Wet van Ohm (alweer!)

Een veel voorkomende uitdrukking die wordt gehoord met betrekking tot elektrische veiligheid gaat ongeveer als volgt:"Het is niet de spanning die dodelijk is, het is huidig ! Hoewel hier een kern van waarheid in zit, valt er meer te begrijpen over schokgevaar dan dit simpele gezegde. Als de spanning geen gevaar zou opleveren, zou niemand ooit borden afdrukken en tonen met de tekst:GEVAAR - HOOG VOLTAGE!

Het principe dat "current kills" in wezen correct is. Het is elektrische stroom die weefsel verbrandt, spieren bevriest en harten doet fibrilleren. Elektrische stroom ontstaat echter niet alleen:er moet spanning beschikbaar zijn om de stroom door een slachtoffer te motiveren. Het lichaam van een persoon biedt ook weerstand tegen de stroom, waarmee rekening moet worden gehouden.

Als we de wet van Ohm nemen voor spanning, stroom en weerstand, en deze uitdrukken in termen van stroom voor een bepaalde spanning en weerstand, hebben we deze vergelijking:

De hoeveelheid stroom door een lichaam is gelijk aan de hoeveelheid spanning die wordt aangelegd tussen twee punten op dat lichaam, gedeeld door de elektrische weerstand die het lichaam tussen die twee punten biedt. Het is duidelijk dat hoe meer spanning er beschikbaar is om de stroom te laten vloeien, hoe gemakkelijker deze door een bepaalde hoeveelheid weerstand zal stromen.

Vandaar het gevaar van een hoge spanning die voldoende stroom kan genereren om letsel of de dood te veroorzaken. Omgekeerd, als een lichaam een ​​hogere weerstand heeft, zal er minder stroom vloeien voor een gegeven hoeveelheid spanning. Hoeveel spanning gevaarlijk is, hangt af van de totale weerstand in het circuit om de stroom van elektrische stroom tegen te gaan.

Lichaamsweerstand is geen vaste grootheid. Het verschilt van persoon tot persoon en van tijd tot tijd. Er is zelfs een techniek voor het meten van lichaamsvet, gebaseerd op een meting van de elektrische weerstand tussen de tenen en vingers van een persoon.

Verschillende percentages lichaamsvet zorgen voor verschillende weerstanden:één variabele die de elektrische weerstand in het menselijk lichaam beïnvloedt. Om de techniek nauwkeurig te laten werken, moet de persoon zijn vochtinname enkele uren voorafgaand aan de test regelen, wat aangeeft dat lichaamshydratatie een andere factor is die van invloed is op de elektrische weerstand van het lichaam.

De lichaamsweerstand varieert ook naargelang het contact met de huid:van hand tot hand, van hand tot voet, van voet tot voet, van hand tot elleboog, enz. Zweet, dat rijk is aan zout en mineralen, is een uitstekende geleider van elektriciteit omdat het een vloeistof is. Dat geldt ook voor bloed met zijn vergelijkbare hoge gehalte aan geleidende chemicaliën.

Dus contact met een draad gemaakt door een zweterige hand of open wond zal veel minder weerstand bieden tegen stroom dan contact gemaakt door een schone, droge huid.

Door elektrische weerstand te meten met een gevoelige meter, meet ik ongeveer 1 miljoen ohm weerstand (1 MΩ) op mijn handen die de metalen sondes van de meter tussen mijn vingers vasthouden. De meter geeft minder weerstand aan als ik stevig in de sondes knijp en meer weerstand als ik ze losjes vasthoud.

Terwijl ik hier achter mijn computer deze woorden typ, zijn mijn handen schoon en droog. Als ik in een hete, vuile, industriële omgeving zou werken, zou de weerstand tussen mijn handen waarschijnlijk veel minder zijn, minder weerstand bieden aan dodelijke stroom en een grotere kans op elektrische schokken.

Hoeveel elektrische stroom is schadelijk?

