Je suis un peu confus quant au concept de masse, et peut-être de tension également, en particulier lorsque j'essaie d'analyser un circuit. Lorsque j'ai appris la loi d'Ohm à l'école primaire, j'ai appris à l'appliquer pour calculer le courant, la tension et la résistance de circuits simples.
Par exemple, si on nous donnait le circuit suivant:
On pourrait nous demander de calculer le courant traversant le circuit. À l'époque, je calculais simplement (en fonction des règles données) 1.5V / 1Ohms = 1.5A.
Plus tard, cependant, j’ai appris que la tension de la résistance serait de 1,5 V parce que la tension est en réalité la différence de potentiel entre deux points et que la différence de tension entre les bornes de la batterie serait la même que celle de la résistance. résistance (corrigez-moi si je me trompe), ou 1.5V. Je me suis confondu, cependant, après l'introduction du concept de terrain.
La première fois que j'ai essayé de faire le calcul du courant pour un circuit similaire au précédent sur un simulateur, le programme s'est plaint de ne pas avoir de masse et de "sources de tension flottantes". Après quelques recherches, j'ai appris que les circuits ont besoin de la terre comme point de référence ou pour des raisons de sécurité. Une explication a été mentionnée selon laquelle on peut choisir n’importe quel nœud pour la terre, bien qu’il soit courant de concevoir des circuits de manière à ce qu’il existe un "endroit facile" pour cueillir la terre.
Donc pour ce circuit
J'ai choisi la terre en bas, mais serait-il acceptable de choisir la terre entre les résistances de 7 et 2 ohms - ou tout autre endroit? Et quelle serait la différence lors de l'analyse du circuit?
J'ai lu qu'il y a 3 symboles de masse typiques avec différentes significations: la masse du châssis, la masse et la masse du signal. Un grand nombre de circuits que j'ai vus utilisés dans les exercices utilisent soit la terre, soit la terre de signalisation. Quel est le but d'utiliser la terre? À quoi la masse du signal est-elle connectée?
Une autre question: étant donné que la terre a un potentiel inconnu, n'y aurait-il pas de courant circulant vers ou depuis la terre vers le circuit? D'après ce que j'ai lu, nous traitons le sol comme étant à 0V, mais n'y aurait-il pas un effet en raison d'une différence de potentiel entre le circuit et la terre? L'effet serait-il différent selon le sol utilisé?
Enfin: en analyse nodale, on choisit habituellement une terre à la borne négative de la batterie. Cependant, lorsqu'il y a plusieurs sources de tension, certaines d'entre elles sont "flottantes". Quelle est la signification de la tension d’une source de tension flottante?
Réponses:
Votre simulateur souhaite pouvoir effectuer ses calculs et signaler les tensions de chaque nœud par rapport à une référence, plutôt que de devoir signaler la différence entre chaque paire de nœuds possible. Vous devez lui indiquer quel nœud est le nœud de référence.
En dehors de cela, pour un circuit bien conçu, la "masse" n'a aucune signification dans la simulation. Si vous concevez un circuit où il n'y a pas de chemin d'accès continu entre deux nœuds, le circuit sera insoluble. Les simulateurs typiques du type SPICE résolvent ce problème en connectant des résistances supplémentaires, généralement 1 GOhm, entre chaque nœud et la terre. Il est donc concevable que le choix du nœud de terre puisse affecter artificiellement les résultats d'une simulation d'un circuit à très haute impédance.
Vous pouvez choisir n’importe quel noeud comme base de référence. Souvent, nous pensons à l’avenir et choisissons un nœud qui éliminera les termes des équations (en leur attribuant la valeur 0) ou simplifiera le schéma (en nous permettant d’indiquer les connexions par un symbole de masse plutôt que par un ensemble de lignes reliant ensemble).
La terre est utilisée pour indiquer une connexion à quelque chose qui est physiquement connecté à la terre sous nos pieds. Un fil qui traverse le bâtiment jusqu'à une tige de cuivre enfoncée dans le sol, dans un cas typique. Ce sol est utilisé à des fins de sécurité. Nous supposons que quelqu'un qui manipule notre équipement sera connecté à quelque chose comme la terre par ses pieds. La terre est donc le nœud de circuit le plus sûr à toucher, car elle ne génère pas de courants traversant leur corps.
