¿Por qué el potencial eléctrico de la Tierra es cero?

El potencial cero de la Tierra es solo un punto arbitrario similar a (0,0) del sistema de coordenadas. Se ha elegido para las prácticas de ingeniería porque tiene un potencial teórico muy, muy bajo (en luz con carga en el infinito) y es fácilmente accesible para todos y agregarle carga no cambia su potencial teórico. Con referencia a este punto arbitrario, se clasifica el potencial de las cosas de cableado. Es similar a por qué usamos el nivel del mar para medir la altura. Recuerde, el nivel del mar también tiene altura desde muchos puntos de referencia, como el núcleo de la Tierra, pero lo tomamos como cero para muchas prácticas.

Para fines de ingeniería eléctrica, el voltaje es una diferencia de potencial con respecto a un punto de referencia. El potencial eléctrico absoluto no tiene sentido en contextos de ingeniería eléctrica porque los circuitos involucran corriente eléctrica que fluye desde un punto de alto potencial a un punto de bajo potencial y no a un punto sin potencial. Por lo tanto, los ingenieros eléctricos hablan de voltaje y no de potencial eléctrico. Cuando lee "establecer su potencial a cero", lo que realmente quiere decir es "establecer su voltaje (su diferencia de potencial) a cero con respecto a la Tierra". El primero es simplemente una forma abreviada que generalmente se entiende sin ambigüedades como el segundo en contextos de ingeniería eléctrica.

La Tierra es simplemente un punto de referencia de uso común. Sin embargo, para aumentar la confusión, el potencial eléctrico de la Tierra no es el mismo en todas partes. Un extremo de su calle podría tener un exceso de carga eléctrica con respecto al otro extremo de su calle, por lo que si conecta a tierra dos circuitos diferentes en cada extremo de su calle y los conecta entre sí, podría terminar con esta carga fluyendo de uno circuito al otro. Esto puede plantear problemas como el ruido eléctrico entre equipos que deben estar conectados entre sí pero que pueden no estar conectados a tierra en el mismo punto. Este efecto se conoce como bucle de tierra.

Es posible que su Tierra no sea igual a mi Tierra, pero siempre que use la misma Tierra, siempre usará el mismo punto de referencia, y simplemente puede llamarlo 0V. Es una cosa de conveniencia.

Si asumimos que el potencial en el infinito es cero y que la Tierra es esférica, entonces el potencial en la superficie de la tierra viene dado por${kq}/{r}$, donde$k$es una constante,$q$es la carga en la tierra y$r$su radio. Como$q$es extremadamente pequeño y$r$muy grande, el potencial en la superficie de la Tierra es casi cero. Entonces, para todos los propósitos prácticos, asumimos que su potencial es cero. Se supone que el potencial en el infinito es absolutamente cero, mientras que en la superficie de la Tierra es casi cero.

Generalmente, en cualquier punto dado, el potencial eléctrico se mide con respecto a otro punto de referencia. El otro punto puede estar en cualquier lugar y se supone que el punto de referencia está a cero voltios con respecto a sí mismo. En la mayoría de las aplicaciones eléctricas, se supone que el punto de referencia es la tierra.

El radio de la tierra es grande con respecto al cuerpo conductor, por lo que su potencial es muy bajo con respecto al cuerpo conductor, por lo tanto, asumimos que el potencial de la tierra es 0

Es útil decir que no podemos medir un potencial, solo una diferencia de potencial entre dos puntos. A eso lo llamamos voltaje .

La noción de voltaje es interesante porque:

• El trabajo realizado cuando una carga se mueve a través de un voltaje de un voltio es un julio por culombio de carga.
• Alternativamente, podemos decir que el trabajo realizado por un electrón que se mueve a través de un voltio es un electrón-voltio (eV), una cantidad igual a 1.602 x 10 ^-19 J.

Tenga en cuenta que el potencial de la tierra no es constante y, algo que al principio pareció increíble, el potencial aumenta en la atmósfera en aproximadamente 100 V con cada metro de altitud. Por supuesto, el voltaje entre la cabeza de la hora y nuestros pies es nulo porque nuestro cuerpo es un conductor relativamente bueno, pero un avión a una altura de 40 km tiene un potencial de aproximadamente 400 kV. Emocionante.

En realidad, el gradiente de potencial también varía un poco. Entonces... como todo varía, ¿dónde debemos poner la referencia?

La respuesta es: no importa dónde esté la referencia, pero la superficie de la tierra es casi equipotencial y, por lo tanto, es una referencia útil para comparar el potencial en todas partes.

Con esta referencia, el potencial se ve así, sin y con una persona parada en la superficie terrestre:

^Fuente

No es necesario mencionar cuál es el camino preferido para los rayos.