Het antwoord op die vraag hangt ook af van verschillende factoren. Individuele lichaamschemie heeft een significante invloed op hoe elektrische stroom een ​​individu beïnvloedt. Sommige mensen zijn zeer gevoelig voor stroom en ervaren onwillekeurige spiersamentrekkingen met schokken van statische elektriciteit.

Anderen kunnen grote vonken trekken uit het ontladen van statische elektriciteit en voelen het nauwelijks, laat staan ​​een spierspasme ervaren. Ondanks deze verschillen zijn er bij benadering richtlijnen ontwikkeld door middel van tests die aangeven dat er zeer weinig stroom nodig is om schadelijke effecten te vertonen (zie opnieuw het einde van het hoofdstuk voor informatie over de bron van deze gegevens).

Alle huidige cijfers in milliampère (een milliampère is gelijk aan 1/1000 van een ampère):

Een tabel met de effecten van elektriciteit op het lichaam

"Hz" staat voor de eenheid Hertz . Het is de maat voor hoe snel wisselstroom wisselt, ook wel bekend als frequentie . Dus de kolom met cijfers met het label "60 Hz AC" verwijst naar een stroom die wisselt met een frequentie van 60 cycli (1 cyclus =tijdsperiode waarin de stroom in de ene richting vloeit, dan de andere richting) per seconde.

De laatste kolom, met het label '10 kHz AC', verwijst naar wisselstroom die elke seconde tienduizend (10.000) heen en weer cycli voltooit.

Houd er rekening mee dat deze cijfers slechts bij benadering zijn, omdat personen met een verschillende lichaamschemie verschillend kunnen reageren. Er is gesuggereerd dat een stroomsterkte over de borst van slechts 17 milliampère wisselstroom voldoende is om onder bepaalde omstandigheden fibrillatie bij een mens te veroorzaken. De meeste van onze gegevens over geïnduceerde fibrillatie zijn afkomstig uit dierproeven. Het is duidelijk dat het niet praktisch is om tests van geïnduceerde ventriculaire fibrillatie op menselijke proefpersonen uit te voeren, dus de beschikbare gegevens zijn summier.

Oh, en voor het geval je je afvraagt, ik heb geen idee waarom vrouwen vatbaarder zijn voor elektrische stromen dan mannen! Stel dat ik mijn handen over de klemmen van een wisselspanningsbron zou plaatsen met 60 Hz (60 cycli per seconde). Hoeveel spanning zou er nodig zijn op deze schone, droge huid om een ​​stroom van 20 milliampère te produceren (genoeg om ervoor te zorgen dat ik de spanningsbron niet meer los kan laten)? We kunnen de wet van Ohm gebruiken om dit te bepalen:

E =IR E =(20 mA) (1 MΩ) E =20.000 volt, of 20 kV

Houd er rekening mee dat dit een "best case" scenario (schone, droge huid) is vanuit het oogpunt van elektrische veiligheid en dat dit getal voor spanning de hoeveelheid vertegenwoordigt die nodig is om tetanus op te wekken. Er zou veel minder nodig zijn om een ​​pijnlijke schok te veroorzaken! Houd er ook rekening mee dat de fysiologische effecten van een bepaalde hoeveelheid stroom aanzienlijk kunnen verschillen van persoon tot persoon en dat deze berekeningen slechts schattingen zijn. .

