Sind die "Vogel sitzt auf einem Stromkabel"-Antworten falsch?

Vor langer Zeit schrieb mein Highschool-Lehrer die beliebte Frage an Bord,

"Warum bekommt ein Vogel, der auf einer stromführenden Leitung sitzt, keinen Stromschlag?"

Er gab uns vier Möglichkeiten (ich erinnere mich nicht an alle), darunter war die offensichtliche "da die Füße des Vogels den Boden nicht berühren" und wir entschieden uns natürlich für diese.

Er sagte uns, dass diese Antwort eigentlich nicht zufriedenstellend (oder eher unvollständig) sei, da der Strom im Draht kein Gleichstrom, sondern ein Wechselstrom sei.

Der Körper des Vogels ist wie ein Kondensator zu behandeln (da der Widerstand des Vogels aufgrund seiner geringen Längsausdehnung vernachlässigt werden kann, da beide Füße auf nahezu gleicher Spannung liegen), der für kleine Frequenzen eine große Impedanz bietet .

Aus diesem Grund ist der Strom durch den Körper des Vogels vernachlässigbar und er wird nicht geschockt.

Nun, die folgenden Antworten und Links darin:

  1. Warum bekommen Vögel, die auf Stromkabeln sitzen, keinen Stromschlag?

  2. Vögel auf einem Draht (wieder) - wie kommt es, dass Vögel keinen Strom spüren? Sie machen nur eine Parallelschaltung, oder?

schlagen vor, dass es tatsächlich die fehlende Erdung ist, die verhindert, dass der Vogel gebraten wird. (Zusammen mit beiden Füßen an effektiv der gleichen Stelle)

Die meisten Leute in den vorherigen Antworten schienen nichts über die Wechselnatur des Stroms und der Impedanzen usw. erwähnt zu haben, die dadurch im Körper des Vogels erzeugt werden.

Welche Erklärung ist richtiger?

PS: Plausibler erscheint mir die Erklärung, die mein Lehrer gegeben hat.

