¿Se puede alimentar un circuito desde la Tierra con un retorno a tierra en Marte?

¿Podría usar un cable caliente (120v 60 hz) de tierra y una varilla de cobre insertada en otro cuerpo extraterrestre (Marte) para completar un circuito? Si la impedancia no era algo de qué preocuparse (fingir que Marte está a solo una milla de distancia o algo así).

He preguntado esto antes en otros lugares y obtuve algunas respuestas realmente conflictivas.

Depende de cuál sea el voltaje entre Marte y la Tierra, que no sabemos. Es poco probable que este voltaje sea 0, y podría ser enorme. Su circuito recibiría un voltaje de aproximadamente la misma magnitud, resultando en lo que probablemente sería una falla espectacular de su tostadora interplanetaria.

Limpiando el aire

La idea, "para que la corriente fluya, debe haber una conexión a la tierra", es común, y es totalmente falsa . Si la idea falsa fuera cierta, los circuitos en aviones y satélites no funcionarían ya que no hay conexión a tierra. Es bastante obvio que tales circuitos de hacer el trabajo, y que la conexión a tierra es totalmente innecesario para algunos circuitos funcionen correctamente. El concepto erróneo surge del concepto de conexión a tierra , pero recuerde que la conexión a tierra es simplemente un voltaje de referencia. No necesariamente tiene que ser la Tierra. Podría ser Marte o cualquier otro potencial eléctrico.

En segundo lugar, para que la corriente fluya, un circuito no necesita hacer un circuito físicamente cerrado . Si el punto A se fija en y el punto B se fija en , no necesitan estar físicamente conectados para que esta propiedad sea verdadera. Cuando conectamos una resistencia entre el punto A y el punto B, la corriente de B a A será , de acuerdo con la ley de Ohm . A veces es útil simbólicamenteV b I B A = V b /$0V$$V_b$$I_{BA} = V_b/R$cablee cada componente al voltaje de referencia de tierra. De esta manera podemos pensar en la tierra conectada al punto A, y conectada a una fuente de voltaje que se conecta al punto B. En este caso, los dos puntos todavía no tienen que estar físicamente conectados, pero se puede considerar que están simbólicamente conectados. En este marco, pensar de la Tierra como punto A, con nuestra tensión de referencia de , y Marte como punto B con cierta tensión desconocida, V m un r s .$0V$$V_{mars}$

Conectando con Marte

Digamos que podemos hacer conexiones eléctricas casi ideales a cualquier lugar (supongamos que tenemos un pequeño portal útil). Las leyes físicas que rigen la electricidad son las mismas en todas partes del universo. Entonces, ¿qué sucede cuando conectas tu circuito con tu suelo en la corteza marciana usando este portal? En realidad, depende de lo que sea :$V_{mars}$

Caso 1 , $V_{mars} \approx V_{earth} = 0V$

En este caso, su circuito funciona perfectamente normalmente. Su circuito no tiene idea de que está conectado a Marte y no a la Tierra, ya que tienen aproximadamente el mismo potencial eléctrico.

Caso 2 , o V m a r s ≪ V e a r t h = 0 $V_{mars} \gg V_{earth} = 0V$$V_{mars} \ll V_{earth} = 0V$

En el caso de que el voltaje de Marte difiera significativamente del voltaje de la Tierra, la corriente seguirá fluyendo, pero es posible que su circuito no se comporte como espera. Puede quemar un fusible, soldar con arco todo en las cercanías o simplemente vaporizar nuestra pequeña y valiente tostadora, dependiendo de cuán grande sea el .$V_{mars}$

Voltaje entre Marte y la Tierra

Realmente no sabemos lo que sería , ya que no sabemos la carga neta de la Tierra o Marte. Hay un documento, " Discusión sobre la carga eléctrica neta de la Tierra " que nos da algunas pistas:$V_{mars}$

... Integrado durante un tiempo suficientemente largo, la corriente neta hacia o desde la tierra debe ser cero. Si no fuera así, el potencial de la Tierra se acumularía a tal magnitud que ninguna fuerza podría "disparar" más cargas por la pendiente potencial, y una vez que se alcanza este estado, la corriente neta sería de hecho cero. Este es un equilibrio dinámico.

El problema de una carga neta en la tierra sólida (y líquida) (es decir, el globo) difícilmente puede resolverse comenzando por el hecho de que la corriente a ese cuerpo es cero (siempre o en el promedio durante un tiempo prolongado); ni siquiera en el marco de la "imagen clásica de la electricidad atmosférica". No parece haber un método práctico para medirlo.

