Borne unique de la source de tension attachée à la terre

C'est une question conceptuelle avec laquelle je continue de me débattre alors que j'ai commencé à étudier l'électronique.

Disons que nous avons une batterie et que l'une de ses bornes est connectée directement à un joli patch de terre hautement conductrice. Supposons en outre que le potentiel de la batterie est supérieur à celui de la Terre. Maintenant, je me rends compte que ce n'est pas un circuit fermé, mais pourquoi le flux de charge de la batterie vers la Terre ne serait-il pas? N'existe-t-il pas un potentiel électrique qui devrait drainer ou au moins diminuer la quantité d'électrons dans la batterie au point où le potentiel électrique entre la Terre et la batterie est le même? N'est-ce pas le même principe qui se trouve derrière la décharge électrostatique (bien que ce scénario n'implique pas une si grande différence de potentiel?)

J'ai lu toutes les autres réponses ici sur electronics.stackexchange qui fait référence au sol, et je ne suis toujours pas satisfait.

Si je comprends bien votre question, aucune batterie n'est requise pour démontrer ce problème. Disons que vous avez un objet, à un certain potentiel . Ensuite, vous le connectez à un autre potentiel. Est-ce que du courant circule? Disons que c'est un cube de métal, et qu'il est au potentiel de la Terre, plus un volt. Ensuite, il est soudainement connecté à la Terre:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Réponse courte: pas de flux de courant. Il n'y a pas de circuit pour que le courant circule.

Mais c'est une approximation, faite pour simplifier l'analyse. Nous négligeons un fait important: tout a une capacité par rapport à tout le reste. Le cube métallique est une plaque du condensateur, et la Terre est l'autre. Donc, le circuit est en fait ceci:

^{simuler ce circuit}

Dans ce cas, lorsque V1 devient soudainement 0V, un courant circule. La charge totale qui coulera dépendra de la capacité , qui est très petite. Peut-être , si même ça. Nous savons que la capacité multipliée par la tension est chargée:1 f $C$$1fF$

Ainsi, la charge totale qui coulera si V1 passe de à , et est est:0 V C 1 f $1V$$0V$$C$$1fF$

Il s'agit d'une très petite charge, bien au-delà de l'insignifiance de tout circuit pratique.

Le courant qui circulera est fonction de la vitesse à laquelle change et de la capacité , selon:$V_1$$C$

Alors, comment cela se rapporte-t-il à l'EDD?

ESD est ce que vous obtenez lorsque la différence de potentiel entre deux choses est assez grande pour briser l'isolation entre ces choses. Habituellement, cette isolation est de l'air. La quantité de tension que cela prend dépend de nombreux facteurs, et je ne suis pas un expert, mais nous parlons de différences mesurées en kilovolts.

Ces hautes tensions peuvent être atteintes précisément en raison de la très faible capacité entre vous et tout le reste. Rappel de nouveau que . Nous pouvons réorganiser cela comme:$CV=Q$

Si est très petit, une très petite charge peut conduire à une tension très élevée. Lorsque vous parcourez le tapis, vous ne pouvez transférer qu'une poignée (métaphorique) d'électrons , mais cela suffit pour changer beaucoup votre tension par rapport à votre environnement.$C$$Q$

Une fois que vous parlez de kilovolts, et non du dans l'exemple comme précédemment, ce courant insignifiant n'est plus aussi insignifiant. Encore petit, remarquez, mais il est appliqué dans un si bref instant qu'il peut endommager les appareils sensibles.$1V$

Peut-être le dispositif le plus souvent endommagé dans les temps modernes est l' oxyde d'isolation de grille dans les MOSFET , qui est si mince qu'il pourrait avoir une tension de claquage de peut-être . Si vous aviez suffisamment de charge pour augmenter votre tension suffisamment pour zapper l'air relativement fort autour de vous, alors les quelques atomes de dioxyde de silicium peuvent retenir cette charge ainsi que le papier de soie humide:$10V$

Supposons en outre que le potentiel de la batterie est supérieur à celui de la Terre.

