Warum fließt Wechselstrom durch meinen Körper, wenn ich einen heißen Draht berühre? Entsteht ein geschlossener Kreislauf?

Ob Wechsel- oder Gleichstrom, damit Strom durch Ihren Körper fließen kann, benötigen Sie zwei Dinge:

• Spannung, um es zu "schieben" (Potenzialdifferenz)
• ein vollständiger Weg, damit es fließen kann

Zuerst DC.

Eine Batterie, die einfach ohne Verbindung dasteht, ist isoliert. Berühren Sie einen seiner Anschlüsse und dieser Anschluss hat die gleiche Spannung wie Sie. Sobald das passiert, fließt kein Strom*.

*Wenn Sie und/oder die Batterie statisch aufgeladen sind, fließt etwas Strom, bis die Ladung ausgeglichen ist. Das heißt, Ihr Körper hat eine Kapazität zur Erde, auch wenn Sie selbst nicht geerdet sind. Wir kommen darauf zurück.

Berühren Sie nun gleichzeitig den zweiten Batteriepol. Es entsteht ein Pfad und es fließt Strom. Deshalb bekommt man einen kleinen Schock, wenn man eine 9V-Batterie mit der Zunge berührt, aber nur, wenn man beide Pole berührt.

Machen wir es jetzt interessant. Stellen Sie sich einen geerdeten Hochspannungsbatteriestapel vor: mehr als 100 V, sagen wir, wie Sie es bei einer Solaranlage zu Hause finden könnten. Wenn Sie das berühren und geerdet sind, wird ein vollständiger Stromkreis durch Sie und zurück zur Batterie gebildet, und Sie erhalten einen Stromschlag, möglicherweise einen tödlichen.

(Es gibt einige Diskussionen darüber, was „tödlicher“ ist: AC oder DC. Mehr dazu hier : https://www.electronicsforu.com/resources/ac-dc-current-body-dangerous sicheres DC verdient Ihre Vorsicht und Ihren Respekt, genau wie AC.)

Wenn Sie isoliert sind, nimmt Ihr Körper das gleiche Potential wie die Batterie an: Ihre Körperkapazität wird auf die gleiche Spannung wie die Batterie aufgeladen, danach fließt kein Strom mehr.

Lassen Sie uns jetzt über AC sprechen.

Eine AC-Stromleitung hat an mehreren Stellen einen Bezug zur Erde: am Kopfende des Versorgungsunternehmens, von Zeit zu Zeit an den Verteilermasten und -masten und in der Nähe der Stelle, an der sie in Ihr Haus eintritt. Wenn Sie eine Stromleitung berühren und auch geerdet sind, fließt Strom von der Leitung durch Sie hindurch und dann zur Erde (die per Definition fast keinen Widerstand hat).

Wenn Sie vom Boden isoliert sind, vielleicht durch Ihre Schuhe oder, sagen wir, indem Sie in der Luft von einem Hubschrauber baumeln, fließt (meistens) kein Strom. Wir werden weiter unten über dieses Wiesel-Wort „meistens“ sprechen.

Mehr hier: Professor sagte, es fließt kein Strom zur Erde

Ihr isolierter Körper hat dennoch immer noch eine Kapazität zur angrenzenden Masse, die einen Wechselstrompfad bereitstellt. Aus diesem Grund können Sie immer noch einen Stromschlag von einem stromführenden Kabel bekommen, wenn Sie nur einen Anschluss berühren, selbst wenn Sie nicht den Boden oder ein anderes stromführendes Kabel berühren (und auch, warum dieser Hubschrauber im obigen Video einen großen Bogen zur Stromleitung hat, während sie Sie legen den Hochseil-Typ darauf ab.) Der Wechselstrom lädt und entlädt abwechselnd Ihre Körperkapazität, und wenn die Spannung hoch genug ist, kann der resultierende Strom tödlich sein. Im Vergleich dazu lädt DC Sie nur einmal auf das DC-Potenzial auf.

