Legea lui Ohm (reconsiderare)

Legea lui Ohm (reconsiderare)

Curentul electric si electrocutarea

In cadrul teoriei protectiei la electrocutare este rostita adeseori fraza: Nu tensiunea omoara, ci curentul! Desi exista o urma de adevar in aceasta zicala, trebuie sa intelegem mult mai multe despre pericolul electrocutarii decat atat.

Principiul conform caruia "curentul omoara" este in esenta corect. Curentul electric este cel responsabil de arderea tesuturilor, blocarea muschilor si intrarea inimii in fibrilatie. Totusi, curentul electric nu poate exista singur: trebuie sa existe o anumita cadere de tensiune pentru motivarea deplasarii electronilor prin corpul victimei. Corpul persoanei are si el o anumita rezistenta electrica, rezistenta ce trebuie luata de asemenea in considerare.

Conform legii lui Ohm, curentul este egal cu raportul dintre tensiune si rezistenta:

Rezistenta corpului victimei

Cantitatea de curent printr-un corp este egala cu raportul dintre valoarea tensiunii aplicate intre doua puncte distincte de pe corp si rezistenta electrica oferita de acesta intre cele doua puncte. Evident, cu cat valoarea tensiunii disponibile pentru "impingerea" electronilor este mai mare, cu atat acestia se vor deplasa mai usor (curent mai mare) pentru aceeasi valoare a rezistentei.

De aici rezulta si pericolul tensiunii inalte: tensiunea inalta inseamna un potential mai mare de trecere a unor cantitati mari de curent prin corp. Invers, cu cat corpul ofera o rezistenta electrica mai mare impotriva curentului, cu atat deplasarea electronilor este mai lenta (curent mai mic). Pericolul tensiunii se datoreaza pana la urma valorii rezistentei totale disponibile in circuit pentru impiedicarea transferului de electroni prin corp.

Rezistenta corpului nu este nici ea o valoarea fixa. Aceasta variaza de la o persoana la alta si nu este aceeasi de-a lungul timpului. Dintre factorii ce afecteaza rezistenta totala a unei persoane se numara procentul de grasime si gradul de hidratare al organismului.

Rezistenta organismului depinde si de modul de realizare al contactului dintre fir si piele: intre cele doua maini, intre mana si picior, intre cele doua picioare, intre picior si cot, etc. Sudoarea, fiind un lichid bogat in saruri si minerale, este un conductor excelent de electricitate. La fel este si sangele. Prin urmare, contactul realizat cu o mana transpirata sau o rana deschisa va reduce substantial valoarea rezistentei disponibile.

Daca masuram rezistenta electrica intre cele doua maini, valoarea indicata de un multimetru va fi de aproximativ un milion de ohmi (1 MΩ) (tinand cele doua sonde, fiecare intr-o mana). Multimetrul indica o rezistenta mai mica daca strangem puternic sondele in mana decat atunci cand le tinem usor.

Efectele curentilor asupra corpului uman

Care este valoarea pentru care curentul este periculos? Raspunsul la aceasta intrebare depinde si el de cativa factori. Fiecare corp este diferit din punct de vedere chimic, iar acest lucru duce la reactii diferite la trecerea aceluiasi curent prin doua corpuri diferite. In ciuda acestor diferente, de-a lungul timpului s-au stabilit unele valori cu ajutorul testelor ce indica efectele curentului electric asupra organismului. Toate valorile curentilor sunt date in miliamperi (1 mA = 0.001 A) (C.A. = curent alternativ):

EFECT ASUPRA CORPULUI CURENT CONTINUU C.A (60 Hz) C.A. (10 kHz)

Senzatia usoara Barbati = 1.0 mA 0.4 mA 7 mA
de gadilire Femei = 0.6 mA 0.3 mA 5 mA

Pragul de Barbati = 5.2 mA 1.1 mA 12 mA
perceptie Femei = 3.5 mA 0.7 mA 8 mA

Aparitia durerii, Barbati = 62 mA 9 mA 55 mA
dar se poate mentine Femei = 41 mA 6 mA 37 mA
controlul voluntar
al muschilor

Aparitia durerii, Barbati = 76 mA 16 mA 75 mA
victima nu poate lasa Femei = 51 mA 10.5 mA 50 mA
firul din mana

Durere severa, Barbati = 90 mA 23 mA 94 mA
apar dificultati Femei = 60 mA 15 mA 63 mA
de respiratie

Posibilitatea Barbati = 500 mA 100 mA
aparitiei fibrilatiei Femei = 500 mA 100 mA
inimii dupa 3 secunde

Atentie, aceste date sunt doar aproximative, pentru ca fiecare individ s-ar putea sa reactioneze diferit la trecerea curentului prin organism. S-a sugerat chiar, ca o valoarea a curentului de doar 17 mA (0,017 A!) este suficienta in anumite conditii pentru inducerea fibrilatiei inimii atunci cand este aplicata de-a lungul pieptului.

