¿Por qué la conexión a tierra no pierde corriente?

Esto parece una pregunta que se ha hecho varias veces en los foros. Investigué el problema, pero aún no pude encontrar la respuesta que al menos puedo entender intuitivamente. Entonces, en este circuito simple, ¿por qué no hay fuga de corriente a tierra? Suponga que se trata de una verdadera conexión a tierra (una varilla en la tierra, por ejemplo).

Actualización: estoy dando respuestas investigadas a continuación, pero no como las únicas opciones. No estoy satisfecho con ninguno de ellos, y doy mi explicación de por qué. Así que espero una elaboración o una respuesta alternativa.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Las respuestas que he encontrado: -

  1. Aquí , con solo una conexión a tierra, no hay circuito por el que fluya la corriente. No puede fluir "hacia" el suelo, porque no hay ningún lugar al que pueda fluir. No hay diferencia entre el suelo y un cable colgando en la brisa. Sin embargo, para que fluya la corriente debe haber una diferencia de potencial. Y debido a que la tierra y el retorno de la batería tienen el mismo potencial, ¿por qué la corriente preferiría fluir específicamente al punto de retorno? Especialmente teniendo en cuenta que la tierra puede absorber todos los electrones generados por la batería (al contrario, por ejemplo, de un solo cable).

  2. Aquí , la tierra no es un gran conductor y, si bien está en paralelo con el servicio, la cantidad de corriente que regresa a través de la tierra es tan pequeña que efectivamente es cero. En primer lugar, esta respuesta implica que se produce una fuga que solo depende de la resistencia a tierra. . Además, no entiendo qué resistencia se tiene en cuenta. ¿Dónde se mide? Creo que también la respuesta se relaciona con las varias conexiones del circuito a tierra.

Entonces, ¿alguien puede dar una explicación física real de esto?

1) Si hay diferencia de potencial, se iguala instantáneamente después de la conexión. Entonces sí, habría una corriente instantánea. 2) Creo que no es una respuesta.
@EugeneSh. La pregunta por qué se detendría entonces. El flujo de corriente puede tomar camino hacia tierra o hacia el retorno. Ambos con el mismo potencial. ¿Por qué se prefiere el segundo?
2) es más aplicable a la situación de la red de CA donde puede haber alguna fuga y/o acoplamiento capacitivo a tierra que provoque que fluyan corrientes pequeñas (¡de CA!). Pero su ejemplo es DC, por lo que 2) simplemente no se aplica.
@Bimpelrekkie Entonces, ¿cuál es la respuesta correcta?
Yo digo que el 2 no aplica entonces.....
Tierra y retorno son el mismo punto .
@EugeneSh. Si son iguales, ¿por qué la corriente no fluye a tierra?
Démosle la vuelta a eso, ¿por qué la corriente fluiría hacia el suelo ? ¿Qué pasaría si lo hiciera? ¿Cómo harías que esa corriente fluya a tierra? ¿Habría una corriente de electrones yendo del circuito al suelo? ¿Es eso sostenible?
@Bimpelrekkie Simplemente fluirá allí. Parcialmente (la mitad de la corriente) al retorno para mantener la batería funcionando y parcialmente (otra mitad) a tierra.
La corriente fluirá solo entre puntos que tengan una diferencia de potencial. Para mantener una diferencia de potencial a lo largo del tiempo, necesita un circuito cerrado. Si tiene una diferencia de potencial en el circuito abierto, se igualará después de un breve período de tiempo. Eso es todo. El camino a tierra está abierto. el camino a la batería está cerrado.
@EugeneSh. El electrón que llega a la conexión a tierra no sabe en qué dirección el circuito está cerrado o abierto. Fluye a los potenciales más bajos. Ambos caminos tienen el mismo potencial.
