¿Por qué la Tierra es una referencia útil del potencial eléctrico?

Estás tomando esta cosa de "tierra" o "tierra" demasiado literalmente.

Si le digo: "Hay 100 V DC en este nodo". Entonces, asumiría que quiero decir "100 V DC potencial relativo al nodo de tierra del dispositivo que estoy midiendo en ese momento .

Me llamaría loco si dijera: "Hay 100 V CC en este nodo en relación con el casco metálico de un petrolero que se encuentra en medio del Océano Atlántico ".

Sería un inconveniente medir realmente así. No hay garantía de que el casco del petrolero esté correctamente conectado a tierra (también: ¿conectado a qué? ¿El fondo del mar?)

Este ejemplo tonto demuestra que "tierra" o "tierra" es solo un punto de referencia local . Lo definimos como que tiene un voltaje de potencial cero. Siempre se necesitan 2 nodos para medir un voltaje, un voltaje es en realidad una diferencia potencial . Es extremadamente conveniente hacer que uno de esos potenciales sea cero . Y a eso le llamamos "tierra" o "tierra".

Para tener una corriente necesita un circuito ... Es decir, necesita una ruta de corriente en ambas direcciones desde una fuente de voltaje.

El conductor más grande del planeta es el planeta mismo. Aunque el suelo seco y la tierra en sí tienen una resistencia bastante alta por metro lineal, si se considera que hay 1 billón de kilómetros cúbicos de "tierra", eso es mucho o resistencias en paralelo.

Como tal, la resistencia desde el suelo desde donde vivo en cualquier parte del planeta en el que se encuentre, es en realidad un número bastante pequeño. La broca de suciedad en la que estás parado está conectada eléctricamente a la broca debajo de mi silla. Por eso, la tierra o el suelo, se cita como un potencial común cuando se habla de electricidad en general.

Sin embargo, es solo una referencia. En cualquier circuito, la tierra es generalmente un punto de referencia desde el cual usted mide voltajes a otros puntos en el circuito. Esa tierra puede o no estar conectada al planeta. De hecho, el suelo en su circuito puede estar a kilovoltios por encima del potencial real del suelo.

En el cableado de su casa, Neutral y Ground tienen diferentes funciones, aunque, en la mayoría de los casos, en realidad están conectados entre sí en algún lugar. El Neutro es la ruta de retorno real al devanado del transformador, mientras que la tierra va a ... bueno ... a tierra.

Sin embargo, en la mayoría de los países e instalaciones, el neutro del transformador también está "conectado a tierra". Esto garantiza que todos en su vecindario reciban el mismo voltaje y no todos estén flotando a diferentes niveles debido a la acumulación de estática.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Cuando todo funciona correctamente, ninguna corriente fluye realmente al suelo. La corriente que sale de la bobina del transformador en el lado activo debe volver a ella a través de la línea neutral.

Considere la alimentación de CA que ingresa a su hogar como ejemplo. Si toca un cable caliente (directa o indirectamente a través de un cortocircuito en un dispositivo), lo que le importa es la diferencia potencial entre su mano en el cable y el suelo debajo de sus pies. Esa es la diferencia potencial que está haciendo para determinar si una corriente fluye a través de usted o no. Eso lo hace prácticamente un valor de referencia muy importante en tales sistemas. Lo mismo ocurre con los fenómenos naturales como el aligeramiento de las huelgas. Por esta razón, el sistema eléctrico de su hogar está literalmente conectado a tierra.

(Esta pregunta es tangencialmente relevante: AC: ¿Por qué diferenciar entre el suelo? y ¿Neutral? Aunque se trata específicamente de las convenciones de cableado en las casas, las respuestas se refieren a la conexión física a la tierra de los cables.)

En sistemas aislados, como, por ejemplo, los sistemas de CC alimentados por batería, la palabra "tierra" todavía se usa por razones históricas, pero el potencial entre su "tierra" en ese sistema aislado y el potencial de la tierra literal bajo su los pies pueden ser cualquier cosa, y probablemente ni siquiera están especialmente bien definidos, mientras que no hay un camino eléctrico que los conecte. En este contexto, el uso de la palabra "fondo" no es literal en absoluto.

  

Mi pregunta es, ¿por qué se usa el suelo / la Tierra como referencia?

Porque es una vía de baja impedancia con una carga neta cercana a cero voltios . Puede volcar tanta corriente en el suelo como desee y aún permanecerá cerca de cero. El punto es su vía de retorno para que la corriente entre dos puntos sea bastante insignificante (piense en miliohms).

  

¿Por qué la altura sobre nuestras cabezas no es la referencia?

Debido a que es una vía de alta impedancia, no se puede descargar corriente (solo pA o fA) y su carga neta generalmente no es cero (campos eléctricos de ESD y la atmósfera, en el día en que oscila de ± 100 V / m, las tormentas que pasan pueden llevar ese potencial a 10kV / m)

  

Es porque su potencial relativamente infinito es   -500 ... (algo) voltios, ¿por lo que cualquier sobrecarga en nuestros dispositivos podría simplemente descargarse al suelo?

Sí, el suelo "absorberá" cualquier carga (aunque cerca de las centrales eléctricas, el potencial del suelo puede ser un poco mayor debido a las corrientes locales y al hecho de que el suelo no es un superconductor, aún tiene pequeñas cantidades de resistencia)

  

Pero incluso considerando que esto es correcto, ¿por qué es útil?

Considere lo que sucedería si el potencial de la tierra fuera una vía de alta impedancia o un aislante (como si la tierra estuviera hecha de teflón). La conexión a tierra sería imposible y uno no podría simplemente colocar una estaca de cobre en el suelo para igualar el potencial entre usted y otro objeto, tendría que colocar un cable adicional en cada polo de potencia para cualquier corriente de retorno para tierra segura, e incluso entonces Habría una ligera diferencia entre un punto y otro debido a la resistencia de este cable. Las aplicaciones de comunicaciones y energía serían mucho más difíciles.

  

Lo que lo hace útil es saber que en algún punto, tienes X potencial   ¿En relación a nuestro cero referencial?

El punto es que el potencial de tierra no cambia mucho y los cambios serían insignificantes y lentos, y no serían perceptibles para casi todas las aplicaciones.

Una referencia no es más que comparar un punto con otro. Usted está viendo cómo se ve el punto 'a' en comparación con el punto 'b'. ¡Puedes usar cualquier cosa como referencia! Técnicamente, B + se puede utilizar como una referencia a B + (buscando una caída de IR, quizás ...). En este sentido, todo es RELATIVO. ¿Cuál es su relación entre sí? La pregunta clave para esta ecuación es: "¿Existe una DIFERENCIA POTENCIAL entre estos dos puntos de referencia? La respuesta es: SIEMPRE hay una diferencia. La pregunta es cuánto. ¿Realmente importa (ingrese el cálculo diferencial)? arregle esto (ingrese cálculo diferencial)? Sí, señoras y señores, las matemáticas son muy importantes.