Új sorozatunkban az elektromos áram különböző hatásait mutatjuk be. A villamosenergia széles körű felhasználása mellett számos fizikai-kémiai tulajdonsággal rendelkezik, amelyeknek egy részével az iskolapadban, más részével a való életben is találkozhattunk már.
Köztudott, hogy az emberi test más élőlényekhez hasonlóan vezeti az áramot. A jelenségnek az az oka, hogy a testben megtalálhatóak olyan - elektrolitoknak nevezett - vegyületek, amelyek töltéshordozó részecskék által képesek az elektromos áram vezetésére. Ezek a részecskék az anionok (negatív töltésű ionok) és a kationok (pozitív töltésű ionok).
Az ionok vizes oldatokban, kristályrácsokban és ionos vegyületek olvadékaiban fordulnak elő, amelyek közül az előbbi van jelen leggyakrabban az emberi szervezetben különféle testi folyadékok képében.
A testnedvek mellett az idegrendszer is összefüggésben áll a test elektromos folyamataival. Az áramütés, annak mértékétől függően, egy szimplán kellemetlen, csípéshez hasonló érzéstől kezdve egészen a halálos kimenetelű balesetig sokféle bajt okozhat.
Az idegrendszer elektromosság alapú működése magyarázza, hogy áramütés hatására elsősorban idegrendszeri és izomkárosodás jelentkezik a bőr felületi sérülése mellett. A közvetlenül a szívet érő hatás azonban már pár milliamper erősségű áram esetén is halálos lehet.
Az áramütés magában hordozza azt a veszélyt is, hogy az izmok görcsbe rándulása ideiglenes bénulással jár, így az áramütést elszenvedő képtelen elengedni a problémás áramforrást/vezetőt, ami tovább ront a sérüléseken.
Ha áramütés alatt álló személyt látunk, semmiképp ne próbáljuk puszta kézzel eltávolítani a forrástól. Elsőként gyorsan áramtalanítsuk a helyiséget a biztosíték lekapcsolásával, majd egy nem vezető eszköz segítségével távolítsuk el az érintettől az áramütést kiváltó eszközt, ezután pedig hívjunk mentőt.
Az áramütés súlyossága függ az áramerősségtől, a feszültségtől, az áram jellegétől (a váltakozó áram veszélyesebb, mint az egyenáram) és az emberi testhez kapcsolódó tényezőktől is. Nagyon sok múlik például azon, hogy hol halad át a testen az áram. A szívkamra-fibrilláció, vagyis a szív leállásának kockázatát az úgynevezett szív-áram faktor jelöli, amely meghatározza az áram kritikus belépési és kilépési pontjait.
Ilyen magas kockázatú útvonal lehet a bal kéz-jobb láb, illetve a két kéz-két láb között áthaladó áram. Mindezek mellett a bőr ellenállása is jelentős szerepet tölt be. Az emberi test természetes ellenállása 200-3000 Ohm között van; a száraz bőr rendelkezik a legmagasabb rezisztenciával, míg a sós-vizes bőr sokkal jobb vezetőnek minősül, így szignifikánsan alacsonyabb az ellenállása.
Az áramütés veszélyeinek csökkentése az egyedüli biztos út az egészségügyi kockázatok mérséklésére. Ezt megfelelően lefedett aljzatokkal, leföldelt konnektorokkal és az elektronikus berendezések használati utasításának betartásával lehet elérni. Kiemelten fontos, hogy új elektromos hálózat kialakítását hozzáértő szakemberre bízzuk, és ügyeljünk a rendszeres karbantartásra.
Az áram hatása emberi szervezetre több különféle paramétertől függ: az átfolyó I áramerősség, az árambehatás Δt időtartama, az áramút, amelyen a testben halad, az áram feszültsége és a frekvenciája (DC-nél ez nulla). Nagy vonalakban azt mondhatjuk, hogy ha egyenáram vagy kis frekvenciás váltóáram halad át a szíven, akkor kb. 100 mA erősségű, hosszabb áramütés már a legtöbb embernél halálos lehet, de néhány másodperces áramütés is okozhat halált. Körülbelül 0,5 mA az áram érzékelési küszöbe. Összehasonlításul a fülünk az érzékelhető teljesítménysűrűségnek kb. a 10^12-szeresét is képes még érzékelni. Emellett az érzékelhető áramerősség 50-szerese már lehet halálos.
Az Ohm-törvény alapján az I = U/R összefüggés meghatározza, hogy a testen átfolyó áramerősséget hogyan határozza meg a feszültség és az ellenállás. A test ellenállása két részre bontható: a bőr felszíni rétege többé-kevésbé ellenálló, és a belső szervek ellenállása mindig is körülbelül 1000 Ω körüli marad. 50-100 V feletti érintési feszültséget veszélyesnek tekintjük, mert ezen a belső ellenálláson jelentős áram folyhat át és halálos kimenetelhez vezethet.
A vasúti felsővezeték életveszélyes, mert jó nagy a feszültsége és képes nagy áramot leadni. A felsővezeték feszültsége országonként eltérő, de jellemzően 10-20 kV körüli, ami már bőven elegendő a bőr hámrétegében az átütés jelenségéhez. Innentől kezdve az ember ellenállása már csak a kb. 1000 Ω belső ellenállásból áll. Például Magyarországon a 25 kV-os vasúti hálózat esetében 25 000 V és 1000 Ω adja ki az I = U/R-t, ami 25 A áramerősséget eredményez, tehát messze meghaladja a halálos küszöböt.
