Birds on a wire (wieder) - wie kommt es, dass Vögel keinen Strom spüren? Sie machen nur eine Parallelschaltung, oder?

Die Beine eines Vogels sind ziemlich nah beieinander. Ein elektrisches Übertragungskabel hat einen sehr geringen Widerstand.

Dadurch ändert sich die Spannung in Abhängigkeit vom Abstand kaum. Die Spannungsdifferenz zwischen zwei Vogelfüßen ist also im Wesentlichen 0, weil das Potenzial an jedem Fuß praktisch gleich ist. Der Potentialunterschied zwischen dem Draht und der Erde kann groß sein; aber der Vogel bietet keinen Weg zwischen dem Draht und irgendetwas mit viel niedrigerer Spannung. Es bietet nur einen Weg zwischen seinen beiden Beinen, sodass die Spannungsdifferenz gering bleibt.

Hinzu kommt, dass der Vogel einen viel höheren relativen Widerstand als der Draht hat, da der Draht den Spannungsabfall über ihm minimieren soll. Das bedeutet, dass der meiste Strom auch durch den Draht fließen wird und relativ wenig Strom durch den Vogel fließen würde.

Der Vogel ist nicht wirklich gefährdet, es sei denn, er kann die Hochspannungsleitung an etwas mit einem deutlich anderen Potenzial anschließen, was bei derselben Leitung ein paar Zentimeter weiter unten nicht der Fall ist.

Als Beispiel für die Zahlen schätzt Solomon Slow in den Kommentaren :

Angenommen, der Draht entspricht 000-Kupfer, 0,0618 Ohm pro 1000 Fuß. Angenommen, er trägt nahezu seine Nennkapazität: 300 A. Stellen Sie sich einen Vogel vor, vielleicht so groß wie eine Taube, mit Beinen, die den Draht in einem Abstand von etwa 1 Zoll greifen. Nach meiner Berechnung beträgt die Potentialdifferenz zwischen Punkten, die entlang der Länge dieses Drahtes 1 Zoll voneinander entfernt sind, etwa 1,6 Millivolt .

Betonung von mir. Es sollte ziemlich einfach sein, diese Schätzung selbst zu überprüfen, aber sie verdeutlicht das Problem wirklich.

Lassen Sie mich vorab sagen: Sie haben vollkommen recht! Der Draht ist ein Widerstand, der Vogel ist ein Widerstand, und ein Vogel, der mit beiden Füßen auf einem Draht steht, ist in der Tat ein paralleler Widerstand zum Draht. Das bedeutet in der Tat, dass Strom durch den Vogel fließt. Es ist einfach nicht viel, denn der Draht ist – von Natur aus! – ein sehr schlechter Widerstand, und Birdie ist im Vergleich dazu (und das zählt hier) ein Widerstand, der gut genug ist, dass nicht viel Strom durch ihn fließt.

Hier ist eine Aufnahme mit reellen Zahlen.

Eine Freileitung, die 1000 Ampere führen kann, muss laut diesem Katalog, S. 136, ein spezifischer Widerstand von$0.022\ \mathrm{\Omega/km}$, oder$2.2\times10^{-2}\ \mathrm{\Omega/km}$. Eine Dehnung von zehn Zentimetern – unter der Annahme, dass der Vogel diese bequeme Distanz überspannt – hat daher einen Widerstand von$1/10\,000$davon, bzw$2.2\times10^{-6}\ \mathrm\Omega$.

Um einen Strom von 1000 Ampere durch den Widerstand des Gespreizten zu drücken$10\ \mathrm{cm}$strecken,$2.2\times10^{-6}\ \mathrm\Omega$, eine Potentialdifferenz von

Laut Untersuchungen , die mit dem Ziel durchgeführt wurden, zu unserem Abendessen nett zu sein, haben die Beine eines Huhns einen Widerstand von$1400\ \mathrm\Omega$jede. Da unser Vogel etwas kleiner ist, nehmen wir nur an$2000\ \mathrm\Omega$für beide auch den Widerstand des Körpers zwischen den Beinen ignorierend, wenn auch nur aus Bescheidenheit.

Dies impliziert, dass der Strom durch Birdie fließt

Hier ist ein Schaltplan, der Ihren parallelen, ungerösteten Vogel darstellt. Wie Sie sehen können, habe ich den Draht als eine Folge benachbarter Widerstände gezeichnet, jeder mit einer Länge von$10\ \mathrm{cm}$. Normale Schaltpläne ignorieren einfach die Mikroohm und ziehen einen geraden Draht. Schande über sie! Leute, das verwirrt die Leute! Jeder Draht ist ein Widerstand! Stimmt, jeder$10\ \mathrm{cm}$Segment an sich ist ein sehr schwacher Widerstand; Aber eine Million davon sind so lästig, dass das Kraftwerk auf viele Kilovolt zulegen muss.

