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    Mise à la terre (physique): comment ça marche et pourquoi est-elle importante?

    L'électricité est un facteur indispensable dans la vie moderne, et bien que les principaux types de combustibles que l'humanité utilise pour la produire soient une source de grande préoccupation, l'électricité elle-même être nécessaire aussi longtemps que la civilisation dans sa forme actuelle persiste. En même temps, parmi les premiers faits concernant la sécurité, pratiquement chaque enfant apprend que l'électricité est, ou peut être, extrêmement dangereuse.

    En outre, l'électricité que les humains génèrent et peuvent donc contrôler dans une large mesure n'est que "part of the story here.", 3, [[Le phénomène de la foudre est également familier aux très jeunes enfants, et il est en même temps une source de crainte et de préoccupation même pour les adultes. Mais ses "frappes" au niveau de la Terre sont presque aussi imprévisibles qu'elles sont potentiellement mortelles, et un examen attentif des ajouts aux bâtiments et autres structures à travers le monde souligne l'urgence de cette considération de sécurité.

    < em> Mise à la terre électrique
    , également appelée mise à la terre
    , permet au courant de circuler dans le sol et à l'excès de charge électrique de se disperser au lieu de s'accumuler et de créer un danger potentiel. Cela fonctionne parce que la Terre, étant électriquement neutre mais aussi énorme, peut à la fois accepter et fournir un grand nombre d'électrons (selon les normes de l'industrie humaine) sans changements notables à cet état de "tension nulle".
    Charge, tension et flux de courant

    La charge électrique en physique est mesurée dans coulombs
    . La charge élémentaire (indivisible) est celle sur un seul électron (e-) ou proton, avec une magnitude de 1,60 10 -19 C et donné un signe négatif pour les électrons. La séparation des particules de charges opposées crée une tension
    , ou différence de potentiel électrique, qui est mesurée en joules par coulomb (J /C) et induit les électrons à circuler dans le sens d'une charge positive nette, un mouvement appelé courant électrique
    .

  • Les électrons "veulent" circuler vers une borne positive ou une autre zone de tension positive nette pour la même raison essentielle que l'eau "veut" couler vers le bas: un potentiel différence, mais établie par la force électrique au lieu de la force de gravité.

    Ce flux d'électrons, mesuré en C /s ou ampères
    ("ampères"), ne se produit que si le chemin entre les sources de tension est un conducteur
    et permet facilement le passage du courant, comme la plupart des métaux. Les matériaux non conducteurs sont appelés isolants
    , et ils comprennent le plastique, le bois et le caoutchouc (une abondance d'isolants parmi les produits de tous les jours est clairement une bonne chose). Dans l'analogie précédente, un barrage retenant le flux naturel du courant fluvial est comme un isolant, ou diélectrique
    .

    Tous les matériaux, même de bons conducteurs, ont une résistance électrique
    , noté R
    et mesuré en ohms (Ω). Cette quantité permet une relation formelle entre la tension et le flux de courant, appelée loi d'Ohm: I \u003d V /R.
    Comment fonctionne la mise à la terre?

    Le courant électrique est défini comme passant d'un potentiel plus élevé à un potentiel plus faible ( ce qui est le même résultat
    que les électrons circulant dans une direction négative à positive - attention à ne pas confondre ce point!) à condition qu'il existe un chemin approprié entre les deux. Lorsque les deux bornes d'une batterie sont connectées par un fil conducteur, par exemple, le courant circule librement dans une boucle avec une résistance minimale.

    Cependant, s'il n'y a pas de chemins hautement conducteurs reliant une différence de potentiel, le courant peut circuler de toute façon à la suite de panne diélectrique
    si la tension est suffisamment élevée - un peu comme ce qui se produirait avec la défaillance structurelle d'un barrage provoquée par un volume sans précédent dans le réservoir en amont.

  • C'est pourquoi la foudre "frappe"; le courant "ne devrait pas" pouvoir circuler dans un matériau diélectrique tel que l'air, mais les tensions massives de la foudre submergent ce facteur.

    Le chemin électrique le plus parcouru ... ou recherché

    Électrique le courant, comme l'eau qui descend une pente douce et rocheuse, essaie toujours de prendre le chemin de la moindre résistance. S'il est gêné par un certain nombre de matériaux isolants différents, il voudra passer par le moins isolant (c'est-à-dire le plus conducteur). S'il existe un chemin conducteur, il choisira toujours ce chemin par-dessus tout.

    L'air est un isolant et le corps humain est relativement conducteur. Donc, si vous vous démarquez dans un champ pendant un orage, vous courez un risque élevé de choc électrique. Les paratonnerres fournissent un chemin de mise à la terre en se révélant une cible facile et à faible résistance pour les coups de foudre. La foudre préfère traverser le métal plutôt que vous, alors voilà.

