¿Saldrían chispas cuando se ataca una nave espacial?

La pregunta ha cambiado, por lo que mi respuesta debe cambiar.

Hacer funcionar todo con bajo voltaje es una forma de minimizar las chispas, pero no la única.

• Diseñe la mayor parte de la infraestructura (gabinetes, mamparos, etc.) con un aislante eléctrico, como el plástico.

• Moler todo. Esto significa enchapar el gabinete alrededor de cualquier elemento eléctrico con material conductor conectado a tierra. Esto canaliza la electricidad. Usted hace esto hoy con, por ejemplo, interruptores de luz para proteger mejor al usuario. La electricidad va a otro lugar que no sea el usuario.

• Detenga la energía con un interruptor de estilo GFCI ultrasensible, de modo que cualquier flujo de corriente fuera de lo esperado para el circuito se apague instantáneamente.

• Finalmente, date cuenta de que no puedes detener todas las chispas. Las chispas son más que la ionización del aire. También son fragmentos sobrecalentados del conductor y los materiales circundantes . Donde hay electricidad, hay chispa (arrastra los pies en el suelo y toca a tu amigo. Es posible que tu amigo no lo aprecie, pero será muy educativo).

Las aspiradoras no funcionan con suministros de 5V por una razón.

Está equivocado al decir que puede reducir el voltaje de funcionamiento de todo para crear un Shangri-La de consumo de energía sin chispas. La iluminación es un buen ejemplo. Puede iluminar adecuadamente un espacio pequeño con unos pocos voltios, pero un espacio grande requiere cientos, incluso miles de voltios, para generar la cantidad de fotones necesarios. Recuerde, los LED son muy buenos para producir unos pocos fotones de alta energía. Es por eso que son ideales para señales de tráfico y luces de freno. Son (todavía) pésimos para producir una gran cantidad de fotones de baja energía, que es lo que requiere la iluminación ambiental. Las luces LED que llenan la habitación requieren más de 5V.

Luego está todo lo que requiere un motor de cualquier tipo. Puede volcar (en sentido figurado) toda la corriente que desee en un motor de bajo voltaje y el par será tan bajo que puede detenerlo con la mano. Más tensión, más par, más capacidad para mover el coche, aspirar el suelo, fresar el metal, etc.

Y eso suponiendo que su distribución de energía no esté diseñada para mover grandes cantidades de energía a altos voltajes. La razón por la que las líneas eléctricas de larga distancia usan cientos de miles de voltios es que minimiza la pérdida de energía y la cantidad de cable necesaria para transportar los amperios (Potencia = Corriente (amperios) x Voltaje (voltios)). La pantalla en el reposabrazos de su capitán puede requerir solo 5 V @ 2 A para funcionar, pero todas las pantallas y todos los controles en el puente necesitarían 5 V @ 100 o 1,000 A. De repente, podría tener sentido enviar la energía al puente en 10.000 voltios, lo que reduce la corriente de 0,01 a 0,001 amperios y una importante reducción en el tamaño del cable.

Y también obtendrías chispas.

Y esto es ignorar el hecho de que detrás de esas pantallas de 5V puede haber conductos de alta energía para hacer funcionar calentadores (alto voltaje), ventiladores (alto voltaje), bombas de agua y alcantarillado (alto voltaje), motores, armas, comunicaciones y quién. sabe qué más. La creencia de que todo se puede reducir a 12 V o 5 V es totalmente errónea.

Un ejemplo de la vida real: Hace mucho tiempo trabajé como ingeniero para Signetics Corp construyendo chips de interfaz de comunicación para satélites. Un chip que diseñé, un búfer de 32 bits (básicamente un repetidor de señal), fue diseñado con un "plano de tierra" demasiado pequeño. El plano de tierra es básicamente la lámina de metal en la que se vierte la electricidad no utilizada, como el cable blanco que se usa en el cableado doméstico de los EE. UU. Como resultado, cuando los 32 bits pasaron de mayor a menor simultáneamente, el chip experimentó una falla catastrófica: literalmente, explotó. Me dijeron que los técnicos pasaron el mejor momento de sus vidas haciendo estallar mi primer lote de chips. ¿Cuántos voltios se usaron? ¡UNA!