Met water op mijn vingers gesprenkeld om zweet te simuleren, kon ik een hand-tot-hand weerstand meten van slechts 17.000 ohm (17 kΩ). Houd er rekening mee dat dit alleen is wanneer één vinger van elke hand contact maakt met een dunne metalen draad. Als we de spanning herberekenen die nodig is om een ​​stroom van 20 milliampère te veroorzaken, krijgen we dit cijfer:

E =IR E =(20 mA) (17 kΩ) E =340 volt

In deze realistische toestand zou er maar 340 volt potentiaal van een van mijn handen naar de andere nodig zijn om 20 milliampère stroom te veroorzaken. Het is echter nog steeds mogelijk om een ​​dodelijke schok te krijgen van minder spanning dan dit. Mits een veel lager lichaamsweerstandscijfer versterkt door contact met een ring (een band van goud gewikkeld rond de omtrek van iemands vinger maakt een uitstekend contactpunt voor elektrische schokken) of volledig contact met een groot metalen voorwerp zoals een pijp of metalen handvat van een gereedschap, kan de lichaamsweerstand dalen tot wel 1000 ohm (1 kΩ), waardoor een nog lagere spanning een potentiaal kan vormen gevaar.

E =IR E =(20 mA) (1 kΩ) E =20 volt

Merk op dat in deze toestand 20 volt voldoende is om een ​​stroom van 20 milliampère door een persoon te produceren; genoeg om tetanus op te wekken. Onthoud dat er is gesuggereerd dat een stroomsterkte van slechts 17 milliampère ventriculaire (hart) fibrillatie kan veroorzaken. Met een hand-tot-hand weerstand van 1000 Ω zou er maar 17 volt nodig zijn om deze gevaarlijke toestand te creëren.

E =IR E =(17 mA) (1 kΩ) E =17 volt

Zeventien volt is niet veel voor elektrische systemen. Toegegeven, dit is een "worst-case" scenario met 60 Hz AC-spanning en uitstekende lichaamsgeleiding, maar het toont wel aan hoe weinig spanning onder bepaalde omstandigheden een ernstige bedreiging kan vormen.

De omstandigheden die nodig zijn om 1.000 Ω lichaamsweerstand te produceren, hoeven niet zo extreem te zijn als wat werd gepresenteerd (zweterige huid met contact gemaakt op een gouden ring). De lichaamsweerstand kan afnemen bij het aanleggen van spanning (vooral als tetanus ervoor zorgt dat het slachtoffer een geleider steviger vasthoudt), zodat bij constante spanning een schok in hevigheid kan toenemen na het eerste contact.

Wat begint als een milde schok - net genoeg om een ​​slachtoffer te 'bevriezen' zodat ze niet kunnen loslaten - kan escaleren in iets dat ernstig genoeg is om hen te doden als hun lichaamsweerstand afneemt en de stroom dienovereenkomstig toeneemt.

Onderzoek heeft een geschatte reeks cijfers opgeleverd voor elektrische weerstand van menselijke contactpunten onder verschillende omstandigheden (zie het einde van het hoofdstuk voor informatie over de bron van deze gegevens):

• Draad aangeraakt door vinger:40.000 Ω tot 1.000.000 Ω droog, 4.000 Ω tot 15.000 Ω nat.
• De draad wordt met de hand vastgehouden:15.000 Ω tot 50.000 Ω droog, 3.000 Ω tot 5.000 Ω nat.
• Met de hand vastgehouden metalen tang:5.000 Ω tot 10.000 Ω droog, 1.000 Ω tot 3.000 Ω nat.
• Contact met de handpalm:3.000 Ω tot 8.000 Ω droog, 1.000 Ω tot 2.000 Ω nat.
• 1,5-inch metalen pijp met één hand vastgepakt:1.000 Ω tot 3.000 Ω droog, 500 Ω tot 1.500 Ω nat.
• Met twee handen vastgegrepen 1,5-inch metalen pijp:500 Ω tot 1.500 kΩ droog, 250 Ω tot 750 Ω nat.
• Hand ondergedompeld in geleidende vloeistof:200 Ω tot 500 Ω.
• Voet ondergedompeld in geleidende vloeistof:100 Ω tot 300 Ω.

Let op de weerstandswaarden van de twee omstandigheden waarbij een metalen buis van 1,5 inch betrokken is. De weerstand gemeten met twee handen die de pijp vastpakken, is precies de helft van de weerstand van één hand die de pijp vastpakt.

