Matematické Fórum

Připojení na nulový potenciál zpravidla znamená: "Tento drát jsem prohlásil za 0, napětí na ostatních se bude počítat vůči němu a ve schématu se bude jmenovat GND."

Je jasné, že třeba uvnitř notebooku v ruce pasažéra v letadle, bude vztah těch napětí k zemi irelevantní. Naopak stolní PC má svoje GND spojené s kolíkem v zásuvce, protože na věci s ním spojené mohou lidé sahat a je to zařízení zapojené do zásuvky. Spojené by to ovšem být nemuselo, ale zdroj by kvůli tomu byl dražší, protože jeho izolační vlastnosti by musely odpovídat spotřebičům třídy II, takhle stačí I.

Skutečná země, neboli uzemění - to se využívá hlavně při rozvodu elektřiny (nebo také v radiotechnice krátkých či "delších" vln - ale do toho se teď asi nebudu pouštět).

Povrch země je prostě vodivý (i když nijak zvlášť dobře, ale zase je velký), takže se dá využít jako vodič. Musí se ovšem zhotovit to "uzemění" - vzít kus pozinkovaného drátu, vykopat příkop, drát do něj vložit a zasypat. Musí to mít délku alespoň několik metrů, aby to fungovalo.

Potom můžeme mezi dvěma takto zhotovenými uzeměními nechat protékat proud, a odpor mezi nimi (je to na první pohled trochu zvláštní) nezávisí příliš na jejich vzdálenosti. Proud v neohraničeném vodiči vytváří tzv. proudové pole, je to analogie elektrostatického pole a řídí se to stejnou rovnicí (LaPlaceovou). Tohle samozřejmě většina elektrikářů netuší...

Je tedy v principu možné použít povrch země namísto jednoho z vodičů, ale to se už dnes moc nedělá - protože její vlastnosti jsou poněkud nepredikovatelné. Navíc - když to dělá více lidí najednou (mezi různými body), je to také zdrojem spousty rušení.

Co se ale běžně dělá je to, že se jeden vodič síťového napětí s tou zemí spojí, a tím pádem je na stejném potenciálu a nemá proti zemi napětí. To je ten vodič, co elektrikáři nazývají "nulový vodič", zkráceně "nulák". Na ten si můžeme sáhnout, a nic se nám nestane. Na ten druhý, fázový, už samozřejmě sahat nesmíme.

Důvod, proč se to dělá, mi není úplně 100% jasný, ale s největší pravděpodobností je to kvůli tomu, že zařídit dokonalé spojení je snažší než zařídit dokonalé odizolování. Ono je síťové napětí střídavé, a kapacitu vodiče proti zemi prostě neodstraníme, takže nějaké spojení by tam bylo stejně vždycky...

Není to ovšem žádná nutnost, když si koupím v obchodě elektrocentrálu, tak tam jsou oba vodiče odizolované. Potom si mohu sáhnout na kterýkoliv z nich, a nic se nestane. To se může dělat i v budovách (v nemocnicích je to snad standardní) že jsou všechny vodiče odizolované od země.

OK, díky. 🙂

Edit:
↑ MichalAld:

Ono je možná lepší říkat "společný potenciál" než "nulový potenciál". Znamená to prostě jen to, že jsou všechny tyhle značky vodivě spojené dohromady. A že všechna napětí v obvodu udáváme vůči tomuto společnému potenciálu.

Takže se může vlastně stát, že napětí v obvodu nebude vůči potenciálu země, a celý obvod jako takový může mít v principu libovolný potenciál vůči zemi, je to tak?

Ono je asi dobré trochu rozlišovat mezi el. potenciálem v čisté elektrostatice (kde jsou pevně vázané náboje ve vakuu či izolantu) a potenciálem v obvodech (kde jsou vodivé spoje).

Zatímco elektrostatika zahrnuje celý vesmír, obvod zahrnuje jen to, co je nějak spojené. V obvodech je vlastně nějak spojené všechno, když necháme obvod dostatečně dlouho "vypnutý", bude vše na jednom potenciálu. Potenciálové rozdíly tam vytvářejí zdroje napětí a tak.

Můžeme na to samozřejmě koukat z pohledu elektrostatiky (tj zahrnout do toho celý svět) a přiřadit tomu nějaký elektrický potenciál vůči potenciálu v nekonečnu, ale není z toho žádný užitek. Navíc - ten "celovesmírný potenciál" může záviset na nějakých nepodstatných věcech, jako že si sundáme svetr a vytvoříme statickou elektřinu (potenciál) v řádu stovek kV...

Takže v obvodech se o potenciálu mluví jen v rámci toho, co je (alespoň nějak, přes resistor nebo tak) spojené. Co né, nazývá se "galvanicky oddělené" - tj že tam nemohou téct (vyrovnávací) proudy. A tam už se neřeší, na jakém potenciálu každá z těch částí obvodu je. Jen se musí hlídat, aby případný rozdíl potenciálů byl nižší než je elektrická pevnost té izolace mezi nimi.

Příkladem takového galvanického oddělení je třeba klasický transformátor, nebo dvojice led-dioda/fotodioda.

↑ KennyMcCormick:

Mě ještě tak napadlo (není to asi nic, co by neplynulo z už řečeného) - v těch "obvodech s vodiči" se využívá vlastností vodiče, že v celém svém objemu (tedy také na celém svém povrchu) zajišťují vždy konstantní potenciál. Pokud jimi tekou proudy, tak to samozřejmě není úplně přesně pravda, ale zhruba to tak je. Mezi těmi jednotlivými vodiči jsou různé "věci - součástky", které "něco dělají"...ale klasická teorie obvodů se nezabývá rozložením elektrického potenciálu v izolantu mezi těmi jednotlivými vodiči. Vystačí si jen s potenciály jednotlivých vodičů (tedy napětí mezi nimi). Takto se s tím většina lidí potká, a představa "potenciálu někde mezi vodiči" je pro většinu lidí dost nepředstavitelná věc. A má to svůj důvod - protože ten potenciál uvnitř izolantu se dá velmi rychle změnit - stačí když to toho místa strčíme (k ničemu nepřipojený) kousek drátu, a rázem je tam potenciál úplně jiný.

Například ve vzduchu nad povrchem země by měl být průběh potenciálu 100V na každý metr výšky. Přitom je dost velký problém to experimentálně prověřit, jakýkoliv měřák, který máme běžně k dispozici nám to okamžitě "zkratuje". Nemáme pocit, že by naše hlava byla připojená na napětí 100V oproti nohám. Ale vhodně narafičeným experimentem to lze prokázat. Jen už nevím jakým, musel bych to dohledat.