Si bien el uso del agua como metáfora de la electricidad es muy simplificador, es útil para aquellos que no tienen experiencia de ingeniería en electricidad.

• Voltaje = la velocidad del agua corriendo a través de un canal.

• Corriente = la cantidad de agua que corre a través de un canal.

• Alambre = el canal.

Hay un límite de agua que puedes empujar a través de un canal antes de que se desborde. Desbordar un canal significa lavar la granja y matar al granjero y sus pollos, por lo que el desbordamiento del canal (p. ej., demasiada corriente en un cable, dañar el cable con el calor) es malo.

Las ruedas de paletas son útiles para hacer el trabajo. Algunas ruedas de paletas son livianas, hacen girar un pequeño ventilador para mantener frescos a los pollos. Casi no importa cuánta agua haya porque la rueda de paletas es liviana y fácil de girar. Lo que realmente importa es la velocidad del agua (voltaje). Muy poca velocidad y la rueda no gira y los pollos mueren de un golpe de calor. Demasiada velocidad y la grasa del eje se quema, rompiendo la rueda de paletas (matando tanto a las gallinas como al niño huérfano que estaba recogiendo huevos). Necesita la velocidad correcta para girar la rueda de manera eficiente.

Sin embargo, una rueda de paletas grande necesita velocidad y volumen. La rueda grande de la granja se usa para hacer girar la piedra de moler para hacer harina y, al cambiar de marcha, hace funcionar una herramienta realmente ingeniosa que perfora, taladra, sierra y martilla para la fabricación rápida de madera y metal. Al igual que la rueda ligera, debe haber la velocidad adecuada para girar la rueda, pero también necesita volumen o la rueda simplemente se queda ahí mojándose.

En la vida real, un circuito solo usará tanta corriente como necesite, pero muy poco voltaje y el circuito no funcionará o demasiado voltaje y el circuito se quemará. Vea mi ejemplo de la vida real, arriba.

El engranaje (llamado transformador en el mundo de la electricidad) nos permite compensar el tipo de fuente de agua que tenemos. Tenemos un canal grande al que tiene acceso toda la comunidad, pero queremos hacer funcionar una rueda liviana a una velocidad más alta que la que puede proporcionar el canal grande pero de movimiento lento. Así que usamos engranajes para acelerar la pequeña rueda. SIN EMBARGO , no hay mucho que puedas hacer con un canal pequeño pero de movimiento rápido. Cualquiera que haya usado una manguera de jardín para limpiar su camino de entrada sabe que un poco de agua a alta presión moverá la tierra, a menudo mejor que mucha agua a baja presión, pero no se puede mover una roca grande de esa manera. Se necesita mucha agua para desplazar una roca. Lo mismo es básicamente cierto para la electricidad.

Como puede ver, no se trata solo de voltaje. Si lo fuera, podría (como sugiere) simplemente diseñar los circuitos para un voltaje más bajo y listo, sin chispas, todos a salvo. En realidad, se trata de poder (P = I * V). A veces no puedes lidiar con el cable enorme que necesitas para una "I" grande porque quieres una "V" pequeña. Esto significa aumentar "V" y eso significa chispas.

PARA EL REGISTRO: todos esos geniales efectos de Hollywood son para su entretenimiento y no reflejan la realidad de ninguna manera o forma. No arrojan chispas eléctricas a sus actores, usan pirotecnia, mejor conocida como fuegos artificiales, para hacer que el momento sea más dramático. Cuando el Apolo 1 hizo un cortocircuito, encendiendo la atmósfera de oxígeno puro de la cabina y matando a los astronautas, hubo una chispa seguida de una cascada de problemas que no eran chispas. Así funciona la electricidad... y falla....