Les batteries ne sont pas chargées électriquement .

Si une borne d'une batterie est connectée à une terre idéale (un puits parfait pour la charge électrique) et que la charge s'écoule de (ou dans) cette borne vers (depuis) ​​la terre, la batterie deviendrait chargée électriquement.

Mais cela augmenterait l'énergie potentielle du système plutôt que de la diminuer . *

Une autre façon de voir cela est que si, disons, des électrons quittaient la batterie, la batterie deviendrait chargée positivement, ce qui attirerait les électrons du sol vers la batterie .

* Il peut y avoir une redistribution minime de la charge en fonction de la géométrie qui abaisse l'énergie du système.

N'est-ce pas le même principe qui se trouve derrière la décharge électrostatique (bien que ce scénario n'implique pas une si grande différence de potentiel?)

Une décharge électrostatique ne peut se produire que s'il existe un potentiel suffisant pour traverser (ou traverser) la barrière imposée par l'air (ou le vide ou un autre gaz).

Voici une explication de la loi de Paschen. Cela concerne la tension aux bornes requise par rapport à l '"espace" entre les bornes pour qu'un arc électrique provoque un flux de courant à différentes pressions de gaz: -

Notez que si votre batterie est inférieure à 100 V, même à la pression optimale pour le gaz le plus optimal (Argon), vous aurez du mal à faire circuler le courant. Cependant, si vos bornes de batterie ont été façonnées de manière optimale, il y a de meilleures chances que le courant commence à circuler. Je ne vais pas suivre cette voie dans cette réponse, sauf si demandé.

Peu importe que votre batterie soit mise à la terre / mise à la terre sur une borne ou non - c'est la différence de potentiel (aka tension) à travers la batterie qui détermine si elle se décharge à travers l'air / le gaz / le vide.

Cette question est la même que la mienne, quand je commence à étudier l'électronique.

1. Supposons en outre que le potentiel de la batterie soit supérieur à celui de la Terre, pourquoi il n'y a pas de flux de courant lorsque nous connectons la borne unique de la batterie à la terre?

Réponse simple, car la batterie est une cellule galvanique qui a besoin d'une réaction chimique pour permettre au courant de s'écouler de ses bornes. Sans connexion depuis les bornes + et -, aucun courant n'y circule.

La batterie n'est pas comme un éclair qui a un potentiel différent ( tension du ciel ) entre l'air et le sol (terre, sol).

La batterie n'a pas de charge nette. Même en circuit fermé, la charge nette de la batterie est nulle. Cependant, lorsque la batterie est connectée en circuit fermé, ce qui signifie qu'un chemin conducteur a été établi entre les bornes (+) et (-) de la batterie, les charges sont pompées à travers le chemin conducteur entre les bornes des batteries car il existe un potentiel différence entre les terminaux.

Connecter une seule borne d'une batterie ordinaire à la terre conductrice de la terre serait la même chose que de connecter un objet conducteur qui n'a pas de charge nette à la terre; il ne se passe rien. Connecter une seule borne à la terre revient à stocker la batterie dans un tiroir en bois (sauf que laisser la borne dans le sol risque de la corroder)

Si vous deviez connecter les deux bornes à la saleté conductrice de la terre, alors vous avez terminé le circuit et la charge traversera la terre entre les bornes de la batterie.

Si, par exemple, vous aviez une batterie avec une différence de potentiel de 3000 V entre ses bornes et que vous avez connecté une borne à la terre conductrice de la terre et que vous avez maintenu un entrefer maximum de 1 mm entre l'autre borne et le sol, l'air va probablement se décomposer et terminer le circuit. (borne de batterie, terre, air ionisé, autre borne de batterie) permettant au courant de circuler entre les bornes de la batterie.