La masse du châssis n’est que le potentiel du boîtier ou du boîtier de votre circuit. Pour des raisons de sécurité, il est souvent préférable que cette connexion soit mise à la terre. Mais appeler cela "châssis" au lieu de "terre" signifie que vous n'avez pas supposé qu'il était connecté.
La masse du signal est souvent distinguée de la terre (et partiellement isolée de celle-ci) afin de minimiser la possibilité que les courants traversant les fils de terre ne perturbent la mesure des signaux importants.
N'oubliez pas qu'un circuit complet est nécessaire pour que le courant puisse circuler. Vous auriez besoin de connexions à la terre en deux endroits pour que le courant puisse circuler dans votre circuit à partir de la terre. De manière réaliste, vous auriez également besoin d'une sorte de source de tension (une batterie, une antenne ou quelque chose comme ça) dans l'un de ces chemins de connexion pour avoir un écoulement continu entre votre circuit et la terre.
Si j'ai une source de tension de valeur V entre les nœuds a et b , cela signifie que la différence de tension entre a et b sera de V volts. Une source de tension parfaite générera le courant nécessaire pour y parvenir. Si l'un des noeuds se trouve être la masse, cela vous donne immédiatement la valeur sur l'autre noeud de votre système de référence. Si aucun de ces nœuds n'est "terre", vous aurez besoin d'autres connexions pour établir la valeur des tensions à a et b par rapport à la terre.
la source
Parfois, les nombreuses définitions du mot confondent les gens.
nom de sol
Dans le contexte de l'électronique, parfois, masse signifie sens 1 ci-dessus. La Terre est après tout une boule de fer d’ environ . Comme tout le reste, il existe à un certain potentiel électrique , et si vous collez une longue tige conductrice dans la Terre, vous pouvez créer d'autres choses connectées à cette tige à peu près au même potentiel:6⋅1024kg
Bien sûr, la Terre est vraiment grosse. Tout n'est pas au même potentiel. En fait, même pas proche. L'énorme champ magnétique terrestre change constamment et induit des courants sur toute la Terre. D'autres personnes ont leurs propres cannes coincées dans la Terre et mettent des courants dans la Terre. La foudre déplace un courant formidable sur la Terre. Puisque la Terre n’est pas un conducteur parfait et que, selon la loi d’Ohm, tout courant, quelle que soit sa résistance, soit accompagné d’une tension, le potentiel entre deux points de la Terre n’est pas le même, à moins que vous ne soyez chanceux ou que les points sont très proches.
Et, si vous avez déjà utilisé un appareil alimenté par batterie, vous savez que les appareils électroniques peuvent parfaitement fonctionner sans connexion à la Terre. Pourtant, ces appareils ont une terre. Donc, ce n’est probablement pas le sens de la terre que vous devriez utiliser comme base de votre compréhension électrique. L’autre sens, la base sur laquelle repose une croyance , est probablement un meilleur départ.
Il est très astucieux de constater que votre confusion est également liée à la tension. La terre est, tout simplement, . Mais pour comprendre ce que cela signifie vraiment, il faut vraiment comprendre la tension. Beaucoup de gens tombent dans le piège de penser que, puisque la terre est à , la terre est alors où il n'y a pas de tension. Ainsi, il doit y avoir de la tension partout ailleurs. Mais, une fois que vous comprenez la tension, vous voyez que cela ne peut pas être vrai.0 V0V 0V
Alors, quelle est la tension ? Le terme le plus rigoureux pour cela est la différence de potentiel électrique . Les trois mots font partie de la compréhension de la tension. L'électricité est évidente.
Qu'en est-il du potentiel ? Le potentiel a une signification spécifique en physique. L' énergie potentielle est la capacité de certains arrangements de faire le travail . Par exemple, un ressort comprimé, un étrave tendue ou un réservoir d'essence à haute pression peuvent potentiellement fonctionner s'ils sont libérés.