Rezistenta si pericolul electrocutarii

Sa presupunem de exemplu ca am prinde terminalele unei surse de tensiune alternativa la o frecventa de 60 Hz cu ambele maini. Care este valoarea tensiunii necesare pentru a produce un curent de 20 mA (suficient pentru a face imposibila desprinderea voluntara de pe fir) in conditiile in care pielea este uscata si curata? Folosim pentru a determina aceasta valoare:

Tineti minte ca aceasta este situatia cea mai favorabila victimei (piele curata si uscata) din punct de vedere al sigurantei electrice, iar valoarea tensiunii de 20 kV este valoarea necesara inducerii tetanosului. Pentru cauzarea unui soc electric dureros, este suficienta o valoare mult mai mica a tensiunii! De asemenea, tineti minte ca efectele fiziologice ale curentului electric variaza in mare masura de la o persoana la alta, iar aceste valori calculate sunt doar aproximari.

Transpiratia mainilor scade rezistenta electrica a corpului

Daca ne udam pe maini pentru a incerca sa simulam transpiratia, rezistenta electrica dintre cele doua maini scade pana la o valoare de aproximativ 17.000 de ohmi (17 kΩ) (incercati sa folositi un multimetru in diferite scenarii pentru calcularea rezistentei electrice dintre diferite puncte ale corpului dumneavoastra!), atingand cu doar un deget fiecare dintre cele doua sonde. O recalculare a tensiunii necesare inducerii unui curent de 20 mA, duce la urmatorul rezultat:

In aceasta situatie realista, este nevoie de o cadere de tensiune de doar 340 de volti intre cele doua maini pentru a induce un curent de 20 mA (vedeti tabelul efectelor curentului asupra corpului).

Inelele sau bratarile purtate pe mana se pot dovedi periculoase

Totusi, este posibila aparitia unui soc electric la o tensiune mult mai mica decat aceasta. In cazul in care rezistenta electrica a corpului scade si mai mult datorita contactului cu un inel purtat pe deget (un inel din aur in jurul degetului reprezinta un contact excelent pentru aparitia socului electric), sau cu o suprafata de contact cu un corp metalic mare precum o teava sau manerul unei scule de lucru, valoarea rezistentei poate scadea pana la valori in jurul a 1.000 de ohmi (1 kΩ), caz in care chiar si o tensiune joasa prezinta un risc crescut de electrocutare:

In aceasta situatie, sunt suficienti 20 V pentru producerea unui curent de 20 mA prin corpul victimei, suficient pentru inducerea tetanosului. Luand in considerare faptul ca, teoretic, 17 mA sunt suficienti pentru inducerea fibrilatiei inimii, o rezistenta electrica de 1 kΩ intre cele doua maini face ca o cadere de tensiune de doar 17 V sa fie extrem de periculoasa

Saptesprezece volti nu este o valoare foarte mare din punct de vedere al retelelor electrice. Desigur, aceasta este situatia cea mai proasta posbil, cu o tensiune alternativa la 60 Hz si conductivitate excelenta a corpului, dar utilitatea ei consta in exemplificarea faptului ca o tensiune foarte mica se poate dovedi periculoasa in anumite conditii si situatii.

"Inghetarea" victimei pe fir

Nu este necesar ca aceste conditii de realizare a rezistentei electrice de 1 kΩ sa fie atat de extreme precum a fost prezentat mai sus. Rezistenta corpului poate scadea odata cu aplicarea tensiunii (in special daca tetanosul face ca victima sa stranga si mai bine conductorul in mana), astfel incat cu o tensiune constanta, severitatea unui soc electric se poate agrava in timp dupa contactul initial. Ceea ce incepe ca un soc usor - suficient pentru a ingheta victima pe fir, astfel incat sa nu-l poata lasa din mana - se poate transforma intr-un soc suficient de sever pentru a cauza decesul pe masura ce rezistenta corpului scade iar curentul corespunzator creste.

Variatia rezistentei corpului uman

Urmatoarele seturi de date au fost prelevate prin intermediul cercetarilor asupra valorilor rezistentei corpului intre diferite puncte si conditii de contact:

Scenariu | Rezistenta electrica | Rezistenta electrica |
| (conditii uscate) | (conditii umede) |

| Fir atins de deget | 40 k - 1 M | 4 k - 15 k |
| Fir prins in mana | 15 k - 50 k | 3 k - 5 k |
| Clesti metalici tinuti in mana | 5 k k | 1 k - 3 k |
| Contact cu palma mainii | 3 k - 8 k | 1 k - 2 k |
| Bara metalica de 4 cm tinuta cu o mana | 1 k - 3 k | 0.5 k - 1,5 k |
| Bara metalica de 4 cm tinuta cu ambele maini | 0.5 k - 1,5 k | 0.25 k - 0.75 k |
| Mana introdusa in lichid conductor | 0.2 k - 0.5 k | |
| Picior introdus in lichid conductor | 0.1 kΩ - 0.3 kΩ | |

Observati valorile rezistentei pentru scenariul contactului cu o bara groasa de 4 cm. Rezistenta masurata in cazul contactului cu ambele maini este exact jumatate cazului de contact cu o singura mana.

