Gyorskeresés

Az áram hatása emberi szervezetre 9281

Az áram hatása emberi szervezetre több különféle paramétertől függ:

  • az átfolyó $I$ áramerősség
  • az árambehatás $\Delta t$ időtartama
  • áramút (mely szerveken halad á, (pl. szív)
  • az áram $f$ frekvenciája (DC-nél ez nulla)

Nagy vonalakban azt mondhatjuk, hogy ha egyenáram $\mathrm{(DC)}$ vagy kis frekvenciás váltóáram (amilyen a konnektorban lévő $50\ \mathrm{Hz}$‑es hálózati $\mathrm{AC}$) halad át a szíven, akkor kb. $100\ \mathrm{mA}$ erősségű, hosszabb áramütés már az emberek nagyobb részénél halálos, de több másodpercen keresztül a szíven át folyó áram esetén már akár $20\unicode{x2013} 30\ \mathrm{mA}$‑nél is bekövetkezhet halál. Kb. $0,5\ \mathrm{mA}$‑nél van az áram érzékelési küszöbe. Ezen számok alapján azt mondhatjuk, hogy az emberi test elég szűktűrésű az áramra nézve. Összehasonlításul a fülünk az érzékelhető teljesítménysűrűségnek kb. a $10^{12}$‑szeresét (ezermilliárdszorosát) is képes még érzékelni. Az áram esetén az érzékelhető áramerősség $50$‑szerese már lehet halálos.

A kialakuló $I$ áramerősséget az Ohm‑törvény alapján az emberen eső feszültség és az ember ellenálás dönti el:

$$I={{U}\over {R}}$$

Erőről a kérdéskörről sok évhit él. Egyrészt önmagában valameilyen nagyfeszültségű feszültségforrás nem feltétlenül veszélyes, konkrétan ha az nem képes nagy áramot leadni, akkor teljesen veszélytelen. Például egy Van der Graaff generátor feszültsége hiába $100\unicode{x2013} 500\ \mathrm{ezer\ V}$, az általa leadható mikroamperes nagyságrendű áram annyira kicsi, hogy teljesen veszélytelen. Ugyanakkor egy robbanómotoros autó ólom-savas aksija hiába tud leadni több száz ampert is (a halálos áramerősség sok ezerszeresét), a $12\ \mathrm{V}$‑os kicsi feszültsége miatt teljesen veszélytelen. Hiszen csak akkor ad le sok száz ampert, ha igen kicsi ellenállású alkatrészt csatlakoztatunk hozzá, mint amilyen a vastag rézdrótokból álló indítómotor, tehát amik ellenállása nagyságrendekkel kisebb az emberi test ellenállásánál.
 

 Az ember ellenállása 

Az ember ellenállása két részre bontható. Egyrészt a bőrünk felső (vékony) hámrétege meglehetősen nagy ellenállású, és bár erősen egyénfüggő, továbbá a körülmények függvénye is, de tájékoztatásul $10^5\unicode{x2013} 10^6\ \Omega\ (100\ \mathrm{k\Omega  \unicode{x2013} M\Omega})$ nagyságrenű. Vastag, kérges, száraz bőrű emberek ellenállása többször $10\ \mathrm{M\Omega }$ is lehet, míg a vékony (pláne ha lehorzsolt vagy vizes, netán sós vizes) bőr nagyságrendekkel kisebb ellenállású. Azonban a vékony hámrétegben egy nagyobb elektromos térerősség hatására bekövetkezhet az átütés, vagyis a rétegben az addig kötött elektronok leszakadnak a molekuláikról, delokalizálttá válnak, így az anyag vezetővé válik. Ez már $50\ \mathrm{V}$ körül bekövetkezhet. Ilyenkor a bőr ellenállása sok nagyságrenddel kisebbre esik. Ekkor azonban még marad az ún. belső szerveinek ellenállása, ami a két tenyér között kb. $1000\ \Omega $. Erre mindig számíthatunk, ezért alakult ki a világban az a megállapodás, hogy $50\unicode{x2013} 100\ \mathrm{V}$ feletti feszültségeket tekintjük veszélyesnek, ugyanis az $1000\ \Omega $‑os belső ellenálláson $100\ \mathrm{V}$ folyatná át a biztosan halálos $100\ \mathrm{mA}$‑t.

A vasúti felsővezeték azért életveszélyes, mert:

  • jó nagy a feszültsége (hogy kicsi legyen a villamosenergia szállítási vesztesége a mozdonyig)
  • képes nagy áramot leadni (hiszen a mozdonyoknak elég nagy áramra van szükségük)

A felsővezeték feszültsége országonként eltérő, de jellenzően $10\unicode{x2013} 20\ \mathrm{kV}$ körüli, ami már bőven elég ahhoz, hogy a bőr felszíni vékony hámrétegében bekövetkezzen az átütés jelensége. Innentől kezdve az ember ellenállása már csak a kb. $1000\ \Omega $ belső ellenállásából áll csupán. Ezen a magyarországi $25\ \mathrm{kV}$

$$I={{U}\over {R}}={{25\ 000\ \mathrm{V}}\over {1000\ {\Omega}}}=25\ \mathrm{A}$$

ami $25\ \mathrm{A}$ messze a halálos $100\ \mathrm{mA}$ fölött van. Márpedig a vasúti felsővezeték "végén" található hatalmas erőművel bármikor képesek leadni hatalmas áramerősséget.

Nagy frekvenciájú áram esetén a áram mágneses mezeje gyorsan változik, ezért erős indukciós jelenségek lépnek fel. Ennek következtében az áram a testnek csak a vékony felszíni rétegében folyik, ami pedig pont az elhalt hámréteg, így abban nehezebb kárt tennie, mint például a dobogásában megálló a szívben. A jelenség neve skin‑effektus vagy bőrhatás.

Áramütéses videókból itt találhatók ártalmatlanok, itt egy különlegesség, itt pedig néhány végzetes, sokkoló, kizárólag erős idegzetűeknek.

Kissé részletesebben mindez az alábbi képen foglalható össze kisfrekvenciás váltó- vagy egyenáramra. A vízszintes tengely az áramerősség (milliamper egységben), a függőleges pedig a behatási idő (milliszekundum egységben).

Itt a tartományok jelentései:

  • AC-1: még nem érzékelhető
  • AC-2: érzékelhető, de nincs izomreakció (görcs, amivel rászortunk az áramot leadó testre)
  • AC-3: izomreakció és átmeneti, visszafordítható (reverzibilis) káros hatások (szívritmuszavar)
  • AC-4: irreverzibilis hatások, ezen belül:
  • AC-4.1: 5%-nál kisebb valószínűséggel
  • AC-4.2: 5-50% valószínűséggel
  • AC-4.3: 50%-nál nagyobb valószínűséggel

A fibrillációról és annak kezeléséről, a defibrillátorról itt lehet olvasni.