Co zabíjí elektrickým proudem?

Elektřina s sebou nese nebezpečí, to ví téměř každý. Abyste se vyhnuli úrazu elektrickým proudem, musíte pochopit podstatu účinku, který napětí aplikované na lidské tělo způsobuje.

Pojmy proud a napětí

Abychom pochopili podstatu nebezpečí elektřiny, je nejprve nutné porozumět základním elektrotechnickým konceptům a pochopit rozdíl mezi proudem a napětím.

Napětí představuje potenciální rozdíl. Jednoduše řečeno, jde o rozdíl mezi přítomností nábojů ve dvou bodech elektrického obvodu. Čím více nosičů náboje v jednom bodě vzhledem k jinému bodu, tím větší je rozdíl potenciálů (čím vyšší je napětí, které se měří ve voltech).

Povrch Země je obvykle považován za úroveň s nulovým potenciálem.

Analogii lze udělat s nádobami s vodou. Nechť jsou dvě nádoby, jedna zvednutá vzhledem k druhé (nebo vzhledem k zemi) do určité výšky. Mezi výškovým rozdílem (přesněji rozdílem potenciální energie vody) a rozdílem potenciálů lze nakreslit analogii.

Nyní můžete nádoby spojit trubicí (nebo spustit trubku z nádoby na zem). Voda bude proudit z horní nádoby a bude produkovat určitý efekt (hluk, šplouchání, erodování země) v souladu s její kinetickou energií, která závisí:

• na rozdílu výšky (analogie s napětím);
• z průřezu trubky (analogie s elektrickým odporem).

Kinetická energie vodního toku se dá porovnat s velikostí elektrického proudu (měří se v ampérech) a účinek vodního toku se dá porovnat s účinkem proudu (zahřátí vodiče, vznik magnetické pole atd.). Je zřejmé, že čím větší je výškový rozdíl, tím více spreje, tím více hluku atd. K tomuto efektu vede i zvětšení průřezu trubky.

Ve skutečnosti se elektrický proud projevuje jako směrový pohyb nosičů náboje. Čím více náboje se přenese za jednotku času, tím vyšší je proud.

Lze shrnout, že napětí může existovat bez proudu (otevřený obvod), ale proud bez napětí (rozdíl potenciálů) nikoliv.

Lze vyvodit ještě dva důležité závěry:

1. Při stejném napětí mohou různými odpory protékat různé proudy.
2. Stejný proud může být způsoben různými napětími s různými odpory vodičů.

Oba závěry jsou důležité pro pochopení následujících částí.

Co zabíjí proud nebo napětí

V každodenním životě a na internetu můžete často slyšet běžnou frázi: „nezabíjí napětí, zabíjí proud“. Obecně je to pravda, ale často nepochopená. Proto ty strašáky jako ten, že autobaterie produkuje napětí 12 voltů, ale proud až 100 ampér, takže může zabít člověka.

Ve skutečnosti bylo výše diskutováno, že proud vzniká napětím aplikovaným na určitý odpor. To znamená, že pro vytvoření proudu 0,1 A (100 mA), který je považován za smrtelný pro lidské tělo, musí být baterie zatížena odporem 120 ohmů, která je mnohem nižší než odpor lidského těla (uvažuje se, že v průměru je to 50 kOhm, ale ve skutečnosti se pohybuje od 2 kOhm do 2 Mohm, v závislosti na stavu kůže a cestě průchodu).

K vytvoření proudu 0,1 A (100 mA) lidským tělem (za předpokladu, že tělesný odpor je 50 kOhm) by bylo zapotřebí 500 voltů. A pokud je odpor lidského těla z jakéhokoli důvodu pod 50 kOhm, může se stát osudným i domácí napětí 220 V za takových podmínek bude baterie produkovat 0,00024 A nebo 0,24 mA, což ani nevyvolá nepříjemné pocity. I když je odpor těla minimální, nízkonapěťový zdroj elektřiny nebude schopen vytvořit nebezpečný proud.

Závěr: proud zabíjí, ale k jeho vytvoření potřebujete odpovídající napětí. Napětí je proto pro člověka zpočátku fatální a míra nebezpečí je dána velikostí napětí.

Různé úrovně proudu mají různé účinky na lidské tělo. S rostoucím proudem se zvyšují škodlivé účinky.

