电源的单端接地

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当我开始研究电子学时，这是我继续努力解决的一个概念性问题。

假设我们有一个电池，它的一个端子直接连接到一块良好的高导电性接地片上。进一步假设电池的电势大于地球的电势。现在，我意识到这不是闭合电路，但是为什么电荷不会从电池流到地球呢？是否不存在会使电池中的电子流失或至少减少到地球与电池之间的电势相同的电位的电势？这不是静电放电背后的原理吗（尽管这种情况并不意味着电位差很大）？

我已经阅读了有关electronic.stackexchange的其他所有参考答案，但我仍然不满意。

voltage batteries ground

— MER
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如果我正确理解您的问题，则不需要电池来演示此问题。假设您有任何潜力，有些潜力。然后，将其连接到其他电位。有电流吗？假设它是金属的立方体，并且处于地球的电位加上一伏特。然后，它突然连接到地球：

原理图

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

简短的回答：没有电流流动。没有电路让电流流动。

但这是一个近似值，旨在简化分析。我们忽视了一个重要的事实：一切都具有一定的电容来的一切东西。金属立方体是电容器的一个极板，而接地是另一极。因此，电路实际上是这样的：

原理图

^{模拟该电路}

在这种情况下，当V1突然变为0V时，将流过一些电流。流动的总电荷将取决于电容，该电容非常小。也许，如果即使这样。我们知道电容乘以电压即为电荷： $C$ $1fF$

C V = Q

$CV = Q$

因此，如果V1从变为，并且为，则流过的总电荷为： $1V$ $0V$ $C$ $1fF$

1 f F \cdot - 1 V = - 1 f C

$1fF \cdot -1V = -1fC$

这是非常小的费用，远远超出了任何实际电路的要求。

根据以下，将流过的电流变化的速度以及电容大小： $V_1$ $C$

I = C \frac{d v}{d t}

$I = C\frac{\mathrm{d}v}{\mathrm{d}t}$

那么，这与ESD有何关系？

当两个物体之间的电位差足够大而破坏了它们之间的绝缘时，就会得到ESD。通常绝缘是空气。这需要多少电压取决于许多因素，我几乎不是专家，但是我们正在谈论以千伏为单位的差异。

正是由于您和其他所有设备之间的电容很小，才可以达到这些高电压。再回想一下那个。我们可以将其重新排列为： $CV=Q$

V = \frac{Q}{C}

$V = \frac{Q}{C}$

如果很小，那么很小的电荷会导致很高的电压。当您在地毯上打乱时，您可能只会转移（隐喻的）少量电子，但这足以改变您相对于环境的电压。 $C$ $Q$

一旦您谈论的是千伏，而不是像以前的示例中的，那么微不足道的电流就不再那么微不足道了。请注意，它仍然很小，但是在如此短暂的时间内应用它可能会损坏敏感设备。 $1V$

也许现代最常见的损坏器件是MOSFET中的栅极绝缘氧化物，它是如此之薄，以至于其击穿电压可能。如果您身上有足够的电荷来提高电压，以使周围的空气变强，那么二氧化硅的几个原子就可以将电荷以及湿纸巾保持住： $10V$

— 菲尔·弗罗斯特
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因此，电池保持其电压的方式是通过使结构中的静电场保持恒定，从而使从一端到另一端横穿的单位电荷的线积分始终相同？但是电弧放电呢？在那种情况下，没有明显的闭合回路，至少我看不到。

— MER 2013年

@Gigglelot是的。基本上，它与电池或某些东西中的化学物质的氧化还原电位有关，这对于给定的化学物质或某物的组合是恒定的。我不是化学家，所以我不知道它是如何工作的。而且，我想我误解了您的问题，所以我重写了它。现在更有见地？

— Phil Frost

啊哈！您最近所做的编辑正是我想要的！我认为它可能微不足道，但是我所阅读的任何资源都没有承认它。

— MER

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@Gigglelot确实，您可能不会在电子教科书中找到它。但是，您会在物理资源中找到它。有一些关于制作有用的东西的源头，以及确切描述事情实际发生方式的源头，但是不幸的是，从来没有两者都同时出现：)