Cu ambele maini pe bara, suprafata de contact este de doua ori mai mare decat cu o singura mana. Aceasta este o lectie importanta de tinut minte: rezistenta electrica dintre doua puncte de contact scade odata cu cresterea suprafetei contactului, toti ceilalti factori ramanand constanti. Daca tinem bara metalica cu ambele maini, electronii au doua cai paralele de curgere dinspre bara spre corp si invers.

Conexiunea in paralel rezulta tot timpul intr-o rezistenta electrica totala mai mica decat oricare dintre rezistentele conectate luate individual.

In industrie, valoarea de 30 V este considerata ca fiind pragul maxim de siguranta; tot ce depaseste aceasta valoare reprezinta un potential pericol de electrocutare.

Utilizarea unei singure maini

Drumul urmat de curent prin corpul uman este foarte important atunci cand vorbim de efectele sale asupra organismului. Curentul afecteaza orice fel de tesut/muschi prin care trece, si din moment ce muschii inimii si ai plamanilor sunt cei mai importanti pentru supravietuire, socurile de curent ce traverseaza pieptul trebuiesc privite ca fiind cele mai periculoase. Din aceasta cauza, inchiderea circuitului prin maini (electrocutare) este cea mai probabila cauza a accidentelor si deceselor.

Pentru a veni in intimpinarea acestor scenarii neplacute, este indicat sa folosim o singura mana atunci cand lucram cu circuitele electrice alimentate la tensiuni ce pot pune viata in pericol; cealalta mana se va tine departe de sursa de tensiune, preferabil in buzunar pentru a nu atinge din greseala circuitul.

Evident, cel mai sigur este sa lucram tot timpul pe un circuit electric nealimentat, dar acest lucru nu este tot timpul practic sau posibil. Pentru lucrul cu o singura mana, este indicat sa folosim mana dreapta, si nu cea stanga, din doua motive: majoritatea oamenilor sunt dreptaci (prin urmare indemanarea este mai mare), iar inima este de obicei situata in partea stanga sau la mijlocul pieptului. Desigur, stangacii vor folosi mana stanga pentru ca desi pericolul este mai mare in eventualitatea unui soc electric, sansele aparitiei acestuia sunt mai mici datorita coordonarii crescute fata de mana dreapta a acestora.

Echipamente izolate electric

Contact direct

Cea mai buna protectie impotriva electrocutarii este rezistenta electrica, iar aceasta poate fi adaugata rezistentei corpului prin folosirea instrumentelor de lucru, echipamentelor, manusilor si incaltamintei izolate electric. Curentul prin circuit (factorul periculos la electrocutare) este raportul dintre tensiunea electrica prezenta si valoarea totala a rezistentei in calea curgerii curentului. Valoarea totala a rezistentelor conectate in serie este mai mare decat valoarea oricarei rezistente luata individual.

Persoanele ce intra in contact direct cu sursele de tensiune: curentul este limitat doar de rezistenta corpului:

Utilizarea echipamentului de protectie

Circuitul echivalent pentru aceeasi situatie, dar cu persoana in cauza purtand manusi si incaltaminte de protectie (izolate electric).

Persoanele ce poarta manusi si incaltaminte de protectie: curentul este limitat acum de valoarea totala a rezistentei din circuit:

Deoarece curentul trebuie acum sa treaca prin incaltaminte, prin corp si prin manusi pentru a inchide circuitul spre baterie, suma tuturor acestor rezistente se opune trecerii curentului intr-o masura mai mare decat oricare rezistenta luata in parte.

Evitati liniile electrice de inalta tensiune

Siguranta este unul din motivele pentru care conductoarele electrice sunt de obicei acoperite cu izolatie de plastic sau cauciuc: pentru a creste substantial valoarea rezistentei dintre conductori si persoanele ce ar putea veni in contact cu acestea, oricare ar fi motivul. Din pacate, izolarea conductorilor din liniile electrice de inalta tensiune este mult prea scumpa datorita cantitatii de izolatie necesara pentru protectia in caz de contact accidental; siguranta la electrocutare in acest caz este asigurata prin construirea si mentinerea acestora la inaltime (de aici si denumirea de linii electrice aeriene (LEA)), pentru a evita in primul rand contactul accidental dintre acestea si persoanele neautorizate.