Meine eigene Antwort auf eine der zitierten Fragen lenkt die Aufmerksamkeit darauf, was es eigentlich bedeutet, einen Stromschlag zu erleiden – dies ist entscheidend, um zu verstehen, warum es nicht passiert. Siehe auch diese Antwort in der Biologie-Community.
Wechselnde Natur des Stroms ist nichts Besonderes. Abwechselnd in Bezug auf was? Elektrische Potentiale sind nur sinnvoll, wenn sie auf etwas anderes bezogen sind, in diesem Fall auf Masse). Das Potential des Vogels wechselt zusammen mit dem Draht in Bezug auf die Erde.
Ist nicht die richtigste – wenn auch ziemlich langweilige – Antwort, dass die elektrischen Leitungen mit einer dicken Isolierung umwickelt sind und so niemals ein Kontakt zwischen Vogel und Schaltung zustande kommt?
@CoryKlein Nein. Wenn Sie die Stromleitung berühren und es einen ausreichend guten Weg zum Boden gibt, werden Sie auf jeden Fall sterben (und dabei Feuer fangen). Die Isolierung dient dazu, Lichtbögen zwischen den Drähten (und allem in der Nähe) zu verhindern, nicht um die Drähte berührungssicher zu machen! Versuchen Sie dies NICHT zu Hause.
Hervorragender Punkt, abgesehen von einer semantischen Spitzfindigkeit, dass dies zu Hause tatsächlich sicher ist. Aus Neugierde, wo auf dem Gradienten von „isolierter Draht in meinem Haus mit 120 V“ bis „Hochspannungsübertragungsleitung“ beginnt die Regel „Berühren ist nicht sicher“ zu gelten?
Wie @Roger Vadim betont, scheint die Verwirrung terminologisch zu sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Gleichstrom nicht brät (durch Joulesche Erwärmung) und der Wechselstrom keinen Stromschlag verursacht , da der Strom durch den Körper des Vogels aufgrund der hohen Impedanz, des Widerstands und der geringen Längsausdehnung des Vogels (geringe Potentialdifferenz) sehr gering ist. Da mein Lehrer in der Frage einen Stromschlag erwähnte , suchte er wahrscheinlich nach der Antwort, die speziell den Wechselstromeffekt erwähnt , während in Wirklichkeit beide Effekte (Wechselstrom und Gleichstrom) berücksichtigt werden könnten, um zu erklären, warum der Vogel nicht stirbt ...
Daher schließe ich, dass die verknüpften Antworten richtig und zufriedenstellend sind. Hinweis: Meine Verwendung von AC und DC für die Übertragungsleitungen basiert auf der Tatsache, dass AC auch eine DC-Komponente enthält.
@CoryKlein Wenn die Drähte riesige Glasisolatoren als Abstandshalter haben, deutet dies darauf hin, dass diese teuren Teile benötigt werden, um zu verhindern, dass der Draht den Stützstangen und einander nahe kommt.
@CoryKlein Über Kopf sind Hochspannungsübertragungsleitungen blanker Draht; dies gilt bis hinunter zur hohen Seite der Ortsnetztransformatoren. Es ist billiger, erfordert weniger Wartung (Stoff- oder Gummidrahtummantelung würde durch das Wetter beschädigt und muss regelmäßig ausgetauscht werden) und die Drähte sind durch die Luft ausreichend voneinander und durch die isolierenden Abstandshalter von den Polen isoliert.
@zwol Wow, das hätte ich nie gedacht! Das ist faszinierend.
Wenn Sie gesehen haben, was mit einem großen Vogel oder einer Fledermaus passiert (oder tatsächlich einem Baumsäugetier, das klein genug ist, um auf einem einzigen Draht zu laufen, aber auch groß genug, um zwei gleichzeitig zu berühren, ein häufiger Anblick, wo ich lebe), ist es ziemlich klar, dass Sie es sind müssen nicht den Boden berühren, um zu sterben, Kontakt mit zwei solchen Drähten ist ausreichend.
Ich verstehe, dass Vögel nicht auf Hochspannungsleitungen (> 500 kV) sitzen, möglicherweise aufgrund von Koronaentladungen von spitzen Teilen, die unangenehme Empfindungen erzeugen.
Die Eigenkapazität ist erstaunlich klein. Für die gesamte Erde sind es nur 710uF. Aus diesem Grund muss der Vogel außer bei sehr hohen Frequenzen nicht als Kondensator betrachtet werden.
Hat jemand vorgeschlagen, dass der Grund sein könnte, weil die Drähte isoliert sind?
Eine Antwort, die die kapazitive Impedanz des Vogels berücksichtigt, ist vollständiger als eine, die dies nicht tut, selbst wenn die Schlussfolgerung lautet, dass sie unbedeutend ist. Ihr Lehrer hat jedoch mindestens ein weiteres Problem übersehen: die induktive Impedanz des Kabels zwischen den Füßen des Vogels (ebenso vernachlässigbar bei Stromleitungsfrequenzen). Und wo wir gerade beim Thema sind, ein Vogel, der auf einem Gleichstrom-Hochspannungskabel landet, erfährt einen kurzen, winzigen Strom, wenn sich seine winzige Kapazität auflädt - und kapazitive Kopplung bedeutet, dass dies zutreffen würde (auf einem noch vernachlässigbareren Niveau), wenn pro @CoryKlein wurde das Kabel isoliert.
@nuggethead ja, im dritten Kommentar des Threads, in dem Sie kommentieren

Antworten (4)

Welche Erklärung ist richtiger?

Die Antwort auf die zweite Frage, die Sie zitieren, ist die beste.

Um einen „Stromschlag“ zu erleiden, muss eine nicht unbedeutende Strommenge durch den Körper fließen. Die Strommenge, die fließt, ist eine Funktion der Impedanz des Vogels und der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kontaktpunkten.

Der zweite Punkt ist hier entscheidend. Die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Kontaktpunkten ist im Wesentlichen Null. Die Füße eines Vogels sind vielleicht ein paar Zentimeter voneinander entfernt und berühren DEN GLEICHEN Draht. Der einzige Spannungsunterschied zwischen den beiden Füßen kommt von Verlusten im Draht selbst und diese sind über eine so kurze Distanz minimal. Stromleitungsdrähte sind speziell darauf ausgelegt, so wenig Verluste wie möglich zu haben!

Große Vögel werden tatsächlich gelegentlich durch Stromschläge getötet. Das liegt einfach daran, dass ein Teil ihres Körpers etwas berührt (oder ihm zu nahe kommt), das NICHT derselbe Draht ist, auf dem sich ihre Füße befinden, und der ein anderes Potenzial hat. Es muss nicht geerdet werden, jeder andere Phasendraht reicht genauso gut (wenn nicht sogar besser).

Das AC-Argument hält nicht viel Wasser. Der Vogel hat zwar eine Kapazität, aber sie ist klein und die Netzfrequenz ist sehr niedrig. Wenn wir für den Vogel eine Kapazität von vielleicht 50 pF (ein Mensch etwa 100 pF) und 50 Hz annehmen, ergibt das eine Reaktanz von 16 M Ω im Vergleich zu einigen k Ω für die ohmsche Impedanz des Vogels. Die Kapazität trägt also nur etwa 1/1000 zum Gesamtstrom bei.

