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    Conexión a tierra (física): cómo funciona y por qué es importante

    La electricidad es un factor indispensable en la vida moderna, y aunque los principales tipos de combustibles que la humanidad utiliza para producirla son una fuente de gran preocupación, la electricidad misma ser requerido mientras persista la civilización en su forma actual. Al mismo tiempo, entre los primeros datos de seguridad que se enseña a prácticamente todos los niños es que la electricidad es, o puede ser, extremadamente peligrosa.

    Además, la electricidad que los humanos generan y, por lo tanto, pueden controlar en gran medida es solo parte de la historia aquí. El fenómeno de los rayos también es familiar para los niños muy pequeños, y al mismo tiempo es una fuente de asombro y preocupación incluso para los adultos. Pero sus "ataques" a nivel de la Tierra son casi tan impredecibles como potencialmente mortales, y una mirada cercana a los complementos de los edificios y otras estructuras en todo el mundo subraya la urgencia de esta consideración de seguridad.

    < em> Conexión a tierra eléctrica, también llamada puesta a tierra
    , proporciona un camino para que la corriente fluya hacia el suelo y el exceso de carga eléctrica para dispersarse en lugar de acumularse y crear un peligro potencial. Esto funciona porque la Tierra, siendo eléctricamente neutral pero también enorme, puede aceptar y proporcionar grandes cantidades de electrones (según los estándares de la industria humana) sin cambios notables en este estado de "voltaje cero". Carga, voltaje y flujo de corriente

    La carga eléctrica en física se mide en coulombs
    . La carga elemental (indivisible) es la de un solo electrón (e-) o protón, con una magnitud de 1.60 10 -19 C y con un signo negativo para los electrones. La separación de partículas con carga opuesta crea un voltaje o diferencia de potencial eléctrico, que se mide en julios por culombio (J /C) e induce a los electrones a fluir en la dirección de una carga positiva neta, un movimiento llamado corriente eléctrica
    .

  • Los electrones "quieren" fluir hacia un terminal positivo u otra área de voltaje positivo neto por la misma razón esencial por la que el agua "quiere" fluir cuesta abajo: un potencial diferencia, pero establecida por la fuerza eléctrica en lugar de la fuerza de la gravedad.

    Este flujo de electrones, medido en C /s o amperios
    ("amperios"), solo ocurre si el camino entre las fuentes de voltaje es un conductor
    y permite fácilmente el flujo de corriente, como la mayoría de los metales. Los materiales no conductores se denominan aislantes , e incluyen plástico, madera y caucho (una abundancia de aislantes entre los productos cotidianos es claramente algo bueno). En la analogía anterior, una presa que retiene el flujo natural de la corriente del río es como un aislante, o dieléctrico
    .

    Todos los materiales, incluso los buenos conductores, tienen cierta resistencia eléctrica
    , denotado R
    y medido en ohmios (Ω). Esta cantidad permite una relación formal entre el voltaje y el flujo de corriente, llamada ley de Ohm: I \u003d V /R.
    ¿Cómo funciona la conexión a tierra?

    La corriente eléctrica se define como el flujo de mayor potencial a menor potencial ( que es el mismo resultado que los electrones que fluyen en una dirección negativa a positiva: ¡tenga cuidado de no confundir este punto!) siempre que exista un camino adecuado entre los dos. Cuando los dos terminales de una batería están conectados por un cable conductor, por ejemplo, la corriente fluye libremente en un bucle con resistencia mínima.

    Sin embargo, si no hay caminos altamente conductivos que conecten una diferencia de potencial, la corriente puede fluir de todos modos como resultado de la ruptura dieléctrica
    si el voltaje es lo suficientemente alto, muy parecido a lo que ocurriría con la falla estructural de una presa provocada por un volumen sin precedentes en el depósito aguas arriba.

  • "; la corriente "no debería" ser capaz de fluir en un material dieléctrico como el aire, pero los voltajes masivos de los rayos abruman este factor.

    El camino eléctrico más transitado ... o buscado

    Eléctrico La corriente, como el agua que desciende por una pendiente suave y rocosa, siempre trata de tomar el camino de menor resistencia. Si se ve obstaculizado por varios materiales aislantes diferentes, querrá fluir a través del menos aislante (es decir, el más conductor). Si existe un camino conductivo, siempre elegirá ese camino sobre todo lo demás.

    El aire es un aislante, y el cuerpo humano es relativamente conductor. Entonces, si se destaca en un campo durante una tormenta eléctrica, tiene un alto riesgo de sufrir una descarga eléctrica. Los pararrayos proporcionan un camino a tierra al demostrar un blanco fácil, de baja resistencia para los rayos. Los relámpagos prefieren fluir a través del metal que a través de ti, así que ahí está.