Met twee handen is het lichaamscontactgebied twee keer zo groot als met één hand. Dit is een belangrijke les om te leren:de elektrische weerstand tussen elk contact makend voorwerp neemt af naarmate het contactoppervlak groter wordt, terwijl alle andere factoren gelijk zijn. Met twee handen die de pijp vasthouden, heeft de stroom er twee, parallel routes waardoor ze van de pijp naar het lichaam kunnen stromen (of omgekeerd).

Zoals we in een later hoofdstuk zullen zien, parallel circuitpaden resulteren altijd in minder algehele weerstand dan een enkel pad dat alleen wordt beschouwd.

In de industrie wordt 30 volt algemeen beschouwd als een conservatieve drempelwaarde voor gevaarlijke spanning. De voorzichtige persoon moet elke spanning boven 30 volt als bedreigend beschouwen en niet vertrouwen op normale lichaamsweerstand voor bescherming tegen schokken. Dat gezegd hebbende, is het nog steeds een uitstekend idee om je handen schoon en droog te houden en alle metalen sieraden af ​​te doen als je in de buurt van elektriciteit werkt.

Zelfs rond lagere spanningen kunnen metalen sieraden een gevaar vormen door voldoende stroom te geleiden om de huid te verbranden als ze in contact komen tussen twee punten in een circuit. Vooral metalen ringen zijn de oorzaak geweest van meer dan een paar verbrande vingers bij het overbruggen van punten in een laagspannings-, hoogstroomcircuit.

Spanningen lager dan 30 kunnen ook gevaarlijk zijn als ze voldoende zijn om een ​​onaangenaam gevoel te veroorzaken, waardoor u kunt schokken en per ongeluk in contact kunt komen met een hogere spanning of een ander gevaar. Ik herinner me dat ik ooit op een warme zomerdag aan een auto werkte.

Ik droeg een korte broek, mijn blote been raakte de chromen bumper van het voertuig terwijl ik de batterijverbindingen aandraaide. Toen ik met mijn metalen sleutel de positieve (ongeaarde) kant van de 12-volt batterij aanraakte, voelde ik een tintelend gevoel op het punt waar mijn been de bumper raakte. De combinatie van stevig contact met metaal en mijn bezwete huid maakte het mogelijk een schok te voelen met slechts 12 volt elektrisch potentieel.

Gelukkig was er niets ergs gebeurd, maar als de motor had gedraaid en de schok aan mijn hand was gevoeld in plaats van aan mijn been, had ik misschien in een reflex mijn arm in het pad van de draaiende ventilator geduwd, of de metalen sleutel over de accupolen laten vallen (waardoor groot hoeveelheden stroom door de sleutel met veel bijbehorende vonken).

Dit illustreert een andere belangrijke les met betrekking tot elektrische veiligheid; dat elektrische stroom zelf een indirecte oorzaak van letsel kan zijn door ervoor te zorgen dat u overspringt of delen van uw lichaam in gevaar brengt.

De weg die de stroom door het menselijk lichaam aflegt, maakt verschil in hoe schadelijk het is. Stroom heeft invloed op alle spieren die op zijn pad komen, en aangezien de hart- en longspieren (middenrif) waarschijnlijk het meest cruciaal zijn voor iemands overleving, zijn schokpaden die door de borstkas lopen het gevaarlijkst. Dit maakt het stroompad van de hand-tot-handschok een zeer waarschijnlijke manier van letsel en dodelijke afloop.

Om dit te voorkomen, is het raadzaam om slechts één hand te gebruiken om te werken aan circuits onder gevaarlijke spanning, en de andere hand in een zak te stoppen om niet per ongeluk iets aan te raken. Natuurlijk is het altijd veiliger om op een circuit te werken wanneer het geen stroom heeft, maar dit is niet altijd praktisch of mogelijk.

