1000 V, ist das gefährlich? Kurzreferat im Rahmen des 2. Innovationstags naturwissenschaftlicher...

1000 V, ist das gefährlich?

Kurzreferat im Rahmen des 2. Innovationstags „naturwissenschaftlicher

Unterricht“

5. März 2011

Jürg Christener

Ziele des Kurzreferats

• die Frage nach der Gefahr von elektrischen Anordnungen einigermassen systematisch beantworten könnenzu diesem Zweck:

• einige Grundbegriffe der Elektrizitätslehre anschaulich verstehen

• sich über einige Mechanismen der Gefährdung des menschlichen Körpers durch Elektrizität bewusst werden

Autobatterie

Spannung12 VoltGleichspannung

Viehhüter (elektr. Weidezaun)

Spannung5‘000 Voltpulsförmiger Verlauf

Defibrillator

Spannungbis 3000 Voltpulsförmiger Verlauf

Steckdose

230 VoltWechselspannung

Blitz

> 10‘000‘000 Vpulsförmiger Verlauf

Wirkung von elektrischem Strom auf den menschlichen Körper

• Muskelstimulation(Kräuseln, Krämpfe, Herzrhythmusstörungen, Herzkammerflimmern)

• Verbrennungen

• Elektrolyse(Zersetzung des Gewebes, Vergiftungserscheinungen)

Faktoren für die Gefährlichkeit für den Menschen

• Spannung 1)

• Strom 2)

• Zeit (Dauer der Einwirkung)

• Weg des Stroms

1) Häufig ist die Leerlaufspannung bekannt. Die effektiv anliegende Spannung ist durch die Charakteristik der Quelle bestimmt.

2) Abhängig von der effektiv anliegenden Spannung und dem Widerstand entlang des Stromwegs (Isolation)

Viele verschiedene Begriffeim Zusammenhang mit Elektrizität

SpannungVolt

StromAmpère

ZeitSekunden

EnergieJoule

Beispiel: Viehüter

• Relativ hohe „Leerlaufspannung“: 5‘000 V• kleiner Strom: < 10 mA (Milliampère)• kurze Zeit: wenige ms (Millisekunden)

Spannung (im „Leerlauf“)

t, Zeit [s]

U, Spannung [V]

i, Strom [A]

Spannung, mit Berührung (bei „schwacher“ Quelle)

t, Zeit [s]

U, Spannung [V]

i, Strom [A]

Strom, ausgelöst durch Berührung

t, Zeit [s]

U, Spannung [V]

i, Strom [A]

Energie, Produkt von Spannung, Strom und Zeit

t, Zeit [s]

U, Spannung [V]

i, Strom [A]

Energie:

Volumen des Gebildes

Beispiel: Viehüter

• Relativ hohe „Leerlaufspannung“: 5‘000 V• kleiner Strom: < 10 mA (Milliampère)• kurze Zeit: wenige ms (Millisekunden)

sehr kleine Energie: < 5 J (Joule)

unangenehm, aber nicht gefährlich

Faktoren für die Gefährlichkeit für den Menschen

• Energie

bestimmt durch

• Spannung 1)

• Strom 2)

• Zeit (Dauer der Einwirkung)

• Weg des Stroms

1) Häufig ist die Leerlaufspannung bekannt. Die effektiv anliegende Spannung ist durch die Charakteristik der Quelle bestimmt.

2) Abhängig von der effektiv anliegenden Spannung und dem Widerstand entlang des Stromwegs (Isolation)

Die Angabe der Spannung alleine ist nicht genügend für die Beurteilung der Gefährlichkeit!

Autobatterie

Spannung12 VoltGleichspannung

Strombis 1000 Ampère

Zeitviele Minuten

Energiebis 5‘000‘000 Joule

Viehhüter (elektr. Weidezaun)

Spannung5‘000 VoltGleichspannung

Strom< 10 mAmpère

Zeiteinige mSekunden

Energie< 5 Joule

Defibrillator

Spannung1000-3000 Voltpulsförmiger Verlauf

Strombis 50 Ampère

Zeitca. 10 mSekunden

Energietypisch 150 J (E)

Steckdose

230 VoltWechselspannung

Stromz.B. 15 Ampère (je nach Sicherung)

Zeitbeliebig lang

Energiebeliebig viel

Blitz

> 10‘000‘000 Vpulsförmiger Verlauf

Strombis 20‘000 Ampère

Zeitca. 4 mSekunden

Energieeinige 100 MJoule