Füüsika õpetaja raamatFüüsika õpetaja raamat : Kõrge pinge ja tappev vool

Kõrge pinge ja tappev vool

Miks on elektiliini postide hoiatussiltidele kirjutatud „ETTEVAATUST! – KÕRGEPINGE”? On ju teada, et hoopis suur voolutugevus võib inimesi tappa. Küsib Paul G. Hewitt õpikus Conceptual Physics.

Ohmi seadus seob kolm olulist vooluringi iseloomustavat füüsikalist suurust: pinge, voolutugevus ja takistus. Oht, mille tõttu peab ette vaatama, on selles, et mida kõrgem on pinge, seda tugevam on vool, kui takistus ei muutu. Võib ka öelda, et kui on tekkinud tugev vool, siis järelikult pidi olema selle põhjuseks kõrge pinge või väike takistus. Küll aga ei tohiks arvata, et tugev vool võib põhjustada kõrget pinget. See kõik on õige, aga küsima peab, kas takistus on muutumatu?

Inimese takistuses on määrav osa nahal, sest pindmised surnud naharakud moodustavad päris hea isolaatori kihi (eritakistus, ρ = 1,5 – 2 MΩ·cm). Siseorganite, lihaste ja vere takistus on sellega võrreldes väike (ρ = 100 – 800 Ω·cm). Seega võib öelda, et elektrilöögi korral päästab meid naha suur takistus ja kasuks tuleb, kui nahk on terve ning kuiv. Aga kõik inimesed ei ole ühtviisi paksu nahaga ja ka ühel inimesel ei ole naha takistus kõigis kehapiirkondades sama. Kui inimene „satub voolu alla”, siis keha või kehaosa takistus, mida vool läbib, sõltub tingimustest, kehapiirkonnast ja isiku eripärast ja võib olla vaid umbes 600Ω, aga võib olla ka ligi 100kΩ.

Vahelduvvoolu (sagedus 50 või 60 Hz) mõju inimesele: AC-1 – midagi pole tunda; AC-2 – elektri mõju on tuntav, aga lihaste kontrollimatut kokkutõmmet see ei põhjusta; AC-3 – lihased tõmbuvad kokku, aga püsivaid vigastusi ei teki; AC-4 – tõenäoliselt tekivad pöördumatud muutused, võimalik südame seiskumine.

Kui arvutada Ohmi seaduse järgi voolutugevus, siis koduse elektrivõrgu pinge (U=230V) korral on see:

Suurim võimalik: Imax=U/Rmin=230V/ 600Ω=0,38A=380mA

Vähim võimalik: Imin=U/Rmax=230V/ 100000Ω=0,0023A=2,3mA

Vaadates diagrammi, mis näitab erinevate voolutugevuste mõju inimesele, paistab, et suurim võimalik voolutugevus lõpeb tõenäoliselt surmaga, kui see kestab üle poole sekundi. Vähim võimalik voolutugevus on küll tuntav (st valus või ebamugav), aga püsivat kahju tervisele ei tohiks tekitada. Tehku meid siiski ettevaatlikuks see, et inimesed on surnud ka puhtalt elektrilöögi saamise ehmatusest. Samas andku meile lootust, et vähemalt ühel korral on eluga pääsenud inimene, kes sai elektrilöögi 340kV ülekandeliinist.

Enamus inimesi suudab vähemalt pool sekundit ilma suurema kahjuta kannatada voolutugevust 20mA. Kui arvestada inimese takistuseks umbes 6000Ω, oles lubatav pinge:

U=IR=0,02A·6000Ω=120V

Umbes sellist pinget koduses vooluvõrgus paljudes riikides pakutaksegi.

Kas tasub inimesi hoiatada suure takistuse eest. Kuhu võiks sellise sildi riputada?

Kõrgepinge eest hoiatamine on igati asjalik veel ühel põhjusel. Pingel üle 500V võib inimese nahas tekkida läbilöök, nagu see võib juhtuda tegelikult kõigis isolaatorites. Läbilöögi korral muutub isolaatori (algselt väga suur) takistus korraks väga palju väiksemaks, millega kaasneb voolutugevuse äkiline kasv. Kahjuks põhjustab läbilöök nahas põletusega sarnase elektrikahjustuse. Kahjustatud naha takistus jääbki oluliselt väikemaks kui tervel ja tugev vool pääseb siseelundeid kahjustama.

Kõrgepinge hoiatusest tasub välja teha, sest kui jätate alajaama ukse avamata või posti otsa ronimata, ei saa teie kehas kuidagi tekkida ohtliku tugevusega voolu. Vooluga juhe ei ole ohtlik, ei karga kellelegi kallale, kes teda ise torkima ei lähe.