¿Cómo funciona el suelo (tierra)?

Un generador de electricidad roba electrones de un extremo y los deposita en el otro extremo. Este es el concepto de flujo de circuito cerrado. Una batería hace esto químicamente. El extremo positivo carece de electrones y el extremo negativo tiene exceso de electrones. Muy importante, la carga total neta de toda la batería es cero. Debido a esto, solo hay una diferencia de potencial entre un terminal de la batería y el otro. Conectar un terminal de la batería a cualquier cosa no producirá ningún flujo de corriente. La corriente solo fluirá de un terminal al otro. Esto es lo que significa flotar, una carga solo puede regresar a la fuente y a ningún otro lugar. Todas las baterías flotan.

ESD tiene un mecanismo diferente. Con ESD, el cargo es robado o depositado en un objeto. Por lo tanto, la carga neta total del objeto es distinta de cero. Cuando un objeto cargado se acerca o entra en contacto con otro objeto, la carga se transferirá para equilibrarse. Si un objeto tiene una carga de 1kv sobre él y entra en contacto con un objeto a 0v, la carga se moverá del objeto 1 al objeto 2. El potencial después de la transferencia depende de la relación de tamaño y la carga del objeto 1 y el objeto 2. Si el objeto 1 es enorme en comparación con el objeto 2, el potencial seguirá siendo alto. Si el objeto 1 es pequeño en comparación con el objeto 2, entonces el potencial será pequeño.

Ahora que tenemos eso fuera del camino, hablemos de motivos. Con ESD, la tierra sirve efectivamente como un objeto de tamaño infinito 2. Debido a esto, tocar cualquier cosa con una carga de ESD lo descargará. Esto es lo que significa que la tierra es un "reservorio".

Cuando se trata de la red eléctrica, la tierra es solo una referencia. Un generador también flota. Para mantener esta flotación bajo control, porque puede ser mala, el generador está conectado a tierra. Debido a que todo está conectado a tierra, se encuentra en el mismo potencial relativo. Esto evita que las cosas floten. La tierra de seguridad es un poco inapropiado. Un sistema eléctrico típico de 3 hilos tiene una conexión a tierra activa, neutra y de seguridad. El neutro del exterior, el neutro del interior y la tierra de seguridad están todos unidos y unidos a un poste en el suelo exterior. El polo se asegura de que todos los neutros tengan el mismo potencial en todas partes. No proporciona ninguna protección adicional aparte de eso. La conexión a tierra de seguridad proporciona un camino redundante de regreso al panel eléctrico y esa es la verdadera seguridad.

Editar:

https://www.physicsclassroom.com/class/estatics/Lesson-2/Charging-by-Conduction

Cuando un cuerpo tiene una carga de acceso, esa carga se distribuirá uniformemente por el exterior. Las cargas similares se repelen entre sí y se alejarán lo más posible entre sí. Cuando un segundo cuerpo toca el primero, la carga ahora tiene una nueva superficie que ocupar. La carga se distribuirá en ambos cuerpos de manera que todas las cargas estén lo más separadas posible. Si el cuerpo 2 es del mismo tamaño y tiene una carga neutra, exactamente el 50% se moverá.

Cuando un sistema flota, está completamente aislado de todo lo demás. Para una batería que no es un problema. Para una gran red eléctrica, esto puede ser malo debido a la estática. Por ejemplo, el aire que sopla a través de los cables de alta tensión puede eliminar la carga. Eso se acumulará hasta que la carga se convierta en algo. El arco ocurrirá en el punto más débil a tierra. Esto puede ser muy destructivo porque el arco puede ocurrir en cualquier lugar. Un sistema referenciado mantendrá el voltaje de la estática bajo control.

Para responder a sus preguntas, en orden:

• Si y si.
• Esencialmente, sí, pero no del todo . No, esto no es seguro en todos los casos, porque nada es seguro en todos los casos.
• Las muñequeras proporcionan ese camino. De hecho, también puede conectarse a tierra poniendo una mano en una tubería conectada a tierra o algo así.
• Lightning es complicado y no estoy seguro de responder a este.
• La tierra en sí no es muy conductora, y simplemente tocarla no hace un buen contacto eléctrico de baja impedancia. El poste tiene un área de contacto mucho más grande y desciende a un suelo más húmedo más bajo tierra, que es más conductivo.
• La conductividad de la tierra es extremadamente complicada, pero básicamente se necesita tiempo, y bastante, para que la corriente se "extienda" por toda la tierra.
• Piense en la tierra como un gran condensador.