A magas frekvenciájú áram hatása a bőrön keresztül érvényesül, mert a skin‑hatás miatt az áram leginkább a vékony felszíni rétegen halad át. Ezért az égési és izomkárosodások korlátozottabbak lehetnek a teljes testre kiterjedő hatáshoz képest. A kísérletek és vizsgálatok alapján a bőr felszínén átmenő ellenállás jelentősen befolyásolja a sérülések jellegét.
Az elektromos áram három fő neurobiológiai és fiziológiai hatást is okozhat: hőhatásból származó égési sérüléseket, a szív és idegrendszer károsodását, valamint szabályozhatatlan izomrángásokat. A szívkamra fibrilláció akkor alakul ki, ha a szívritmuskutatások megzavarodnak, és a vérkeringés megszűnik. Megfelelő vészhelyzeti kezelés nélkül ez halálos lehet. Bizonyos esetekben nagy áramütés gyakorlatilag leállítja a szívet, amit utána gyorsan kell újraindítani, míg máskor a kisebb áram is kiválthat fibrillációt.
A mindennapi gyakorlatban gyakori megállapítás, hogy a bőr nedvessége növeli az áram vezetőképességét, ezért a nedves környezetben jobban lehet áramütést kapni. A kezek és a hát közötti érintés vagy a mellkas felé haladó áram életveszélyes lehet, mert a szív és a légzés központjai érintettek lehetnek. A bőr és a testfelületek érintkezési feszültségei a körülmények függvényében alakulnak, de a belső ellenállás mindig fontos tényező marad.
Az IEC/Észak‑Ausztrália és a DIN V VDE előírásai a veszélyes áramhatárok meghatározására irányulnak. A modern hálózatoknál kötelező a legalább 30 mA méretű névleges áramú áramvédő kapcsoló (ÁVK vagy FI-kapcsoló) alkalmazása a kisfeszültségű csatlakozásoknál, hogy megakadályozzák a halálos áramütéseket rövid ideig tartó zárási helyzetekben is. A 50 V-nál kisebb érintési feszültség esetén a bőr általában dominálja az ellenállást, míg 50 V felett a belső ellenállás válik meghatározóvá.
Az áramkülönböző állapotú részeken és különféle testhelyzetekben más és más áramútot ad át a test, így a test impedanciája jellemzően az áram útjától függ és kevésbé érintkezési felülettől. A test impedanciája tiszta ohmos lehet ilyen esetben. A laborkísérletek és a mindennapi példák között a hőhatás és a mágneses hatás is jól szemléltethető: a hőhatást példázza a ceruzavastól és grafit ceruzatól való áramkísérlet, a mágneses hatást pedig az áram által létrehozott mágneses mező és egyes iránytűk viselkedése mutatja meg.
Az áram kémiai hatásai közé tartozik, hogy vízbontó készülékekben gázfejlődés figyelhető meg, vagy hogy az elektrolízis révén különböző anyagok megjelennek az elektródákon. A biológiai hatásokról szóló korábbi vizsgálatok szerint a testnedvek ionjainak hitelesítése a vezetésért felelős mechanizmus, amely az elektromos áram biológiai hatásainak egyik alapját képezi.
A testünk vezeti az áramot, és e jelenség lehetővé teszi a különböző orvosi és mérnöki megoldások széles körét. A 20. század óta a mérnökök és orvosok kutatják az elektromos áram emberi szervezetre gyakorolt hatásait és a veszélyes értékhatárokat. Az IEC-60479-1:2007 és a DIN V VDE V 0140-479:1996-02 ezekben a témákban adtak iránymutatásokat. A testáram és a szív-áram faktor segítségével lehetőség van meghatározni, mely áramutak hasonló veszélyességgel bírnak, és hogyan lehet mérsékelni a kockázatot.
Mi történik valójában áramütés esetén?
- Az áram olyan, amely bemeneti feszültség és a test ellenállása alapján számítható ki (I = U/R).
- A feszültség típusa és az áramút jelentősen befolyásolja a halálozási kockázatot.
- A bőr nedvessége és a test pozíciója módosítja az érintési felületeket és az ellenállást.
- A védelem érdekében használjuk a földelést, megfelelő csatlakozási pontokat és ÁVK-kapcsolókat.
Fontos megfigyelések és gyakorlati következtetések
Meglehetősen gyakori, hogy nagyobb áramütés esetén gyorsabban lehet túlélni, mert az azonnal leállíthatja a szívet, amit viszonylag könnyebb újraindítani. A fibrilláció azonban sokkal nehezebben kezelhető és gyakran végzetes lehet. A gyakorlatban ezért minden áramütésnél kiemelten fontos a megfelelő elsősegélynyújtás és a gyors orvosi beavatkozás.
Az otthoni és munkahelyi környezetben minden esetben figyelni kell a csatlakozások megfelelő földelésére, a használati utasítások betartására, és arra, hogy a személyzetet felkészítsük az áramütéses balesetek megelőzésére és kezelésére. A szakember által tervezett és karbantartott hálózatok csökkentik a kockázatot és hozzájárulnak a biztonsághoz.
tags: #villanyborotva #aram #hatasa