Simplemente fluirá allí. Parcialmente (la mitad de la corriente) al retorno para mantener la batería funcionando y parcialmente (otra mitad) a tierra. Eso realmente no es cierto. La corriente fluye en bucles y no puede dividirse a mitad de camino hacia otro lugar sin regresar.
Pero si el electrón elige tierra, entonces la tierra se carga negativamente, lo que dificulta que el electrón vaya allí. Así que no lo hará.
@Boris Sí. Ahora considere que el electrón está "eligiendo" el camino equivocado y va al suelo. ¡Ahora el potencial del suelo ha cambiado! Entonces, el próximo electrón irá en la otra dirección, hasta que los potenciales sean iguales nuevamente.
@Bimpelrekkie La idea general del suelo es que no puede cargarse.
@Boris Es relativo. Entonces, el circuito se está "descargando" (¿o "descargando"?) Si lo desea
La idea general del suelo es que no puede cargarse. Tonterías , si cargo un objeto metálico, el suelo se descarga. La suma total de carga debe permanecer constante.
@Bimpelrekkie en.wikipedia.org/wiki/Ground_(electricidad) una "tierra" generalmente se idealiza como una fuente infinita o un sumidero de carga, que puede absorber una cantidad ilimitada de corriente sin cambiar su potencial
corriente sin cambiar su potencial Eso es correcto y yo también tengo razón, ¿por qué es eso? Debido a que la Tierra es mucho más grande que mi objeto, en toda la Tierra el desplazamiento de la carga hace poca diferencia, pero sí en mi objeto pequeño.
De todos modos. Volvamos a nuestra analogía favorita de agua y tuberías. Considere la batería como una bomba y el suelo como un depósito con una presión de agua muy alta (o baja, o lo que sea). ¿Conectar el circuito cerrado de tubería/bomba causará algún flujo de agua hacia/desde ese depósito?
que puede absorber una cantidad ilimitada de corriente sin cambiar su potencial ¿ Y de dónde viene esta carga? esta hecho en algun lado? No, la carga es un electrón quitado de su átomo o un átomo del que se ha quitado un electrón (Ion).
¿Qué no entiendes específicamente? Mi respuesta asume que tienes el circuito como está dibujado. El de @Trevor reconoce que en el mundo real hay componentes parásitos que no se muestran en el esquema del circuito. Ambos son correctos si los toma en el sentido previsto. Explique dónde necesita más aclaraciones.
@Boris Tienes razón. Hay una fuga de electrones saliendo de su circuito debido al movimiento aleatorio de los electrones; sin embargo, esto también está siendo cancelado por la misma cantidad de electrones que fluyen hacia su circuito. No hay corriente porque no hay flujo neto de electrones debido a que la tierra y el terminal negativo de la batería tienen el mismo potencial de voltaje.
@jstarr ¿por qué regresarían los electrones? Hay un EMF empujando cargas por el cable de + a -. La pregunta es por qué lo está empujando al regreso y no al suelo. Ambos caminos tienen el mismo potencial.
@Boris, no, no tienen el mismo potencial, e incluso si lo tuvieran, la parte inferior de la batería es negativa con respecto a la parte superior y los electrones se mueven por el circuito de abajo hacia arriba. No se agregan ni eliminan electrones adicionales del circuito, como sería el caso si algo cruzara la conexión a tierra.
Debe haber muchos centavos doblados aquí ... ninguno de ellos parece estar cayendo ... Eso me dice que el OP tiene un concepto básico equivocado en su cabeza que no se responderá hasta que sepamos qué es.
La pregunta "2" se trata de cuando tiene dos conexiones a tierra.