Básicamente, podemos suponer que la Tierra y Marte han alcanzado sus respectivas cargas de equilibrio, pero no tenemos forma de saber si estas cargas son netas positivas, neutrales, negativas o cuáles son sus magnitudes. Como no conocemos las cargas netas de los planetas respectivos, no podemos estimar el voltaje entre ellos.

Creo que la respuesta es sí, aunque no por las razones que piensas.

Hay un par de problemas prácticos, incluso si busca en su caja de trucos SF y saca 400 millones de kilómetros de cable indestructible.

El primero de ellos es el "viento solar": una corriente de partículas de alta velocidad cargadas eléctricamente del sol. Esto consistirá en electrones y protones libres. Son afectados por el campo magnético de la Tierra; su entrada en la atmósfera da como resultado auroras como la aurora boreal. El efecto del viento solar puede resultar en que la carga neta de la Tierra o Marte no sea cero. Esto puede provocar una descarga muy grande similar a un rayo al conectar su cable. Ver, por ejemplo, esta pregunta.

El cable también es un conductor que se mueve en el campo magnético del sol, lo que inducirá una corriente incluso si está conectado a tierra (¿marteado?) En ambos extremos. Dada su longitud, esto puede ser grande.

Es también una antena, por lo que va a recoger la interferencia de RF solar.

Supongamos que ignoramos todo eso. Hay otro efecto que entra en juego. La longitud de onda de la red principal de 50 Hz es de solo 6000 km, por lo que su cable funcionará como una línea de transmisión. En cualquier punto dado, la corriente fluirá de un lado a otro.

Puede modelarlo como una antena monopolo muy, muy grande con una esfera no conductora en el extremo, como una antena de automóvil con una pelota de ping-pong. Suponiendo que tiene una fuente de alimentación lo suficientemente grande como para superar las pérdidas resistivas en el cable, puede empalmar su aplicación de CA y funcionará. Probablemente necesitará mucho más de 120V en el extremo de conducción para alcanzar 120V en el medio del cable, incluso si su cable es superconductor.

Los dos cuerpos formarían un condensador (muy muy muy pequeño), de modo que el circuito estaría cerrado y podría fluir una corriente (muy muy muy pequeña).

Esa es la respuesta teóricamente correcta. En la práctica, la corriente sería tan pequeña para casi todos los propósitos prácticos que podríamos llamarlo cero.

Para todos los efectos, no.

Las conexiones de "Tierra" funcionan en virtud del hecho de que todas las varillas de tierra insertadas en el suelo de un solo planeta están efectivamente conectadas entre sí a través de la corteza del planeta. La conexión no es necesariamente perfecta (por ejemplo, 0Ω, pero es una impedancia bastante baja).

Dado que la tierra y Marte están aisladas eléctricamente entre sí por muchos millones de kilómetros de vacío extremadamente duro, no habría camino para que la corriente regrese. Como tal, terminarías con algo que actuó muy parecido a un condensador, como dijo Wouter van Ooijen.

Depende del terreno de retorno o de la pregunta si completas el circuito, usando las palabras de la pregunta.

La parte confusa en su imagen es el generador de CA: se muestra sin sus dos terminales y rodeado por las aguas equipotenciales del Océano Atlántico. Por lo tanto, toda la corriente que crea permanecerá en el océano. Otro detalle potencialmente engañoso de su pregunta es el símbolo tierra / tierra en Marte, y sospecho que esta es la raíz de sus problemas. Por lo tanto, ...

Me he tomado la libertad de reorganizar su configuración, simplemente usando otra imagen para el generador, con dos terminales. Un extremo del generador está conectado a la Tierra (ⴲ), el otro va a una bombilla y de allí a Marte (♂), completa con la varilla de cobre que mencionas. Tenga en cuenta que la bombilla permanece apagada ("apagada").

Si desea que la corriente fluya y que la bombilla esté encendida, necesita un cable de retorno que cierre el circuito de esta manera:

Para que el circuito funcione, usted no necesita nada para ser puesto a tierra o conectado a tierra , lo que necesita es todo un circuito en el que la corriente puede fluir en un bucle. Para el gusto de hacerlo, vamos a utilizar el símbolo de tierra / tierra de forma arbitraria y crear un circuito que está igualmente conectados a tierra y uno que es Marsed . Tenga en cuenta que esto es solo un símbolo adicional utilizado a nuestra discreción para obtener una referencia común para todo el asunto; no es algo que necesitemos para que el circuito funcione.