" Wenn nicht besser ", bewerten Sie danach, wie gut die Vögel gekocht sind?
Was den letzten Satz betrifft, so erscheint er immer noch beträchtlich, da jede Stromstärke über 10 mA in der Lage ist, einen schmerzhaften bis schweren Schock zu erzeugen, und Ströme zwischen 100 und 200 mA für den "menschlichen Körper" tödlich sind. Das bedeutet, dass ein Gesamtstrom von über 10 A ausreichen sollte, um einen Vogel zu braten. Oder übersehe ich etwas?
"Das ergibt eine Reaktanz von 16 MΩ im Vergleich zu einigen kΩ für den Widerstand des Vogels." – Vergleichen Sie hier nicht Äpfel mit Birnen? Für die Eigenkapazität des Vogels ist die relevante Spannung die Spannung zwischen der Stromleitung und der Erde (oder jedem anderen Leiter mit konstantem Potential), die sehr hoch ist. Andererseits ist die für den Widerstand des Vogels relevante Spannung die Spannung zwischen den Füßen des Vogels, die sehr niedrig ist. Ich denke also, dass die Eigenkapazität des Vogels den größten Teil des Stroms erzeugen wird.
@polfosol Das ist ein Opfer übermäßiger Vereinfachung. Der menschliche Körper kann tatsächlich mit anständigen Strömen umgehen (und viel höhere Ströme überleben, obwohl Sie sich verbrennen werden, wenn der Strom lange genug aufrechterhalten wird). Die Sache, die Sie normalerweise umbringt, ist der Strom , der speziell durch Ihr Herz fließt - es ist einfach genug, die komplexen elektrischen Muster zu stören, die das Herz kontrollieren, und es zu stoppen. Genau das tun Defibrillatoren (nein, sie "starten" Herzen nicht, wie in den meisten Fernsehsendungen - sie werden verwendet, wenn das Herz flimmert, nicht wenn es "gestoppt" ist).
Ich bin verwirrt: Sie haben gezeigt, dass die Reaktanz aufgrund des Kapazitätseffekts 1000-mal größer ist. Bedeutet das nicht, dass der Kapazitätseffekt bei der Reduzierung des Stroms durch den Vogel dominiert?
Das Sicherheitstraining für heruntergekommene Stromleitungen lehrt Sie, sich in „Bunny Hops“ zu bewegen, da das Gefälle im Boden für eine heruntergekommene Hochspannungsleitung groß genug sein kann, um im Abstand Ihrer Füße zu töten. In diesem Fall wird die Potentialdifferenz durch Kurzschlussstrom in die Erde verursacht.
@alwin: Der Widerstand ist parallel zur Reaktanz, nicht in Reihe.

Edit wegen Kommentar:

Dies ist eine Teilantwort, die den Titel der Frage anspricht:

Sind die "Vogel sitzt auf einem Stromkabel"-Antworten falsch?

was laut OP

schlagen vor, dass es tatsächlich die fehlende Erdung ist, die verhindert, dass der Vogel gebraten wird. (Zusammen mit beiden Füßen an effektiv der gleichen Stelle)

Auch wenn man den Vogel als Kondensator behandelt , aus einer Antwort in electronics.se

Kondensatoren

Auf dem Draht sitzend ist es wie C2 im Bild, und C2 ist kurzgeschlossen, umgangen. Die beiden Punkte haben die gleiche Spannung, und die Spannung am leitenden Draht für jedes Bein des Vogels ist gleich, auch wenn sie abwechselnd ist.

Ob es Wechselwirkungen höherer Ordnung mit den elektromagnetischen Feldern gibt, die ein Vogel als "Kribbeln" oder als Gefühl der Spannung in den Drähten daneben wahrnehmen könnte, wird durch die anderen Fragen beantwortet.

Angesichts der Tatsache, dass Menschen Hochspannungs-Wechselstrom über kapazitive Kopplung erfassen können und tun, ohne einen Draht zu berühren, also eine Platte der Draht und die andere der mit Erde verbundene Mensch ist, bin ich mir nicht sicher, ob die Schaltung die richtige ist, die beiden Platten des betreffenden Kondensators sollte der Vogel und der nächste Draht einer anderen Phase sein.
@PeteKirkham Die Frage ist, warum Vögel auf einem stromführenden Draht sitzen können, ohne einen Schock zu bekommen.
Der Lehrer des OP sagte, dass Sie zeigen müssen, dass der kapazitive Mechanismus (der genug Strom induziert, um in einem Menschen zu spüren) nicht genug Strom induziert, um einen kleineren Organismus zu schädigen. Diese Schaltung zeigt diesen Mechanismus nicht. Es spielt keine Rolle, wie viele Beine der Vogel für diesen Mechanismus hat.
@PeteKirkham Ich habe bearbeitet, um klarzustellen, worauf sich meine Antwort bezieht

Niemand in den vorherigen Antworten schien etwas über die Wechselnatur des Stroms und der Impedanzen usw. erwähnt zu haben, die dadurch im Körper des Vogels erzeugt werden.