— Phil Frost

最后一个问题。我读到，人的ESD可以轻易破坏更敏感的组件。破坏是由您的情况中如上所述流过的“微不足道”电荷引起的，还是由于您的手指过大并可能跨过设备的两端从而完成了电路？

— MER 2013年

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进一步假设电池的电势大于地球的电势。

电池不带电。

如果电池的一个端子连接到理想的接地（一个理想的充电接收器），并且电荷从该端子流出（或流入）到地面（从地面），则电池将带电。

但这会增加系统的势能，而不是减少它。*

另一种看待这种情况的方式是，例如，如果电子离开电池，则电池将带正电，从而将电子从地面吸引回电池。

*根据降低系统能量的几何形状，可能会稍作重新分配电荷。

— 阿尔弗雷德·半人马
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您假设的电荷只剩下流回的情况非常清楚。但是，我仍然很难调和电池没有净电荷的事实，但同时可以提供电压。如果电池的两端之间存在电位差，这是否意味着两端之间的电荷梯度？梯度意味着一端的电荷比另一端的电荷更正/负，因此我假设我看到净电荷为零，但该场的局部导数将呈现出净电荷。

— MER 2013年

@Gigglelot，一种电池，通过化学反应，通过从一个末端去除电子并向另一个末端添加电子来分离电荷。当外部电路（闭合路径）连接到电池时，由于分离的电荷通过该电路从一个端子流向另一端子，因此可以进行化学反应。如果没有外部电路，则任何从电池流入或流出的电荷都会使电池带有净电荷。

— Alfred Centauri 2013年

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这不是静电放电背后的原理吗（尽管这种情况并不意味着电位差很大）？

静电放电只有在有足够的潜力穿过（或穿过）空气（或真空或某些其他气体）施加的势垒的情况下才会发生。

这是对帕申定律的解释。这涉及所需的端电压与在各种气压下引起电流流过的电弧所需要的端电压之间的差：-

在此处输入图片说明

请注意，如果电池的电压低于100V，即使在最佳压力下获得最佳气体（氩），您也将难以让电流流动。但是，如果电池端子的形状最佳，则更有可能使电流开始流动。除非有要求，否则我不会在这个答案中走这条路线。

电池是否在一个端子上接地都没关系-电池两端的电位差（即电压）决定了电池是否通过空气/气体/真空放电。

— 安迪（aka）
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当我开始学习电子学时，这个问题与我的问题相同。

进一步假设电池的电势大于地球的电势，为什么当我们将电池中的单个端子接地时没有电流流动？

答案很简单，因为电池是原电池，需要进行化学反应才能使电流从其端子流出。没有从+和-端子的连接，那里没有电流流动。

电池不像闪电那样，在空气和地面（地球，土壤）之间具有不同的电势（天空电压）。

— 辛斯卡夫
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电池没有净电荷。即使在闭合回路中，电池上的净电荷也为零。但是，当电池以闭合电路连接时，这意味着在电池的（+）和（-）端子之间已建立了导电路径，由于存在 电势， 电荷携带通过电池端子之间的导电路径进行泵送端子之间的差异。

将普通电池的单个端子连接到接地的导电污垢上，就像将没有净电荷的导电物体接地一样；什么都没发生。仅将一个端子接地会与将电池存放在木制抽屉中相同（除非将端子留在地面可能会腐蚀电池）

如果要将两个端子都连接到大地上的导电污垢，则说明电路已经完成，电荷将流过电池端子之间的接地。

如果说您的电池两端之间的电位差为3000 V，并且将一个端子连接到地面的导电污垢，并且另一个端子与地面之间的最大空气间隙保持为1 mm，则空气可能会分解并形成电路（电池端子，大地，电离空气，其他电池端子），使电流在电池的端子之间流动。

— 埃里亚希
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