El voltaje no es la consideración principal en el cableado eléctrico. La corriente y la potencia son. Si tengo una computadora que consume 500w y la ejecuto a 5v, necesito 100 amperios. Después de haber trabajado en un robot que funciona a alrededor de 100 amperios cuando está bajo carga, puedo mencionar que necesitaría un cable de un centímetro de grosor. Eso va a pesar y costar mucho en una nave espacial. ¿Por qué tan grueso? Para reducir la resistencia en el cable, lo que reduce la pérdida de energía/acumulación de calor y evita que se queme bajo carga. Entonces, para cualquier cosa más grande que una computadora portátil o una lámpara de escritorio, necesitará voltajes más altos. (La pérdida de energía a través de la resistencia es solo una función de la corriente, por lo que para la misma potencia, los voltajes más altos tienen menos pérdidas. Es por eso que las líneas eléctricas de larga distancia son de alto voltaje)

Además, puede obtener chispas de voltajes sorprendentemente bajos. Cuando era niño, me divertía mucho haciendo lámparas de arco de carbón de corta duración que funcionaban con 12v CC.

Hay otro efecto que debes conocer llamado... flyback. Si tiene un motor que funciona felizmente a 12v y de repente saca el enchufe, la inductancia en las bobinas del motor puede generar un gran voltaje (no debido al movimiento de los motores, sino al colapso del campo magnético de las bobinas). ¿Cuánto cuesta? Depende de qué tan rápido desconecte el enchufe y qué tan grande sea el motor. Como referencia, me di un golpe desagradable al construir un controlador de motor mal diseñado (auto) para un motor de taladro inalámbrico de 12v. No tenía un diodo flyback, el FET tenía una capacidad nominal de miles de voltios (por lo que no se quemó), por lo que al hacer PWM en el motor, el disipador de calor se activaría probablemente a un par de cientos de voltios - suficiente para darme una agradable sorpresa cuando lo toqué! Si tuviera un motor más grande, podría entrar fácilmente en el rango de kv, incluso con un suministro de 12vdc.

Además, no se requiere electricidad para las chispas. Se requiere electricidad para los arcos. Un arco es donde el aire se convierte en plasma, una chispa es una pequeña cosa caliente que brilla intensamente. Puedes hacer chispas golpeando rocas o moliendo acero en una piedra de afilar eléctrica. El ferrocerio en un encendedor crea chispas con el poder de tu pulgar. Si tira de una pieza de acero por la mitad lo suficientemente rápido, genera calor y puede obtener algunas 'chispas'.

Pero, ¿por qué los paneles de control en las películas generan chispas cuando se golpea la nave espacial? Es la regla de lo genial [insertar enlace de tvtropes]

El problema es que "el USB es de 5v y puede funcionar básicamente con cualquier cosa" hoy en día , y esa afirmación no es ni siquiera cercana a la verdad. El USB funciona con 5 voltios con un máximo de alrededor de 2 amperios para algunas configuraciones de carga, por lo que la potencia máxima es de ~ 10 vatios, incluso si lo aumenta a 12 V, seguirá buscando menos de 100 vatios con cualquier amperaje razonable. La mayoría de los dispositivos en estos días "funcionan" con alimentación USB mediante la carga de potentes baterías integradas durante horas (que tienen otros problemas de seguridad). Estos niveles de potencia no serán suficientes para ejecutar una computadora potente o una pantalla de visualización grande hoy y olvidarse de las interfaces holográficas o las supercomputadoras del futuro.

El extremo de esto es la ruta de Star Trek de colocar un conducto de plasma directamente en cada estación de trabajo, probablemente una exageración y definitivamente ha demostrado los peligros de ejecutar alta potencia junto a donde trabaja la gente, pero tiene la flexibilidad y la comodidad de proporcionar más de suficiente energía para hacer funcionar cualquier cosa que el tripulante pueda desear, incluidos elementos de alto consumo de energía como cargar un fáser o hacer funcionar un replicador.

Entonces, sí, probablemente podría optar por controles e interfaces de baja potencia más seguros, pero habrá límites: pantallas de visualización muy pequeñas, potencia de cómputo local limitada, sin dispositivos de carga, etc. y olvídese de cualquier tecnología futura, como ejecutar un holo-deck, pantalla de vista principal, monitoreo de unidades, software de navegación, etc.