Imaginez une balle au sommet d'une rampe. Si la balle est autorisée à descendre la rampe, en bas, elle se déplacera assez vite. Il a acquis cette énergie cinétique de l’énergie potentielle qu’il avait au sommet de la rampe. S'il n'y a pas d'autres pertes (frottement, par exemple), alors l'énergie cinétique gagnée par la balle est égale à l'énergie potentielle perdue, selon la loi de la conservation de l'énergie .
C'est l' énergie potentielle . Le seul potentiel a en soi une définition différente: il s’agit de l’énergie potentielle par unité de matière à un moment donné dans un système. De toute évidence, une balle massive au sommet de la rampe a plus d’énergie potentielle qu’une petite balle au sommet de la même rampe. Ainsi, les deux billes ont des énergies potentielles différentes en haut de la rampe, mais elles ont le même potentiel.
Le type d’information dont il s’agit dépend du type de potentiel. Pour les champs de gravité, la matière est la masse. Pour les champs électriques, le matériel est chargé . L'énergie potentielle est mesurée en joules . Le potentiel gravitationnel est mesuré en . Le potentiel électrique serait alors mesuré en joules par coulomb ( ), ce qui correspond en réalité exactement à la définition du volt .J / CJ/kg J/C
Alors plus tôt nous avons dit que la tension est la différence de potentiel électrique . Quelle est la différence ? Imaginez encore notre rampe. Si vous supposez que la gravité est également forte n'importe où sur Terre (ceci est approximativement vrai , mais constitue une hypothèse simplificatrice valable pour de nombreuses techniques d'ingénierie pratique), alors l'emplacement de la rampe est-il important? Que ce soit à Death Valley ou sur le mont Everest : le ballon, après avoir roulé sur la rampe, aura à la fin la même énergie cinétique. Le potentiel en haut et en bas de la rampe est sans importance; l'important c'est la différenceen potentiel entre le haut et le bas. Si nous supposons que le champ de gravité de la Terre est le même partout où nous pourrions emprunter cette rampe, alors seule la hauteur de la rampe est pertinente.
Donc, puisque la tension est une différence , nous avons besoin de deux points pour avoir une tension. Si nous disons qu'un nœud dans un circuit est , alors nous disons qu'il est plus qu'un autre point. La terre est cet autre point, sauf indication contraire du contexte.5 V5V 5V
Une convention similaire existe avec la hauteur. Si je dis la hauteur du mont. Everest est , vous assumerez je veux dire sa hauteur est plus que le niveau de la mer . Je peux aussi remplacer cette référence par un contexte explicite. Par exemple, je peux dire Mt. Everest est plus élevé que K2 . La référence par défaut peut également changer. Par exemple, si je dis que l' Olympus Mons mesure , vous ne supposerez probablement pas qu'il se trouve au-dessus du niveau de la mer, mais plutôt une donnée équivalente sur Mars. Il n'y a pas de référence universelle pour l'élévation.8848 m 237 m 21229 m8848m 8848m 237m 21229m
C'est pourquoi le sol est à , tout comme le niveau de la mer est à . Ce n'est pas que le sol n'a pas de tension, ou le niveau de la mer n'a pas d'élévation: c'est que ces choses sont des différences , et la différence entre une chose et elle-même est . Ainsi, il n'y a pas de magie sur le sol . Ça ne fait rien. C'est juste un nœud dans le circuit, comme n'importe quel autre. Ce n'est que par définition que c'est aussi , et cette définition existe juste comme une convention pour simplifier notre discussion d'un circuit. Il n'y a pas de terre universelle ou0 m 0 0 V 0 V0V 0m 0 0V 0V jusqu'à ce que nous définissions quelque chose en tant que tel. Habituellement, c'est juste ce que nous décidons de coller au sol. Nous pouvons le placer où bon nous semble, mais nous le mettons généralement dans la mesure du possible pour faciliter les calculs et la discussion.
Questions connexes:
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Voir ma réponse ici sur la nature du sol et comment le terme "sol" est utilisé en électronique. Les parties significatives de cette réponse sont également pertinentes pour la question.
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