Das ist nicht richtig, da meine eigene Antwort auf eine der zitierten Fragen ausdrücklich erwähnt, dass sich Wechsel- und Gleichströme in ihrer schädlichen Wirkung unterscheiden. Die Gefahr des Wechselstroms besteht darin, dass er unwillkürliche Muskelkontraktionen hervorruft und damit Herzflimmern auslöst, was die typische Todesursache bei alltäglichen Stromschlägen ist. Dies ist mit viel geringeren Potentialunterschieden möglich als die schädlichen Auswirkungen des Gleichstroms, die hauptsächlich auf die Erwärmung des Joule zurückzuführen sind ( weitere Einzelheiten finden Sie in den Referenzen in dieser Antwort ). Da sich der Vogel jedoch parallel zum Draht befindet, sind die erzeugten Ströme zu schwach, um Schaden anzurichten.

Anmerkung: Beachten Sie auch, dass es eigentlich auf den Strom und nicht auf die Potentialdifferenz ankommt: Letztere kann ohne Stromfluss vorhanden sein und nach dem Schließen des Stromkreises erheblich abfallen.

Danke für den Hinweis auf deine Antwort, die ich übersehen habe. Ich habe in der Frage ein Edif erstellt. Siehe auch den Kommentar, den ich unter meinem Beitrag habe.

Alle Gründe sind relevant. Wenn nur eine Bedingung nicht erfüllt wäre, würde der Vogel einen Stromschlag erleiden:

  • Wenn der Vogel Erde und Draht oder zwei verschiedene Phasendrähte berührt, ist dies das einzige, was zwischen den Elektronen und einer großen Spannungsdifferenz steht, und es wird in kürzester Zeit gut gemacht.

  • Wenn der Vogel auf einem guten Widerstand stehen würde, vergleichbar mit seinem eigenen Widerstand zwischen seinen Füßen, bräuchten Sie nicht viel Strom auf dem "Draht", um den Vogel zu töten.

  • Wenn der Vogel einen ausreichend großen Kondensator berühren würde, würde ausreichend Strom durch den Vogel fließen, um ihn zu töten.

  • Wenn die Wechselfrequenz der elektrischen Stromquelle hoch genug wäre, würde der Vogel heiße Füße bekommen, da sein eigener Körper als Kondensator fungiert. Das würde den Vogel nicht unbedingt töten, da solch hohe Frequenzen die Nervenzellen nicht stören. Das ist der gleiche Trick, als wenn ein Zauberer Leuchtstoffröhren durch Berühren zum Leuchten bringt.

Zum Glück für die Vögel ist im Allgemeinen keine dieser Bedingungen erfüllt:

  • Ihre beiden Füße berühren denselben Draht, sodass zwischen ihren Füßen kein relevanter Spannungsunterschied besteht. Und dieser Draht ist sowohl sehr dick als auch aus einem gut leitenden Metall, so dass sein Widerstand vom Widerstand des Vogels völlig in den Schatten gestellt wird. Folglich fließt ein vernachlässigbarer Bruchteil des Stroms des Drahts durch den Vogel. Und das ist das einzige, was die Vögel überhaupt berühren.

  • Der Körper des Vogels ist klein, ebenso wie seine Kapazität. Außerdem ist die Wechselfrequenz niedrig. Der Strom, der den Körperkondensator des Vogels (ent-)lädt, wird durch diese Faktoren gesteuert. Und sie sind so klein, dass die Strömung den Vögeln scheinbar keine Beschwerden bereitet.


Nebenbemerkung:
Viele "einfache" physikalische Probleme sind so. Sie sehen einfach aus, sie scheinen eine einfache Antwort zu haben. Bei genauerem Hinsehen stellt man jedoch fest, dass sie gar nicht so einfach sind. Sehr häufig stellt sich heraus, dass mehr als ein Effekt im Spiel ist, dass etwas (un-)wichtige Störfaktoren ignoriert wurden (wie Luftwiderstand in Kanonenkugelfragen usw.) und dass die einfache Antwort nur so lautet gut, da diese Störfaktoren eigentlich klein sind. Es ist wichtig, sich dieser ignorierten Faktoren bewusst zu werden, damit sie berücksichtigt werden können, wenn eine Änderung der experimentellen Parameter dazu führt, dass sie relevant werden.