Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Elektrische Felder: Abschirmung und Erdung/Bezugspotential


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von Alexander G. (grossmann200)


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Hallo zusammen,
gerade beschäftige ich mich erneut mit dem Thema der Abschirmung 
elektrischer Felder (magnetische Felder und elektromagnetische Wellen 
sollen hier mal kurz außen vor bleiben).

Hierfür verwendet man ja ein Metallgehäuse, dass ähnlich einem 
Faradayschen Käfig wirkt. Das physikalische Prinzip hier ist die 
Influenz, sehr gut beschreiben unter: 
http://de.wikipedia.org/wiki/Influenz#Modellvorstellung

Der Wikipedia Artikel 
http://de.wikipedia.org/wiki/Abschirmung_%28Elektrotechnik%29#Statische_und_niederfrequente_elektrische_Felder 
merkt an, dass man das zur Abschirmung verwendete Metallgehäuse erden 
oder mit einem Bezugspotential verbinden soll. Diese Notwendigkeit kann 
ich aus praktischer Erfahrung bestätigen (macht einen richtig großen 
Unterschied).

Physikalisch verstehen ich jedoch nicht, warum die Verbindung mit einem 
Bezugspotential einen so großen Einfluss hat? Im Gegenteil: verhindert 
denn  eine Erdung nicht sogar den Aufbau des elektrischen Feldes 
innerhalb des Gehäuses, welches das eigentliche äußere elektr. Feld 
kompensieren sollte?

Besten Dank vorab für konstruktive Beiträge/Hinweise.

: Bearbeitet durch User
von Georg G. (df2au)


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Alexander G. schrieb:
> macht einen richtig großen Unterschied).

kannst du uns bitte Details zu dem Experiment geben, das zu dieser 
Erkenntnis geführt hat?

von Matthias D. (marvin42)


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Ui, das könnte eine längere Diskussion werden :-) Zunächst mal glaube 
ich Dir und nehme an, du hast wirlich nur ein elektrisches Feld - kein 
magnetisches, also ein Vektorfeld E und sonst nichts. Wichtig wäre, ob 
dein Feld statisch oder dynamisch ist, denn im letzteren Fall entstehen 
dank Herrn Maxwell dann doch wieder magnetische Felder.
Wenn du ein rein statisches Feld hast, dann hat das eine Polarität und 
die Aussenfläche deines Metallgehäuse wird eine entgegengesetzte 
Polarität ausbilden, das wiederum 'kann' eine Polarisierung im Inneren 
erzeugen - da ist die Influenz dann wieder. Wie der Artikel richtig 
erklärt ist das Wort "Abschirmung" etwas ungeschickt: das Metallgehäuse 
sorgt nicht dafür dass im Inneren kein Feld E mehr ist, sondern es 
bewirkt ein Gegenfeld, welches E kompensiert. Also: bei einem statischen 
Feld reicht das Metallgehäuse, Erdung muß nicht sein.

von Alexander G. (grossmann200)


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Ich wollte für mein Oszi einen einfachen Tastkopf bauen (bitte hier 
jetzt nicht diskutieren, wie viel Sinn das (nicht) macht ... habe die 
Threads zu dem Thema gelesen :-) ).

Also: ein kurzes Koax-Kabel an eine BNC-Buchse gelötet und ans Oszi 
gehängt. Am anderen Ende des Koax-Kabels einen 9Meg Widerstand und 
Kondensator-Trimmer parallel verlötet.

1) Eigenbau-Oszi liegt auf dem Tisch --> Oszi zeigt eine deutliche 50Hz 
Welle;

2) Eigenbau-Oszi in eine mit Kupfer ausgekleidete Weißblechdose mit 
Deckel gelegt --> Oszi zeigt immer noch deutliche 50Hz Welle;

3) Leitungsschirm des Koax-Kabels mit der Weißblechdose verbunden --> 
Oszi zeigt fast nicht mehr;

Okay, was mir jetzt auffällt: eventuell hat diese Beobachtung gar nichts 
mit der im Wiki-Artikel erwähnten Erdung in Bezug auf ELEKTRISCHE Felder 
zu tun. Wahrscheinlich habe ich über die Kabelöffnung ELEKTROMAGNETISCHE 
Wellen in die Weißbleckdose gelassen. Dennoch bleibt die Frage, warum 
für die elektrischen Felder die Erdung so wichtig ist?

: Bearbeitet durch User
von Alexander G. (grossmann200)


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Matthias D. schrieb:
> Wichtig wäre, ob
> dein Feld statisch oder dynamisch ist, denn im letzteren Fall entstehen
> dank Herrn Maxwell dann doch wieder magnetische Felder.

In meiner realen Beobachtung hatte ich ein dynamisches Feld, welches mir 
im Oszi mit 50Hz angezeigt wurde. Also wohl ein elektromagnetisches Feld 
vom Hausstrom. Somit lag ich wohl gerade etwas falsch, als ich eine 
Verbindung zwischen meiner Beobachtung und dem Fall der Abschirmung 
eines rein elektrischen Feldes herstellte (wie oben gerade auch 
erwähnt). Aber völlig unabhängig von meiner Beobachtung, geht es mir 
zunächst einmal um das Verständnis, warum eine Erdung bei elektrischen 
Feldern wichtig ist.

Matthias D. schrieb:
> Also: bei einem statischen
> Feld reicht das Metallgehäuse, Erdung muß nicht sein.
... interessant, Kern meiner Frage ist nun, was bewirkt im dynamischen 
Fall die Erdung?

von Helge A. (besupreme)


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Die Erdung verhindert ein elektrisches Feld außerhalb des Gehäuses. Es 
ist ja in der Regel gewünscht, daß von der Außenseite zu Erde bzw. 
Umgebung kein Potentialunterschied besteht.

von Georg G. (df2au)


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Ohne die angeschlossene Erdung hast du einen kapazitiven Spannungsteiler 
für das im Raum vagabundierende 50Hz Feld gebaut.
Wenn du den Effekt der Erdung messen wolltest, müsstest du dich mitsamt 
Oszi in die vollkommen geschlossene Dose setzen. Dann würdest du 
feststellen, dass die Erdung keinen Effekt hat.

von Alexander G. (grossmann200)


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Helge A. schrieb:
> Die Erdung verhindert ein elektrisches Feld außerhalb des Gehäuses. Es
> ist ja in der Regel gewünscht, daß von der Außenseite zu Erde bzw.
> Umgebung kein Potentialunterschied besteht.

ich bin erleuchtet. Danke, auch an Matthias D.

Ich fasse zusammen:

Erstens: Die Erdung soll meine Schaltung nicht vor äußeren Feldern 
schützen, sondern umgekehrt verhindern, dass meine Schaltung selbst nach 
außen "abstrahlt" (hoffentlich habe ich Helge hier richtig verstanden).

Zweitens: Meine Beobachtung hatte gar nix mit der Erdung zu tun. 
Vielmehr hatte ich mir noch zusätzlich elektromagnetische Wellen 
eingefangen.

... Mensch ein kurzer Dialog und schon sieht man klarer.

:-) :-) :-)

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