Die Körperkapazität ist auch der Grund, warum Sie einen Schock durch statische Elektrizität bekommen: Ihre Körperkapazität speichert oder gibt Ladung ab, wenn Sie mit etwas anderem in Kontakt kommen, das ein anderes relatives Erdpotential hat. Aus diesem Grund werden Erdungsbänder benötigt, wenn an empfindlicher Elektronik gearbeitet wird: um statische Ladung abzuleiten und die statische Spannung Ihres Körpers mit der Ausrüstung auszugleichen, an der Sie arbeiten.

Was ist mit Boden?

Auch hier hat die Erdung per Definition praktisch keinen Widerstand. Die Erde ist ein so großes Objekt mit viel leitfähiger Materie darin, insbesondere Eisen. Dadurch hat es einen sehr, sehr geringen Innenwiderstand. Natürlich variiert der Erdwiderstand lokal je nach Erdmaterial, aber insgesamt ist er niedrig genug, um keine Rolle zu spielen.

Tatsächlich ist die Erdung so niederohmig, dass sich frühe Telegraphen und sogar einige Stromversorgungssysteme ausschließlich auf die Erde als Rückleitung stützten und nur einen Draht zum Senden eines Signals verwendeten.

Bei Erdungssystemen ist jeder lokale Erdungswiderstand größtenteils auf die Erdungsverbindung selbst zurückzuführen. Beispiel: Ein in einem Wohnhaus installierter Erdungsstab muss 25 Ohm oder weniger haben, um den Vorschriften zu entsprechen; normalerweise sind sie ein paar Ohm. Die Erdung, die von größeren Systemen wie Versorgungsunternehmen verwendet wird, wird viel, viel niedriger sein. Deshalb gehen wir davon aus, dass „Erde“ keinen Widerstand hat.

Wie immer ist ein geschlossener Stromkreis erforderlich, damit Strom fließen kann.

Wenn Ihr Körper tatsächlich absolut von Erde / Neutralleiter isoliert ist, können Sie ein stromführendes Kabel berühren, ohne einen Stromschlag zu bekommen. Schauen Sie sich nur einen Vogel an, der auf einer Stromleitung sitzt.

Aber in Wirklichkeit ist Ihre Umgebung normalerweise kein perfekter Isolator. Der Widerstand/die Impedanz zur Erde ist normalerweise nicht unendlich, was zu einem geschlossenen Stromkreis führt, der Sie erschüttern kann. Sie werden höchstwahrscheinlich nicht so stark geschockt sein, wenn Sie nur auf einem Holzboden stehen und eine stromführende Leitung berühren, als ob Sie gleichzeitig eine Erdleitung berühren würden. Aber Sie werden oft noch erstickt.

Bemerkenswert ist auch, dass bei Wechselstrom nicht nur der Widerstand gilt, sondern die Impedanz . Ein Kondensator kann Wechselstrom leiten, und Sie können kapazitiv mit Erde gekoppelt sein, selbst wenn der Widerstand unendlich ist.

Wenn ich nur die positive Seite einer Batterie berühre, während ich auf dem Boden stehe, und ihre negative Seite mit der Masse verbinde, wird die Batterie nicht entladen, da die Erde nicht leitend ist, richtig?

Nein. Fast alles, was Sie normalerweise stehen, ist etwas leitfähig, sodass sich die Batterie entlädt, aber nur sehr langsam. Der Strom ist eine Funktion der Spannung (die für eine Batterie niedrig ist) und des Widerstands (der für einen Wohnboden hoch, aber niedrig für beispielsweise einen Wasserhahn oder einen Metallheizkörper ist).

Wenn ich einen Wechselstrom-Heißdraht berühre, würde der Strom durch mich in den Boden fließen, aber es entsteht kein Stromkreis, die Erde ist nicht leitend, die Elektrizität kehrt nicht zu ihrem Ursprung zurück, um eine geschlossene Schleife zu erzeugen (oder doch?)

