Terminal único de fuente de voltaje conectado a tierra

Si entiendo su pregunta correctamente, no se requiere una batería para demostrar este problema. Digamos que tiene cualquier objeto, en algún potencial . Luego, lo conectas a algún otro potencial. ¿Fluye algo de corriente? Digamos que es un cubo de metal, y está al potencial de la Tierra, más un voltio. Luego, de repente se conecta a la Tierra:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Respuesta corta: no fluye corriente. No hay circuito para que fluya la corriente.

Pero esta es una aproximación, hecha para simplificar el análisis. Estamos descuidando un hecho importante: todo tiene alguna capacitancia para todo lo demás. El cubo de metal es una placa del capacitor y la Tierra es la otra. Así que el circuito es en realidad este:

^{simular este circuito}

En este caso, cuando V1 de repente se vuelve 0V, fluirá algo de corriente. La carga total que fluirá dependerá de la capacitancia$C$, que es muy pequeño. Quizás$1fF$, si hasta eso. Sabemos que la capacitancia multiplicada por el voltaje es carga:

Entonces, la carga total que fluirá si V1 pasa de$1V$a$0V$, y$C$es$1fF$es:

Esta es una carga muy pequeña, mucho más que insignificante para cualquier circuito práctico.

La corriente que fluirá es una función de qué tan rápido$V_1$cambios y la capacitancia$C$, de acuerdo a:

Entonces, ¿cómo se relaciona esto con la EDS?

ESD es lo que obtienes cuando la diferencia de potencial entre dos cosas es lo suficientemente grande como para romper el aislamiento entre esas cosas. Por lo general, ese aislamiento es aire. La cantidad de voltaje que toma depende de muchos factores, y no soy un experto, pero estamos hablando de diferencias medidas en kilovoltios.

Estos altos voltajes se pueden lograr precisamente debido a la muy pequeña capacitancia entre usted y todo lo demás. Recuerda de nuevo que$CV=Q$. Podemos reorganizar eso como:

Si$C$es muy pequeño, entonces una carga muy pequeña$Q$puede conducir a un voltaje muy alto. Cuando barajas la alfombra, es posible que solo transfieras un puñado (metafórico) de electrones , pero eso es suficiente para cambiar bastante tu voltaje en relación con tu entorno.

Una vez que esté hablando de kilovoltios, y no de la$1V$en el ejemplo anterior, esa corriente insignificante ya no es tan insignificante. Todavía pequeño, eso sí, pero se aplica en un instante tan breve que puede dañar dispositivos sensibles.

Quizás el dispositivo más comúnmente dañado en los tiempos modernos es el óxido de aislamiento de puerta en los MOSFET , que es tan delgado que podría tener un voltaje de ruptura de tal vez$10V$. Si tuviera suficiente carga para aumentar su voltaje lo suficiente como para eliminar el aire relativamente fuerte que lo rodea, entonces los pocos átomos de dióxido de silicio pueden retener esa carga tan bien como un pañuelo de papel húmedo:

Suponga además que el potencial de la batería es mayor que el de la Tierra.

Las baterías no se cargan eléctricamente .

Si un terminal de una batería se conecta a una tierra ideal (un sumidero perfecto para la carga eléctrica) y la carga fluyera desde (o hacia) ese terminal hacia (desde) la tierra, la batería se cargaría eléctricamente.

Pero esto aumentaría la energía potencial del sistema en lugar de disminuirla .*

Otra forma de ver esto es que si, digamos, los electrones dejaran la batería, la batería se cargaría positivamente, lo que atraería electrones de la tierra de regreso a la batería .

*Puede haber una pequeña redistribución de carga dependiendo de la geometría que reduzca la energía del sistema.

¿No es este el mismo principio que está detrás de la descarga electrostática (aunque este escenario no implica una diferencia de potencial tan grande?)

La descarga electrostática solo puede ocurrir si hay suficiente potencial para atravesar (o atravesar) la barrera impuesta por el aire (o el vacío o algún otro gas).

Aquí hay una explicación de la ley de Paschen. Esto se relaciona con el voltaje de terminal requerido versus el "espacio" entre terminales para que un arco eléctrico provoque un flujo de corriente a varias presiones de gas: -

Tenga en cuenta que si su batería está por debajo de 100 V, incluso a la presión óptima para el gas más óptimo (argón), tendrá dificultades para que fluya la corriente. Sin embargo, si los terminales de la batería tienen una forma óptima, hay más posibilidades de que la corriente comience a fluir. No voy a seguir esa ruta en esta respuesta a menos que se solicite.

No importa si su batería está conectada a tierra en un terminal o no, es la diferencia de potencial (también conocida como voltaje) en la batería lo que determina si se descarga a través del aire/gas/vacío.

Esta pregunta es la misma que la mía, cuando empiezo a estudiar electrónica.

1. Además , suponga que el potencial de la batería es mayor que el de la Tierra, ¿por qué no hay flujo de corriente cuando conectamos el terminal único de la batería a tierra?

Respuesta simple, porque la batería es una celda galvánica que necesita una reacción química para permitir que la corriente fluya desde sus terminales. Sin conexión de los terminales + y -, no fluye corriente allí.

La batería no es como un rayo que tiene un potencial diferente ( voltaje del cielo ) entre el aire y el suelo (tierra, suelo).

La batería no tiene carga neta. Incluso en un circuito cerrado, la carga neta de la batería es cero. Sin embargo, cuando la batería está conectada en un circuito cerrado, lo que significa que se ha establecido una ruta conductora entre los terminales (+) y (-) de la batería, los acarreos de carga se bombean a través de la ruta conductora entre los terminales de la batería porque existe un potencial . diferencia entre los terminales.

Conectar un solo terminal de una batería normal a tierra conductora sería lo mismo que conectar a tierra un objeto conductor que no tiene carga neta; no pasa nada. Conectar solo un terminal a tierra es lo mismo que guardar la batería en un cajón de madera (excepto que dejar el terminal en el suelo probablemente lo corroerá)

Si tuviera que conectar ambos terminales a la tierra conductora en la tierra, habrá completado el circuito y la carga fluirá a través de la tierra entre los terminales de la batería.

Si tiene una batería con una diferencia de potencial de 3000 V entre sus terminales, y conectó una terminal a tierra conductora y mantuvo un espacio de aire máximo de 1 mm entre la otra terminal y tierra, es probable que el aire se descomponga y complete el circuito. (terminal de la batería, tierra, aire ionizado, otro terminal de la batería) permitiendo que la corriente fluya entre los terminales de la batería.