"Si toco una fuente de voltaje de dos terminales que no está conectada a la red eléctrica (por ejemplo, una batería o una pistola paralizante), ¿significa eso que la corriente solo fluirá entre los dos terminales que estoy tocando, y no también a través de mis pies para el suelo debajo? ¿Es esto cierto incluso si la fuente es una fuente de voltaje ideal?

• Correcto. La electricidad quiere fluir entre los dos terminales para completar el circuito, no tiene ningún incentivo para tomar una rama lateral a tierra.

"¿La tierra es solo "especial" con respecto a la red eléctrica, porque en las redes de distribución de energía uno de los cables está conectado a tierra? ¿Pasa una pequeña cantidad de corriente a través de la tierra en todo momento (porque la tierra y el cable neutro son como dos cables paralelos)? ¿Significa eso que durante un evento de falla a tierra, una gran cantidad de corriente pasa a través del suelo, por lo que mientras caminamos sobre él no somos diferentes a los pájaros parados en una línea eléctrica? ¿Es esto seguro en todos los casos?

• La tierra es "especial" solo porque es un punto de referencia para el potencial. Técnicamente, algo de corriente puede fluir y fluye a través de la tierra real, pero esto es insignificante en la mayoría de los casos. Si fluye suficiente corriente a través del suelo (por ejemplo, cuando lo golpea un rayo), puede haber grandes diferencias de potencial en el suelo (ya que tiene cierta resistencia), lo que puede ser peligroso.

"Si la tierra no es 'especial' de ninguna manera, por qué las muñequeras ESD funcionan, parece que la carga en el cuerpo de una persona irá a la tierra, si existe un camino adecuado".

• El suelo es solo una referencia y tiene una gran capacidad para absorber carga. La idea detrás de las muñequeras ESD es que usted y la pieza de trabajo tengan el mismo potencial (el de la tierra).

"La misma pregunta pero en relación con los rayos: si la tierra no es "especial", ¿por qué los rayos prefieren golpear la tierra y no otra cosa?"

• Los rayos pueden ir en ambos sentidos. Una vez que existe una diferencia de potencial lo suficientemente grande, la carga fluirá para igualarse. Esto sucederá entre dos objetos cualquiera, con suficiente carga... la tierra no es "especial" en este sentido.

"He notado que después de cargarme con estática, la descarga es muy dolorosa si toco un objeto metálico que está conectado al suelo. La descarga no es dolorosa si toco el suelo mismo. Esto no tiene sentido para mí. - si la descarga va a tierra y el poste de metal es altamente conductivo y está "en serie" con tierra, la corriente debe ser la misma".

• Se trata de la velocidad de la descarga, es decir, la corriente. El objeto de metal tiene una resistencia mucho menor, por lo que la corriente es mayor. El suelo es bastante resistivo, por lo que impide el flujo.

"¿Por qué los pájaros parados en un cable no se electrocutan cuando aterrizan en el suelo, es decir, por qué no actúan como un capacitor que carga (en el cable) y descarga (en el suelo)?"

• Esto se debe a que ambos pies están en el mismo cable, por lo que tienen el mismo potencial. La corriente no tiene por qué entrar o salir del ave. Técnicamente, una pequeña cantidad de corriente entrará en el pájaro porque tendrá algo de capacitancia, pero esto es muy pequeño.

"A veces, la tierra se describe como un "mal conductor", pero la tierra es muy grande, por lo que incluso si tiene una resistencia específica alta, esa resistencia debe reducirse por el hecho de que es tan grande (de la misma manera que un alambre grueso tiene menos resistencia que uno delgado). ¿Por qué no es así?"

• Esto es cierto, la tierra es resistiva pero grande. Esto significa que la carga puede extenderse, pero aún existe una resistencia significativa entre dos puntos cualesquiera.

"Recientemente leí que debería pensar en la Tierra como un 'reservorio' de electrones, donde puedo jalar o empujar tanta carga como quiera. Esta explicación me confunde. Si ya hay muchos electrones que puedo ' jalar', luego 'empujarlos' debería ser mucho más difícil. No puedo entender si la tierra se comporta como algo positivo, negativo o neutral, o los tres al mismo tiempo".

• Cuando las cosas están en equilibrio, empujar o tirar es igual de fácil. Solo cuando comienza a desarrollar una diferencia de potencial, se vuelve más difícil forzar a los electrones a moverse contra esa diferencia. Es un capacitor gigante con una resistencia en serie.