Síla proudu, mA	1,5 5 ..	3 7 ..	10 17 ..	17 30 ..	30 80 ..	80 120 ..
Pocit	mírné mravenčení	Mírné chvění prstů a rukou	Svalové křeče, pocit pálení	Silné křeče, bolesti	Přerušení funkce srdce, potíže s dýcháním	Zástava srdce a dýchání

Které napětí je nebezpečnější, střídavé nebo stejnosměrné?

Když elektrický proud prochází lidským tělem, vyvolává několik typů účinků:

• tepelné (zahřívání tkání), včetně přímého ohřevu a vystavení elektrickému oblouku;
• elektrochemický (elektrolytický rozklad krve, lymfy a jiných biologických tekutin);
• biologické (nekontrolované stahování svalů včetně myokardu).

Pokud jsou tepelné a elektrochemické účinky střídavého a stejnosměrného proudu přibližně stejně škodlivé, pak existují rozdíly s biologickými účinky. Periodické změny směru proudu několik desítekkrát za sekundu narušují normální rytmus stahu srdečního svalu a mohou vést k fibrilaci (nekoordinovanému chvění) komor, které může být smrtelné. Proto je střídavý proud neustále považován za nebezpečnější.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

Existuje názor, že to platí pro napětí přibližně 500 voltů a s dalším zvyšováním se stejnosměrný proud stává nebezpečnějším. Toto tvrzení nedává moc smysl. Při takových napěťových úrovních je hlavní poškození těla způsobeno tepelnými a elektrochemickými účinky jakéhokoli druhu proudu, takže rozdělení na stejnosměrný a střídavý není nijak zvlášť smysluplné.

Bezpečné napětí pro lidi

GOST 30331.1-2013 zakotvuje koncept ultra-nízkého napětí. To činí:

• 50 voltů střídavé napětí;
• 120 voltů DC napětí.

Tato úroveň napětí je považována za bezpečnou pro lidské tělo za jakýchkoli podmínek.

Lze vypočítat, že při tomto napětí bude proud procházející lidským tělem s nejnižším odporem 2 kOhm:

• pro střídavé napětí 0,025 A;
• pro konstantní napětí 0,06 A.

Obě úrovně mohou v nejhorším případě způsobit bolest a nepohodlí, ale ne smrt. Při běžném odporu těla nebo při jeho hodnotě blízké maximu nemusí být náraz ani cítit.

Znalecký posudek
Stanovoy Alexey
Elektronický inženýr. Pracuji v opravně domácích spotřebičů. Zajímá mě návrh obvodů.

V literatuře a na internetu si můžete přečíst příběhy o tom, jak byl člověk zabit napětím 12 voltů nebo nižším. Takové příběhy se sice spolehlivě nepotvrdily, ale pokud jsou pravdivé, může se tak stát jen za neuvěřitelné souhry okolností. Například při aplikaci napětí mezi akupunkturními body (což také není spolehlivě potvrzeno).

Co určuje míru poškození?

Předně můžeme říci, že míra úrazu elektrickým proudem závisí na odporu lidského těla – čím nižší odpor, tím vyšší bude proud při stejném napětí. A odpor závisí na stavu pokožky a odpor lze snížit:

1. Vlhká kůže.
2. Poškození kůže.
3. Znečištěný povrch krytů.

Druhá věc, která určuje důsledky vlivu proudu na tělo, je cesta, kterou prochází. Průchod proudu podél cest (bez ohledu na směr) je považován za zvláště nebezpečný pro člověka:

1. Ruka-ruka.
2. Levá ruka – pravá noha.
3. Levá noha-levá ruka.

Faktem je, že v tomto případě se srdce nachází v dráze toku proudu. V takové situaci se k dalšímu působení elektřiny na organismus přidává ještě vliv na svaly myokardu, což vede k poruše činnosti srdce a k zástavě srdce. Neméně nebezpečné jsou způsoby působení elektřiny na lidský mozek a plíce.

Závažnost následků je také ovlivněna individuálními vlastnostmi těla. To, co může jednoho člověka vést ke smrti, jiného ve stejných podmínkách prožije s nepříjemnými pocity.

Znalost podstaty nebezpečí elektřiny samozřejmě nesníží úroveň tohoto nebezpečí. Ale vědomý přístup k ochraně pomůže snížit rizika a zachovat život a zdraví.