Lo que realmente necesitábamos para que el circuito funcionara era el cable de retorno de Marte a la Tierra. Este cable de retorno en realidad pone a Marte y a la Tierra en el mismo potencial, por lo que incluso podemos considerar que la Tierra está marterada y que Marte está conectado a tierra : esta sigue siendo la misma disposición, no importa si usamos no, uno o dos símbolos Tierra / Tierra:

Ahora, puede quedar una última pregunta: ¿Qué sucede si usamos un símbolo de Tierra en la primera imagen, el que no tiene el cable de retorno? Me gusta esto:

O esto:

Bueno, la bombilla permanece apagada. Nuevamente: no es el símbolo, es el cable de retorno que se necesita, y no lo tenemos en ninguna de las dos últimas imágenes.

Hmmm ... Si el circuito realmente no se preocupa por el símbolo Tierra / Tierra, ¿por qué es tan comúnmente usado por tantos? ¿Cuál es el punto de?

Mira esto:

La bombilla está encendida, pero falta el enlace de retorno. Esto es posible porque, usando la magia del símbolo de tierra , todas las partes de un diagrama de circuito que están conectadas a un símbolo de tierra se consideran conectadas, incluso si nadie se tomó el tiempo para dibujar los cables que conectan todos los bits a tierra de un circuito .

Todos son iguales, solo que usando una notación diferente:

El símbolo de tierra / tierra es tan útil que lo usamos a menudo, y cuando estamos descuidados, a veces ni siquiera prestamos atención a llamarlo tierra o tierra. Estrictamente hablando, un circuito conectado a tierra está conectado a tierra o tierra de seguridad (literalmente: una barra grande al lado de su casa o jardín, conducida a tierra), y un circuito conectado a tierra puede conectarse al extremo (-) de un dispositivo accionado por batería , sin conexión real a la tierra real. Esto es confuso, pero es jerga y todos lo usan.

Armado con todo este conocimiento, puedes descubrir por qué esto es bastante divertido ( fuente de la imagen ) ...

• Nota (1): he usado los símbolos astronómicos (ⴲ, ♂) por alguna razón. Al hacerlo, fui libre de usar el símbolo eléctrico de la Tierra en cualquier planeta.

• Nota (2): El generador de CA también podría ser una batería de CC. Con el fin de comprender esta configuración, puede pensar en una fuente de CA tal como lo haría con una batería que se invierte 50 o 60 veces por segundo (según los estándares nacionales). Para explicar por qué DC no funcionaría bien en la tierra y en el suelo, sin un cable de retorno físico, hecho de metal, considere la electrólisis y la humedad en el suelo, para empezar ... Esta es una historia completamente diferente ...

Es mejor abandonar la palabra "terreno". Un nodo de su circuito está conectado a tierra, el otro está marteado. Estos son motivos separados.

No tenemos que ir al espacio para crear terrenos desconectados. En el siguiente esquema, V1 suministra 120 VRMS a 60 Hz, y que XFMR1 y XFMR2 son transformadores de aislamiento 1: 1. Cada uno crea su propio dominio eléctrico donde un nodo puede identificarse como tierra y otro como "activo". La corriente no puede fluir desde el "caliente" en un dominio y la tierra en el otro, por falta de un circuito completo, por lo que la lámpara no puede brillar.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Lamentablemente, nunca he estado en Marte, por lo que no hay forma de probar esta teoría. El 120v 60hz de un generador está calibrado desde tierra. En otras palabras, estamos usando la carga de la tierra como referencia cero. La referencia puede ser analogía de velocidad. Por ejemplo, ¿qué tan rápido te estás moviendo? Eso depende de con qué lo esté comparando: su punto de partida; el centro de la tierra; el sol; el centro galáctico o, la persona a tu lado en una carrera. Postulo que el voltaje a tierra es lo mismo. Entonces, el voltaje neto para un circuito conectado a tierra sería 120v +/- la diferencia de carga entre la Tierra y Marte. Si pudiera, probaría esta teoría midiendo el voltaje de un circuito conectado a tierra en Marte con una fuente de voltaje conocida. Debido a que se calibró a la Tierra, la diferencia definiría la carga de Mar con respecto a la Tierra.

El problema es que el dibujo que presenta no contiene un bucle cerrado, por lo que no debe fluir corriente.

Sin embargo, esto es posible en algunos casos:

1. puedes poner a la Tierra algo de carga y la corriente fluirá hasta que las cargas de dos planetas sean iguales, por ejemplo, puedes tomar algunos electrones de Marte y enviarlos a la Tierra,

2. si usa CA, hay una capacitancia entre ellos (vea la respuesta de Wouter van Ooijen ), que cierra el ciclo,

3. Si la carga de la Tierra es diferente de cero (caso 1), hay un campo magnético a su alrededor, ya que gira alrededor del Sol, que (de alguna manera) podría usarse para inducir voltaje entre los planetas. No puedo imaginar cómo se podría controlarlo.

Mi respuesta es que sí, es posible, pero por el momento solo de manera teórica.