地;接地

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地;接地 (Earth, Ground)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

在一個電路圖中,常常會設一個電位為零的參考點,用來跟電路中其他點的電位做比較,這個參考點我們稱之為地 (earth, ground)。叫做地的原因是因為地球就像一個充滿正負電荷的電荷海,所以當我們給地球增加或減少一個電荷時,對地球的電荷總值不會造成太大的影響。由此可見從巨觀的角度,地球的電位可看作穩定不變動的一個良好導體,電阻非常低、電容量非常大、截面積寬、長度又長,可以承載極大的電流。這種地是電氣地,不等於地理地,但包含在地理地之中。電氣地的範圍會隨著大地架構的組成和大地與帶電體接觸的情況而定。因此一個穩定不變的電位很適合作為其他電位的參考點,所以我們常常將地球作為電位的參考點,也就是零電位。而將地作為參考點,將電力系統或電氣裝置的某一部分經接地線連接到接地極稱為接地 (Grounding)。在一個電路中,接地可以視為電流的共同回歸路徑(稱為地回電路或地回路),可以是理論上與大地等電位的導線,或是與大地的有形連接。回到零電位才能完成一個電力系統的循環,如果沒有接地,就如同水被阻擋,無法流動就沒有電流。

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圖一、電路圖中常見的接地線符號。(本文作者蔡雨錡繪)

除了在電路圖(圖一)中,在日常生活中有許多應用,例如:十七世紀富蘭克林作的風箏實驗,觀察到天空中的雷電被導引到大地來中和天空中的電荷,進而有避雷針的出現。家用電器中為了安全或是電路穩定的接地線(三孔插頭中間的金屬棒)。或是當天冷時人體容易產生多餘的電荷,觸碰地或是跟地接觸的物品可以釋放你多餘的電荷,避免跟朋友碰到的時候會有觸電的感覺,在這種時候最好增加你接觸這些東西的截面積,截面積越大越可以分散電荷離開的位置。

通常有幾種接地的理由,例如,設備或電力系統接地,將設備或機殼接地,保護人體一旦在設備內有漏電的情形下,能達到將電流導入大地,避免觸電受到傷害。而電路訊號接地,則可建立一個零電壓基準點或一個回流路徑給整合在一起的各路訊號,維持正常動作或量測。此外,接地也可能有屏蔽效果,而可預防靜電累積。有時人們為了防雜訊、電磁干擾也會作接地隔離或排導。


參考文獻

  1. 探討儀器接地的考量。|台灣是德科技。 http://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5989-9200ZHA.pdf
  2. 接地|維基百科。https://zh.wikipedia.org/wiki/grounding
  3. 接地理論|佑昌科技工程。http://www.mes.com.tw/work/mes-21.htm

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