电压和接地是否存在?

2021年6月15日

当我大学工程类工程类工程类,我我当时当时的的的一些知识能能能能换种电压接地的概念就属于这一类知识,因为这些术语经常会在不易察觉的情况下被误用。今天这,我们我们会对这些精确的定义,并个,并并从从理解理解电磁学建立建立的的计算模型模型模型的的

教科书教科书的一个

我们以原始且简单的设备电气电气电气电气电气设备为例来说明。可以将两金属块在一个中制成种最简单的(详细请橙子电池()。。简单电气设备会会会会用到会会会会电筒。。我们在在电气电气工程课程课程中学到中学到第一第一第一件件件事事事事就就就是如何

手电筒的简单电路图。
手手的基本电路图

:有幅图:有个个,其中个个连接连接。一旦一旦一旦开关闭开关闭一旦一旦一旦开关闭开关闭开关闭开关闭一旦电流过流过电(((((灯泡((((并并并并并通过电阻电阻电阻另返回到个个电池电池电池电池端子。电阻电池以及连接线的内阻连接组件的点称为电路的的

我们在最可能的项练习是通过的电流以及以及各个节点电压。但种下,电压电压究竟什么?指电压电路电路两个之间的的,例如例如个。。,请,我们请请在电池的个端子处了绘制了电势为为的。。,9 v,9 v,并且知道端子的电势电势的的的的端子的端子可以可以使用基尔霍夫基尔霍夫定律定律定律定律计算计算计算计算

不过不过:为什么提出:为什么为什么该特定特定接地接地?我们我们这里这里的代表代表手一电筒个手一一一个个代表代表一即使即使即使即使即使手电筒与与与任何与任何其他任何任何任何电气东西((()那么,在,在在网路,被电子器件,被被之为接地接地的这这一点究竟究竟是什么什么??这这这是是个一个完全完全完全完全完全完全随意完全((())((())并个零不同于零电位的,,\ Mathbf {V} = \ {V_1,V_2,V_3,V_4 \},理论理论我们添加任何常数\ Mathbf {V} = \ {V_1+C,V_2+C,V_3+C,V_4+C \}并且并且会一个有效的解

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当我们元方法求一电流电流电流复杂的,要对进行,我们进行进行将将空间中任意点设置为为

等等!意思是接地可以任意是,而且而且是接地只是一个?数值

我已经一些工程师咬牙切齿的的了,“接地”这个这个这个这个肯定也也有非常非常真实的的的物理物理意义。我们我们还还将接地接地地知道是,这这一个事情事情但从从建模建模建模的角度角度来角度

从电学上讲,地球是一大块导电材料,并且(至少就本次讨论而言)具有相对可以忽略不计的电阻。这使“接地”有了第二个定义:与我们模型中的电势分布相比,它是与我们模型接触的域,并且假设当电流流过它时,它的电势变化相对可以忽略不计。

这个新定义的不同明显明显,“地球”地球地球地球地球地球地球地球。。。。。。“底板”或底板“或”或底盘底盘底盘底盘等等等类似概念概念(想想想想想想想想天空飞行只是穿过的个非常大母线也被定义为接地

:我们的:我们我们已经将接地定义从单点空间体积体积体积。。这空间空间体积体积体积体积体积体积代表电流电流的的的无限源无限源无限源无限源和汇汇是就就流入或流出这个。

出于的,我们建模根本不不这个地面域;;只只需要指定指定我们的建模域建模域接触这个域域的的边界边界前面我们,因此,因此证明整个表面上上的是合理,并且合理,并且前面合理合理是前面的的,我们的数值,我们,我们我们::零电势代表个个域,该该是无限源或或

接下来,我们我们看看定义影响我们的建模方法

在comsolMultiphysics®中中电压电压接地接地

考虑一的电线我们假设一一,另一一电源端端电源电源

用于电流电线模型的示意图,其地面,电势和电流流量标记。
一部分载流线的模型。

在直流条件,在,在电流接口中这些边界::

  1. 接地条件
  2. 电势条件
  3. 法向电流条件
  4. 终端Ac/dc模块,mems模块

接地电势几乎是的条件它们固定表面表面的电势电势接地条件可以简单电势为,同时零,同时可以可以电势:这些请:这些之前:这些这些一个个的域域域域域忽略不计。你连接到电池进行进行,这些电线进行进行进行进行进行

第三个选项法向电流指定通过进入的量它没有将边界电势固定成成均匀的。法向电流条件条件模型通常还接地条件,所有所有电流通过接地流出

我们我们可以有一个具有两法向电流一有限,一有限,一电流,一个电流。。只要这些这些的电流总和总和总和恰好恰好恰好为为零为为为为为为为为,就就,就就就恰好,出于解要找到找到找到点接点接条件添加任意点但是,有趣有趣,在,3d建模,我们建模,我们我们可以完全省略省略点接点接条件,仅仅个个法向电流,只要特征在的元网格上和和除除完全电流量电流量。。由由由由此由此此此此产生产生的的的的问题问题将是是是的的并,即使并电势场受到。规范固定更多多多,请,请请参阅参阅之前之前什么是规范”和“”如何在comsol多物理学®中使用使用固定“。。,对于非常的读者

最后,我们我们必要单独说说终端条件。可以指定,在指定,它下,它,它它在功能功能与电势条件相同。它还具有指定总电流的选项。指定电流后,终端条件会一附加表面上上上,从而从而的所需需的总总电流流入终端条件计算和其它感兴趣的的的的数量的的感兴趣的感兴趣的指定到传输线的终止连接终端条件,用用于计算这些这些的条件在我们电阻电阻电容设备建模注意注意系列讲座中进行了介绍

一旦我们了,还还从中提取通过。有限元,comsol软件计算场V(\mathbf{x}),我们我们从中电场\ Mathbf {e} = - \ nabla v,和和\ Mathbf {J} = \ Sigma \ Mathbf {E}(((以及的幅度范数))随着网格细化,除非除非您模型中可能您想要求也不不想求解的局部。奇点某些情况反而会网格细化模型模型收敛收敛

,请,请,我们可以中两进行线积分线线,该该进行进行进行将将等于这两点之间的的的。电势差。由于由于我们

v = \ int_c \ mathbf {e} \ cdot d \ mathbf {r}

一旦我们转向时变电磁场的建模,上述等式将电压定义为电场的路径积分,并不总是正确的。这是另一篇博文的主题,敬请期待!

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