /s ou amperes
    ("amperes"), ocorre apenas se o caminho entre as fontes de tensão for um condutor , e prontamente permitir o fluxo de corrente, como a maioria dos metais. Os materiais não condutores são chamados isoladores, e incluem plástico, madeira e borracha (uma abundância de isolantes entre os produtos do dia a dia é claramente uma coisa boa). Na analogia anterior, uma barragem que retém o fluxo natural da corrente do rio é como um isolador, ou isolação dielétrica.

    Todos os materiais, até bons condutores, têm alguma resistência elétrica br>, denotado R
    e medido em ohms (Ω). Essa quantidade permite uma relação formal entre a tensão e o fluxo de corrente, chamada lei de Ohm: I \u003d V /R.
    Como funciona o aterramento?

    A corrente elétrica é definida como um fluxo de maior potencial para menor potencial ( que é o mesmo resultado dos elétrons que fluem em uma direção negativa para positiva - tenha cuidado para não confundir esse ponto!), desde que exista um caminho adequado entre os dois. Quando os dois terminais de uma bateria são conectados por um fio condutor, por exemplo, a corrente flui livremente em um circuito com resistência mínima.

    No entanto, se não houver caminhos altamente condutores conectando uma diferença de potencial, a corrente poderá fluir de qualquer maneira, como resultado da quebra dielétrica
    se a tensão for alta o suficiente - muito parecido com o que ocorreria com a falha estrutural de uma barragem provocada por volume sem precedentes no reservatório a montante.

  • "; a corrente "não deve" ser capaz de fluir em um material dielétrico, como o ar, mas as tensões maciças do raio sobrecarregam esse fator.

    O caminho elétrico mais percorrido ... ou procurado

    Elétrica a corrente, como a água descendo uma inclinação suave e rochosa, sempre tenta seguir o caminho de menor resistência. Se for impedido por vários materiais isolantes diferentes, ele desejará fluir através do menos isolante (isto é, mais condutor). Se existir um caminho condutor, ele sempre o escolherá sobre todo o resto.

    O ar é um isolador e o corpo humano é relativamente condutor. Portanto, se você se destacar em um campo durante uma tempestade elétrica, corre o risco de sofrer um choque elétrico. Pára-raios proporcionam um caminho de aterramento, provando um alvo fácil e de baixa resistência para descargas atmosféricas. Os raios preferem fluir através do metal do que através de você, então existe isso.

    O caminho da para-raios para o próprio solo tem uma característica essencial de todas as configurações de aterramento: nenhum desvio ao longo do caminho! A eletricidade flui diretamente para a própria Terra porque não tem outras opções. É por isso que os "fios" aterrados não precisam ser fios simples; elas podem ser estruturas de metal, desde que o caminho para a Terra seja completamente independente, o que significa que é um circuito simples.

  • Como já sugerido, a Terra também pode servir como um "doador de elétrons" necessário devido à sua capacidade de dispersar a carga - positiva e negativa, em um volume enorme - e não apenas como "aceitador de elétrons" como no caso do pára-raios.

    Por que o aterramento é importante?

    Em um circuito elétrico, um fio de aterramento cria um caminho adicional para a corrente no caso de um curto ou outro mau funcionamento. Em vez de chocá-lo ao tocar nos componentes do circuito, a corrente fluirá através do fio de aterramento mais condutor. O aterramento não apenas impede que você seja chocado, mas também protege seu equipamento contra surtos de corrente que, de outra forma, poderiam "chocá-lo".

    Nota: A alta tensão em si não faz mal. No entanto, uma grande diferença de tensão torna mais desejável que a carga salte e, ao fazê-lo, cria uma corrente maior. Pense nisso como se estivesse à beira de um precipício alto. Não é estar no alto do penhasco que é o problema. É o que acontece depois que você se afasta, porque a rocha já não o "isola" da influência da gravidade e permite que o ar o "conduza" rapidamente (esperançosamente em uma rede de segurança!).
    O plugue de três pontas

    Em ambientes domésticos, o aterramento trata tanto o "sintoma" quanto a "doença" no caso de um acúmulo imprevisto de cargas nas superfícies dos aparelhos. Ele não apenas permite que os invasores carreguem uma saída imediata "de mão única" para que possam se dispersar em outros lugares, mas também evita a entrada de mais cargas indesejadas interrompendo o circuito "upstream".

    Uma tomada moderna típica tem três furos: duas fendas lado a lado e uma abertura quase redonda por baixo. A fenda vertical menor é para o fio "quente" (ou literalmente, componente do plugue) para a corrente de entrada; seu parceiro mais longo é o fio neutro (de saída). O plugue redondo é um fio terra conectado diretamente a uma saída do circuito; portanto, cargas perigosas que, de outra forma, fluiriam pela superfície de um aparelho, poderiam fugir para o solo. Esse fio é configurado para que, acima de um determinado nível de corrente, todo o circuito seja interrompido e toda a corrente de entrada pare.
    Exemplos de aterramento

    O aterramento permite estabilização de tensão segura em grandes circuitos e sistemas. Um estabilizador de tensão garante que a tensão de entrada, que pode realmente flutuar consideravelmente em torno do valor desejado, uma vez dentro de circuitos complexos e sensíveis, como um microprocessador de computador, seja normalizada para um valor fortemente restringido, aumentando ou diminuindo V conforme necessário.

    Um eletroscópio é um condutor que usa indução de carga para sinalizar a presença de cargas externas. Isso usa o princípio de que os elétrons se repelem. Se uma fonte de elétrons, como uma haste de vidro carregada (um exemplo de eletricidade estática; os elétrons simplesmente "ficam" lá porque o vidro é isolante), é mantida próxima ao lado do eletroscópio condutor (mas neutro!), Isso "empurra" o elétrons na bola o mais longe possível. Isso fica no centro da unidade, onde as "folhas" de metal são separadas para sinalizar os elétrons reunidos perto do lado da bola na superfície da ponta da haste.

    Quando isso acontece, a construção O aumento de elétrons no interior deve ser equilibrado de alguma forma, uma vez que a esfera está conduzindo. Como conseqüência, cargas positivas se acumulam, como você pode prever, perto da ponta da haste.

  • A aplicação de um fio de aterramento para contornar a base isolante do eletroscópio mudaria claramente essa imagem. Como?

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