In diesem Fall gibt es keinen großen Unterschied zwischen AC und DC. Beide benötigen einen "geschlossenen" Stromkreis, damit Strom fließen kann, der durch die Impedanz Ihrer Erdverbindung bestimmt wird. Wechselstrom ist etwas komplizierter, da die Impedanz auch durch Ihre Kapazität und / oder Induktivität gegen Masse bestimmt wird, aber in der Praxis macht das keinen großen Unterschied.

Bei einer Haushalts-Wechselstromsteckdose kann der Stromkreis durch Erdung geschlossen werden, da der Haushalts-Wechselstrom immer die Erdung als „0 V“ verwendet. Wenn Sie einen Draht eines AC-Funktionsgenerators berühren und den anderen Pol des Generators unbeschaltet lassen, fließt kein Strom.

Der Hauptgrund, warum Sie von einer Steckdose und nicht von einer Batterie geschockt werden, hat wenig mit Wechselstrom oder Gleichstrom zu tun: Es ist einfach die Ausgangsspannung, die viel höher ist. Wenn Sie 120 V DC berühren, erhalten Sie auch einen guten Schlag (also versuchen Sie dies NICHT).

Überlegen Sie zusätzlich zu den anderen Antworten, warum aus Sicherheitsgründen häufig ein Trenntransformator verwendet wird, wenn Sie Geräte testen / entwickeln.

Ohne Transformator ist der stromführende Draht relativ zur Erde. Wenn Sie sich auf demselben "Masse" -Potential befinden, werden Sie durch Berühren des stromführenden Kabels Teil des Rückwegs.

Wenn Sie L und N von E (auf dem Sie stehen) "isolieren", "entfernen" Sie den resistiven Rückweg und reduzieren die kapazitive Kopplung weiter. Es ist immer noch nicht 100% sicher. Und natürlich erschrickt man immer noch, wenn man sowohl L als auch N auf der isolierten Seite berührt.

Der Körper besteht hauptsächlich aus Wasser und anderen Chemikalien.

Wassermoleküle haben ein elektrisches Dipolmoment, das dazu neigt, sich mit einem externen elektrischen Feld auszurichten. Elektrische Wechselfelder bewirken eine dynamische Bewegung der Wassermoleküle, die wir mit dem Fließen des Verschiebungsstroms assoziieren.

Es gibt auch Ionen (Ladungsträger), die in den Geweben des Körpers gelöst sind. Eine ionische Lösung kann Gleichstrom fließen lassen, wenn das angelegte Feld die Polarität nicht ändert, und dies würde eine Nettoladung in einigen Bereichen ansammeln, was schädlich sein kann, wenn sich Ladung in Bereichen des Körpers ansammelt. Eine ionische Lösung kann auch Wechselstrom effizient leiten.

Eine (besonders in der Vergangenheit) sehr beliebte Anwendung dieses Phänomens ist der Neonlampen-Leitungstester . Seine Funktionsweise ist für viele überraschend und unverständlich, denn auf den ersten Blick macht er das Unmögliche – er misst die Spannung mit nur einem Tastkopf!

Für die Teilnehmer an dieser Diskussion ist die Antwort klar – ein sehr schwacher (aber genug, um die Neonlampe zum Leuchten zu bringen) Strom fließt hauptsächlich durch die kapazitive Kopplung und Leckage des menschlichen Körpers zur Erde . Der menschliche Körper fungiert also als die andere Sonde. Siehe auch Wie funktioniert ein "Neontester"?

Ich erinnere mich, dass mir in der Vergangenheit ein interessantes Detail aufgefallen war – der Tester funktionierte nicht gut (die Neonlampe leuchtete sehr schwach), als ich versuchte, die Spannung zu messen, während ich auf einer Leiter stand. Als ich über das Funktionsprinzip nachdachte, wandte ich einen einfachen Trick an - ich berührte mit der anderen Hand die Wand ... und die Lampe leuchtete hell.

Aber später wurde mir klar, dass das gefährlich ist, weil der eingebaute Widerstand ziemlich unzuverlässig ist (sie machen ihn normalerweise aus einer gepressten Graphitmasse). Also mach das nicht !