    Le chemin du paratonnerre dans le sol lui-même a une caractéristique essentielle de toutes les configurations de mise à la terre: pas de détours en cours de route! L'électricité pénètre directement dans la Terre elle-même car elle n'a pas d'autres options. C'est pourquoi les «fils» de terre ne doivent pas nécessairement être des fils simples; ils peuvent être des cadres métalliques, tant que le chemin vers la Terre est complètement autonome, ce qui signifie qu'il s'agit d'un simple circuit.

  • Comme déjà suggéré, la Terre peut également servir de "donneur d'électrons" comme nécessaire en raison de sa capacité à disperser la charge - positive aussi bien que négative, sur un volume énorme - et pas seulement comme un "accepteur d'électrons" comme dans le cas du paratonnerre.

    Pourquoi la mise à la terre est-elle importante?

    Bien que les paratonnerres soient essentiels, ils ne sont pas utilisés à chaque instant de la journée, comme d'innombrables circuits électriques dans les maisons, les bureaux et les usines de fabrication du monde entier.

    Dans un circuit électrique, un fil de terre crée un chemin supplémentaire pour le courant en cas de court-circuit ou autre dysfonctionnement. Au lieu de vous choquer lorsque vous touchez les composants du circuit, le courant passera à travers le fil de mise à la terre plus conducteur. La mise à la terre vous empêche non seulement d'être choquée, mais elle protège également votre équipement contre les surtensions qui, autrement, le choqueraient également.

    Remarque: La haute tension elle-même ne fait aucun mal. Cependant, une grande différence de tension rend plus souhaitable le saut de charge et, ce faisant, crée un courant plus important. Pensez-y comme debout sur le bord d'une haute falaise. Ce n'est pas sur la haute falaise que se pose le problème. C'est ce qui se passe après que vous vous soyez éloigné du fait que la roche sous le pied ne vous «isole» plus de l'influence de la gravité et ne laisse pas l'air vous «conduire» (espérons-le dans un filet de sécurité!).
    La prise à trois broches

    En milieu domestique, la mise à la terre traite à la fois le "symptôme" et la "maladie" en cas d'accumulation imprévue de charges sur les surfaces des appareils. Il permet non seulement aux charges non autorisées de sortir immédiatement "à sens unique" afin qu'elles puissent se disperser ailleurs, mais il empêche également l'entrée de charges plus indésirables en interrompant le circuit "en amont".

    Une prise de courant moderne typique a trois trous: deux fentes côte à côte et une ouverture presque ronde en dessous. La plus petite fente verticale est destinée au fil "chaud" (ou littéralement, à la fiche) pour le courant entrant; son partenaire le plus long est le fil neutre (sortie). La prise ronde est un fil de terre connecté directement à une sortie du circuit, de sorte que des charges dangereuses qui autrement s'écouleraient le long de la surface d'un appareil peuvent fuir vers le sol. Ce fil est configuré de telle sorte qu'au-dessus d'un niveau de courant donné, tout le circuit soit coupé et tout le courant entrant s'arrête.
    Exemples de mise à la terre

    La mise à la terre permet une stabilisation de la tension en toute sécurité
    en grand circuits et systèmes. Un stabilisateur de tension garantit que la tension entrante, qui peut réellement fluctuer considérablement autour de sa valeur souhaitée une fois à l'intérieur de circuits complexes et sensibles tels qu'un microprocesseur d'ordinateur, est normalisée à une valeur étroitement contrainte en augmentant ou en diminuant V selon les besoins.

    Un électroscope
    est un conducteur qui utilise l'induction de charge pour signaler la présence de charges externes. Cela utilise le principe selon lequel les électrons se repoussent. Si une source d’électrons telle qu’une tige de verre chargée (un exemple d’électricité statique; les électrons «restent assis là parce que le verre est isolant) est maintenue près du côté de l’électroscope conducteur (mais neutre!), Cela« pousse »le électrons dans la balle aussi loin que possible. C'est au centre de l'unité, où les "feuilles" métalliques sont écartées pour signaler les électrons rassemblés près du côté de la balle à la surface de la pointe de la tige.

    Comme cela se produit, la construction -les électrons à l'intérieur doivent être équilibrés d'une manière ou d'une autre, car la sphère est conductrice. En conséquence, des charges positives s'accumulent, comme vous pouvez le prévoir, près de la pointe de la tige.

  • L'application d'un fil de terre pour contourner la base isolante de l'électroscope changerait clairement cette image. Comment?

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