Respuestas (4)

En realidad, hay corriente en la conexión a tierra, pero no lo suficiente como para medir por encima del nivel de ruido ambiental.

A continuación se muestra su circuito equivalente.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

SUMA

Como tal, normalmente ignoramos esa corriente de fuga en los circuitos de CC. Así que veamos tu pregunta de otra manera.

Por el momento, considere lo que sucedería si un electrón cayera por ese "drenaje" a tierra. ¿Qué sucede con el resto del circuito?

De repente, le faltará un electrón y tendrá una carga neta positiva. El suelo ahora tiene un electrón extra y tiene carga neta negativa. Eso significa que hay un voltaje inverso en el cable de tierra que hará que el electrón regrese inmediatamente al circuito.

Ocurriría lo contrario si de algún modo llegara un electrón extra desde el suelo. El circuito estaría en un potencial negativo y la tierra sería positiva. El electrón visitante sería inmediatamente repelido.

En realidad, esa fuerza de retorno es lo que evita que los electrones crucen la conexión en primer lugar. Es un estado autoestabilizador.

Hmmm, no estoy seguro de la precisión de su resistencia 1e16 ...
@Trevor ¿Resistencia al aire? ¿Y si el circuito está encerrado en el vacío? Y solo el cable de tierra está "perforando" la cámara de vacío.
@brhans ya fue una aproximación muy aproximada y variará ampliamente ... aunque es el exponente lo que es importante ... enorme # = b.toda la corriente;) Sin embargo, las cosas cambian mucho cuando se trata de una fuente de voltaje de alta frecuencia.
@Boris, de hecho, en el vacío todavía tienes una impedancia ... pero se complica.
@Boris, el punto es que necesita un bucle de regreso a un potencial más alto para que la corriente fluya a través de ese cable. Ahora obtendrá un bucle, ya sea por una fuga en el aire o por la impedancia de un vacío, pero la corriente que fluirá alrededor de ese bucle es tan pequeña que puede tomarla como cero para un circuito de CC. Sin embargo, una fuente de alimentación de alta frecuencia sería diferente.
@Trevor Creo que para que fluya la corriente debe haber una diferencia de potencial. período. Cualquier dispositivo generador de EMF razonable necesita el bucle para mantener esta diferencia de potencial.
@Boris, eso es correcto, para que fluya la corriente, necesitas dos cosas, un bucle y una diferencia de potencial.
Todavía no estoy viendo una corriente de tierra aquí. Como R a i r está en paralelo con R 2 entonces no hay corriente en la tierra. Si fuera el caso de que tuviera dos conexiones a tierra separadas, entonces podría fluir algo de corriente de una, pero fluiría de regreso a la otra, ya que la corriente de la batería también tendría que fluir hacia ella para evitar romper la ley actual de Kirchhoff.
@WarrenHill no importa. Existe resistencia a la fuga desde la parte superior de la batería a través del aire y de regreso a través de tierra hasta la parte inferior de la batería. Puede ser insignificante, pero todavía está allí. Las leyes de Kirchoff siguen vigentes.
@Trevor Sé que estoy siendo pedante aquí, pero esto solo es cierto si hay terrenos separados, el voltaje de la parte superior de la batería encuentra un camino a tierra a través del aire. De acuerdo, esto es insignificante y el suelo como R a i r es muy grande. Esta conexión a tierra no tiene necesariamente la intención de serlo, por ejemplo, la carcasa conectada a tierra de una computadora cercana. pero esta corriente tiene que regresar a través de la conexión a tierra intencional, oa través de otra ruta para garantizar que no rompamos la KCL. La corriente que sale de la batería debe ser igual a su corriente de retorno.
@Trevor, aceptaría su respuesta, ya que con dos conexiones hay una ruta de retorno alternativa
@WarrenHill sí, de hecho, hay una gran cantidad de rutas de alta impedancia. Pero dado que el OP pregunta específicamente sobre la corriente en su conexión a tierra, es el único que quiero mencionar aquí. y sí, en realidad, la parte superior de la batería de regreso a ese cable habrá tomado numerosas rutas para llegar allí, algunas de las cuales suben por ese enlace a tierra ... pero eso no es pertinente a la pregunta.

Esto lo explica Kirchhoff . Tiene dos leyes: la ley del voltaje y la ley de la corriente.

No explicaré la ley de voltaje, ya que eso no es lo que hace su pregunta, pero la ley actual simplemente establece:

La suma de todas las corrientes en un nodo es cero.

alternativamente:

La suma de todas las corrientes que salen de un nodo es cero.

Lo que esto significa en el caso de su circuito simple es que la corriente I 1 que sale de la parte superior de la batería es igual a la corriente I 2 que fluye hacia la batería.

Dado que la batería y la resistencia están en serie con la resistencia, entonces la corriente que fluye hacia el nodo inferior a través de la resistencia es I 1 .

Llamemos a la corriente que fluye hacia la tierra I 3 .

I 3 = I 1 − I 2 = 0 desde I 1 = I 2 .

No estoy seguro de que Kirchhoff sea aplicable aquí, ya que agregar una conexión a tierra rompe la suposición del "modelo de elementos agrupados" al que se aplica Kirchhoff. Especialmente la segunda suposición sobre la carga constante como tierra hace que la carga "desaparezca" del circuito.

En el circuito de su pregunta, la función de conexión a tierra es de un punto de referencia, es decir, un punto de potencial cero. Desde este punto, puede especificar todos los voltajes en los nodos del circuito. Es una conveniencia para el análisis, digamos, método nodal.

No hay relación con la corriente. Es una convención para asignar un nodo como un nodo de potencial cero.

Mencioné específicamente que no es un punto de referencia. Pero conexión a tierra real.

Entonces, en este circuito simple, ¿por qué no hay fuga de corriente a tierra? Suponga que se trata de una verdadera conexión a tierra (una varilla en la tierra, por ejemplo).

El diagrama del circuito no muestra elementos que puedan causar que una corriente fluya a tierra. Si la corriente SÍ fluye hacia el nodo de 'tierra a tierra', ¿es positiva? ¿Negativo? ¿C.A? ¿CORRIENTE CONTINUA?

En pocas palabras, este circuito no crea ninguna salida de corriente, a menos que existan otros elementos del circuito, que no se muestran. Si hay una nube de tormenta y cae un rayo, HABRÁ corriente a tierra. Eso, sin embargo, no es parte del esquema, por lo que no es parte de la ecuación. Por lo tanto, nos quedamos con la corriente 'cero' predicha.

¿Por qué la conexión a tierra no pierde corriente?
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