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1000 V, ist das gefährlich?
Kurzreferat im Rahmen des 2. Innovationstags „naturwissenschaftlicher
Unterricht“
5. März 2011
Jürg Christener
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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
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Autobatterie
Spannung12 VoltGleichspannung
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Viehhüter (elektr. Weidezaun)
Spannung5‘000 Voltpulsförmiger Verlauf
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Defibrillator
Spannungbis 3000 Voltpulsförmiger Verlauf
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Steckdose
230 VoltWechselspannung
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Blitz
> 10‘000‘000 Vpulsförmiger Verlauf
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Wirkung von elektrischem Strom auf den menschlichen Körper
• Muskelstimulation(Kräuseln, Krämpfe, Herzrhythmusstörungen, Herzkammerflimmern)
• Verbrennungen
• Elektrolyse(Zersetzung des Gewebes, Vergiftungserscheinungen)
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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)
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Viele verschiedene Begriffeim Zusammenhang mit Elektrizität
SpannungVolt
StromAmpère
ZeitSekunden
EnergieJoule
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Beispiel: Viehüter
• Relativ hohe „Leerlaufspannung“: 5‘000 V• kleiner Strom: < 10 mA (Milliampère)• kurze Zeit: wenige ms (Millisekunden)
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Spannung (im „Leerlauf“)
t, Zeit [s]
U, Spannung [V]
i, Strom [A]
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Spannung, mit Berührung (bei „schwacher“ Quelle)
t, Zeit [s]
U, Spannung [V]
i, Strom [A]
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Strom, ausgelöst durch Berührung
t, Zeit [s]
U, Spannung [V]
i, Strom [A]
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Energie, Produkt von Spannung, Strom und Zeit
t, Zeit [s]
U, Spannung [V]
i, Strom [A]
Energie:
Volumen des Gebildes
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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
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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!
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Autobatterie
Spannung12 VoltGleichspannung
Strombis 1000 Ampère
Zeitviele Minuten
Energiebis 5‘000‘000 Joule
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Viehhüter (elektr. Weidezaun)
Spannung5‘000 VoltGleichspannung
Strom< 10 mAmpère
Zeiteinige mSekunden
Energie< 5 Joule
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Defibrillator
Spannung1000-3000 Voltpulsförmiger Verlauf
Strombis 50 Ampère
Zeitca. 10 mSekunden
Energietypisch 150 J (E)
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Steckdose
230 VoltWechselspannung
Stromz.B. 15 Ampère (je nach Sicherung)
Zeitbeliebig lang
Energiebeliebig viel
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Blitz
> 10‘000‘000 Vpulsförmiger Verlauf
Strombis 20‘000 Ampère
Zeitca. 4 mSekunden
Energieeinige 100 MJoule