    El camino desde el pararrayos hasta el suelo tiene una característica esencial de todas las configuraciones de puesta a tierra: ¡No hay desvíos en el camino! La electricidad fluye directamente a la Tierra porque no tiene otras opciones. Es por eso que los "cables" a tierra no tienen que ser cables individuales; pueden ser marcos de metal, siempre que el camino a la Tierra sea completamente autónomo, lo que significa que es un circuito simple.

  • Como ya se sugirió, la Tierra también puede servir como un "donante de electrones" como es necesario debido a su capacidad para dispersar la carga, tanto positiva como negativa, en un volumen enorme, y no solo como un "aceptador de electrones" como en el caso del pararrayos.

    ¿Por qué es importante la conexión a tierra?

    Si bien los pararrayos son vitales, no se utilizan en cada momento de cada día, como innumerables circuitos eléctricos en hogares, oficinas y plantas de fabricación en todo el mundo.

    En un circuito eléctrico, se crea un cable a tierra una ruta adicional para la corriente en caso de un corto u otro mal funcionamiento. En lugar de sorprenderlo cuando toca los componentes del circuito, la corriente fluirá a través del cable de tierra más conductor. La conexión a tierra no solo evita que sufra una descarga eléctrica, sino que también mantiene su equipo a salvo de sobretensiones que, de lo contrario, lo "sacudirían" también.

    Nota: El alto voltaje en sí mismo no hace daño. Sin embargo, una gran diferencia de voltaje hace que sea más deseable que la carga salte, y al hacerlo, crea una corriente más grande. Piense en ello como estar parado en el borde de un acantilado alto. El problema no es estar en el acantilado. Es lo que sucede después de que te bajas como resultado de que la roca debajo de los pies ya no te "aísla" de la influencia de la gravedad y permite que el aire te "conduzca" fácilmente (¡con suerte en una red de seguridad!).
    El enchufe de tres puntas

    En entornos domésticos, la conexión a tierra trata tanto el "síntoma" como la "enfermedad" en el caso de una acumulación imprevista de cargas en las superficies de los electrodomésticos. No solo permite que las cargas deshonestas salgan inmediatamente "en un sentido" para que puedan dispersarse en otro lugar, sino que también evita la entrada de más cargas no deseadas al interrumpir el circuito "aguas arriba".

    Un enchufe moderno típico tiene tres agujeros: dos aberturas de lado a lado y una abertura casi redonda debajo. La ranura vertical más pequeña es para el cable "caliente" (o literalmente, componente de enchufe) para la corriente entrante; su compañero más largo es para el cable neutral (salida). El enchufe redondo es un cable a tierra conectado directamente a una salida del circuito, por lo que las cargas peligrosas que de otra manera fluirían a lo largo de la superficie de un aparato pueden huir hacia la tierra. Este cable está configurado de manera que, por encima de un nivel de corriente dado, todo el circuito se interrumpe y todas las corrientes entrantes se detienen.
    Ejemplos de conexión a tierra

    La conexión a tierra permite una estabilización de voltaje segura en general. circuitos y sistemas. Un estabilizador de voltaje asegura que el voltaje entrante, que en realidad puede fluctuar considerablemente alrededor de su valor deseado una vez dentro de circuitos complejos y sensibles, como un microprocesador de computadora, se normaliza a un valor estrictamente limitado al aumentar o disminuir V según sea necesario.

    Un electroscopio es un conductor que utiliza la inducción de carga para indicar la presencia de cargas externas. Esto utiliza el principio de que los electrones se repelen entre sí. Si una fuente de electrones como una varilla de vidrio cargada (un ejemplo de electricidad estática; los electrones simplemente "se sientan" allí porque el vidrio es aislante) se mantiene cerca del lado del electroscopio conductor (¡pero neutral!), Esto "empuja" el electrones en la pelota lo más lejos que puedan ir. Esto está en el centro de la unidad, donde las "hojas" de metal se separan para indicar que los electrones se juntaron cerca del lado de la pelota en la superficie de la punta de la barra.

    Cuando esto sucede, la acumulación -up de electrones en el interior tiene que estar equilibrado de alguna manera, ya que la esfera es conductora. Como consecuencia, las cargas positivas se acumulan, como podría predecirse, cerca de la punta de la barra.

  • La aplicación de un cable de conexión a tierra para rodear la base aislante del electroscopio cambiaría claramente esta imagen. ¿Cómo?

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