大地-與零電位的差別-0V與Ground不同

0V是定義出來的

電壓不是絕對值,它是相對值。敘述電壓的時候,一定要先定義好哪裡是0V,其餘端點再以此做為參考電壓。下方的兩個電路完全一樣,差別只有0V要定義在哪裡而已。如左圖定義黑線為0V,那麼紅線就是110V(比黑線高的電壓),相反地右圖定義紅線為0V,那麼黑線就是-110V。

電壓是相對值
電壓是相對值

那麼0V到底要定義在哪裡比較好呢? 0V一般會定義在人的手腳容易觸摸到的地方,這是安全性的考量。也許你會質疑,同一份迴路難道會只因為0V定義位置不同而有不同的安全性嗎? 當然不會,安全與否和人站在哪裡有關係,所以接下來要講你我所站的大地。

大地-Ground是實體-地球

所有的人都是站在地球表面,因此人與地球全部都是等電位,站在地面上的你和我彼此握手,並不會觸電。但如下圖左的迴路,這個迴路飄浮在空中,站在地面上的我們若去觸碰這個迴路,是否會觸電呢? 答案是有可能的,因為靜電。一個懸在空中的金屬系統,它非常有可能累積電荷,在你觸碰的那一瞬間,通過人的身體與地面達成電荷平衡,也就是觸電,這種觸電方式的時間非常短暫,電荷平衡之後,黑色線與大地的電位就一樣了。在電荷平衡之前,我們無法得知此系統與我們之間有多少電位差。

大地-左圖的系統與大地間的電壓未知,右邊的系統的0V與大地同電壓
左圖的系統與大地間的電壓未知,右邊的系統的0V與大地同電壓

既然要掌握電位差,就必須如上圖右,用導線把迴路的黑色線與大地連接在一起,這樣才能確保兩者的電位都是一樣,而且還可以將靜電荷排掉,並且定義大地為0V。這樣就能把大地納入迴路計算的系統,基本上我們並不希望人為的電路系統存在不確定性。所以系統的0V是定義在系統上,大地(Ground)的0V是定義地球上,這原本是兩個系統,他們必須彼此相連接,才能說系統的0V是以大地為參考電壓,是安全的。

大地定義為0V-方便分析

聰明的你也許會問,一定要將黑色線與大地連接嗎?能否改為紅色線與大地連接,並定義為0V?當然可以,這樣的話黑色線就會變成-110V。

那為何大家都喜歡把大地定義為0V呢,因為人都是以自我為中心,然後再往外衡量事物,把自己所站的大地定義為0V,確實是比較容易理解的做法,而實務上來說幾乎所有的應用都把大地定義為0V來分析,若有人不按此定義來做事,對其他人來說,絕對會很困擾。

這裡我引進了靜電的概念來說明沒有接地的危險,下面我找到一段影片用來說明在為飛機加油時,需要先接地再放入油槍,相信現在各位就能理解了。

5 Comments

      • 不過文章開首又有提到哪裡定義0V不影響電路的功能,而大地與紅色線或黑色線連接應該是改變定義0V的地點(變得和大地無voltage difference),根據這個邏輯的話,大地與紅色線或黑色線連接應該不會有不同。當然,我知道大地與紅色線連接燈不會著而與黑色線連接燈會著,不過我想不通如何用這文章中的concept去得出同樣結論。

        • 大地接紅or黑 , 燈都會亮
          重點是不能同時將大地接紅and黑

          兩個導體相接, 那麼兩者就同電壓
          大地跟紅線接 就與紅線同電壓, 黑線同理
          接好了, 就屬於同一個系統, 再來定義誰是0V

          希望有回答到

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