Voor eenhandig werk heeft de rechterhand over het algemeen de voorkeur boven de linker om twee redenen:de meeste mensen zijn rechtshandig (waardoor extra coördinatie wordt verkregen bij het werken), en het hart bevindt zich meestal links van het midden in de borstholte.

Voor degenen die linkshandig zijn, is dit advies misschien niet het beste. Als zo'n persoon voldoende ongecoördineerd is met zijn rechterhand, kunnen ze zichzelf in groter gevaar brengen door de hand te gebruiken waarmee ze zich het minst comfortabel voelen, zelfs als de schokstroom door die hand een groter gevaar voor hun hart zou kunnen vormen. Het relatieve risico tussen schokken door de ene of de andere hand is waarschijnlijk kleiner dan het risico van werken met minder dan optimale coördinatie, dus de keuze met welke hand te werken wordt het best overgelaten aan het individu.

De beste bescherming tegen schokken van een stroomkring is weerstand, en weerstand kan aan het lichaam worden toegevoegd door het gebruik van geïsoleerd gereedschap, handschoenen, laarzen en andere uitrusting. Stroom in een circuit is een functie van de beschikbare spanning gedeeld door het totaal weerstand in het pad van de stroming. Zoals we later in dit boek in meer detail zullen onderzoeken, hebben weerstanden een additief effect wanneer ze worden opgestapeld, zodat er maar één pad is om stroom te laten vloeien:

Nu zullen we een equivalent circuit zien voor een persoon die geïsoleerde handschoenen en laarzen draagt:

Omdat elektrische stroom door de koffer moet gaan en het lichaam en de handschoen om zijn circuit terug naar de batterij te voltooien, het gecombineerde totaal (som ) van deze weerstanden verzet zich in grotere mate tegen de stroomstroom dan elk van de weerstanden die afzonderlijk worden beschouwd.

Veiligheid is een van de redenen waarom elektrische draden meestal zijn bedekt met plastic of rubberen isolatie:om de hoeveelheid weerstand tussen de geleider en wie of wat er ook mee in contact kan komen enorm te vergroten.

Helaas zou het onbetaalbaar zijn om hoogspanningsgeleiders te omsluiten die onvoldoende zijn geïsoleerd om veiligheid te bieden in geval van onbedoeld contact. De veiligheid wordt dus gewaarborgd door die lijnen ver genoeg buiten bereik te houden, zodat niemand ze per ongeluk kan aanraken.

BEOORDELING:

• Beschadiging van het lichaam is een functie van de hoeveelheid schokstroom. Een hogere spanning zorgt voor de productie van hogere, gevaarlijkere stromen. Weerstand is tegen stroom, waardoor een hoge weerstand een goede beschermingsmaatregel tegen schokken is.
• Elke spanning boven de 30 wordt over het algemeen geacht gevaarlijke schokstromen te kunnen leveren.
• Metalen sieraden zijn absoluut slecht om te dragen bij het werken in de buurt van elektrische circuits. Ringen, horlogebanden, halskettingen, armbanden en andere dergelijke versieringen zorgen voor uitstekend elektrisch contact met uw lichaam en kunnen zelf voldoende stroom geleiden om brandwonden op de huid te veroorzaken, zelfs bij lage spanningen.
• Lage spanningen kunnen nog steeds gevaarlijk zijn, zelfs als ze te laag zijn om direct schokken te veroorzaken. Ze kunnen voldoende zijn om het slachtoffer te laten schrikken, waardoor ze zich terugtrekken en contact maken met iets gevaarlijkers in de nabije omgeving.
• Als het nodig is om aan een "live" circuit te werken, is het het beste om het werk met één hand uit te voeren om een ​​dodelijk hand-to-hand (via de borst) schokstroompad te voorkomen.

Bekijk zeker eens onze Ohm's Law Calculator.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Wet Oefening van Ohm met Werkblad Antwoorden
• Werkblad algebraïsche vervanging voor elektrische circuits