Ich sollte vielleicht hinzufügen, dass wir leichter zu demselben Schluss kommen könnten. Die Spannungsberechnung ist ziemlich unnötig, wenn wir davon ausgehen, dass der Vogel den Gesamtstrom durch den Draht vorher und nachher nicht ändert. Dann teilt sich der Strom (unabhängig von der Spannung, die ihn antreibt) einfach entsprechend dem Verhältnis der Widerstände, was ungefähr ist$10^9$, so dass$1/10^9$te der$1000\ \mathrm A$durch den Draht zu gehen, geht durch den Vogel, der ist$10^{-6}\ \mathrm A.$

Das elektrische Potential ist eine Differenz zwischen zwei Punkten, und wenn man bedenkt, dass der Draht, auf dem der Vogel steht, einen geringen Widerstand hat, wäre die Potentialdifferenz vernachlässigbar. Das heißt, wenn der Vogel mit beiden Füßen auf dem Draht steht, ist die Potentialdifferenz zwischen seinen beiden Füßen winzig und wird ihm mit seinem eigenen hohen Widerstand mit Sicherheit nicht schaden.

Der von Ihnen angesprochene Punkt, dass 600 V über dem Vogel liegen, geht davon aus, dass der Vogel eine Klaue auf das stromführende Kabel (600 V) und die andere auf die Schaltungsmasse (0 V) legt. Im Gegensatz zum tatsächlichen Fall steht der Vogel auf zwei Punkten, wo sie eine sehr ähnliche Potentialdifferenz haben, und nach dem Ohmschen Gesetz ist der Strom im Grunde genommen Null. Zum besseren Verständnis können Sie davon ausgehen, dass der Vogel ein extrem großer Widerstand ist und parallel zu einem leitenden Draht sitzt.

Und aus dem gleichen Grund glaube ich, warum andere sagen, dass dies keine Parallelschaltung ist, weil der Widerstand einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Schaltung hat.

Lassen Sie mich zunächst anmerken, dass die Spannung selbst keine physikalische Wirkung hat – der Schaden kommt vom elektrischen Strom. Dies geschieht auf zwei Arten:

• über die Joulesche Wärme, wenn hoher Strom durch den Körper fließt (dazu sind Ströme von mehreren Ampere erforderlich, die uns im Alltag selten begegnen, aber für den Vogel relevant sind)
• durch Auslösen des Herzflimmerns, wenn die Frequenz des Wechselstroms in Resonanz mit der Herzfrequenz ist, also 50-60 Hz (umgangssprachlich Stromschlag genannt )

Betrachten wir nun die Parallelschaltung zwischen dem Vogel und dem Drahtstück zwischen seinen Beinen. Die Spannung, also die Potentialdifferenz zwischen den Beinen des Vogels, ist definitiv nicht gleich der Potentialdifferenz zwischen Draht und Erde (die bekanntlich einige kV beträgt). Der Strom im Draht (einige Ampere) wird zwischen dem Vogel und dem Drahtstück zwischen seinen Beinen aufgeteilt:

Bemerkungen
Ich möchte hier auf einige Aspekte zurückkommen, die oft übersehen werden, wenn es um elektrische Schaltungen geht:

• Es ist möglich (und sehr häufig), dass eine hohe Potentialdifferenz (Spannung) auftritt, ohne dass Strom fließt. Kondensatoren akkumulieren routinemäßig Spannungen bis zu Kilo- und Megavolt, ohne dass ein Strom fließt. Die menschliche Haut hat eine Durchbruchspannung von etwa 500 V, das heißt, ein konstantes Potential von einigen hundert Volt verursacht überhaupt keinen Stromfluss (und keine schädlichen Auswirkungen)! Dies ist für einen Vogel gleichermaßen relevant. Wechselstrom stellt eine größere Gefahr dar, da die Wechselstromimpedanz eines menschlichen Körpers bei Frequenzen von 50–60 Hz viel niedriger ist.
• Dass Spannung auch ohne Strom vorhanden sein kann, ist bei der Anwendung der Jouleschen Wärmeformel zu beachten:$P = i^2 R$Und$P = V^2/R$scheinen dasselbe zu sagen, aber beide gelten nur, wenn ein tatsächlicher Stromfluss vorhanden ist , nicht wenn eine Spannung angelegt wird.
• Es gibt keine perfekten Quellen für Potentialunterschiede - das Anschließen von irgendetwas an einen Stromkreis ändert die Potentiale und Ströme in diesem Stromkreis. Insbesondere unterscheidet man Spannungsvorspannung und Stromvorspannung , wenn man jeweils von Schaltungen spricht, die dafür ausgelegt sind, denselben Vorspannungspegel oder denselben Strompegel aufrechtzuerhalten. Sicherungen werden verwendet, um übermäßig hohen Strom zu erkennen und zu verhindern, dass er den Stromkreis beschädigt (aber den Stromfluss unterbricht). Der fragliche Vogel befindet sich als Teil eines Stromkreises, in dem eher der Strom als die Spannung aufrechterhalten wird.

Qualitativ: Der geringe elektrische Widerstand von Stromleitungen bedeutet, dass es einen vernachlässigbaren Unterschied im elektrischen Potential zwischen zwei eng beieinander liegenden Punkten auf der Leitung gibt. Infolgedessen fließt kaum Strom durch einen (Widerstands-) Vogel auf der Leitung, und der überwiegende Teil des Stroms fließt wie gewohnt durch die (leitende) Leitung.

Quantitativ: Der Widerstandsverlust auf Hochspannungsleitungen beträgt typischerweise 0,5 % pro 100 Meilen auf einer 765-kV-Leitung , was bedeutet, dass ein Vogel, der mit 10 cm Abstand auf der Leitung sitzt, eine Spannung von etwa hat

über seinen Körper aufgetragen. Eine sichere Wette für den elektrischen Widerstand eines Vogels scheint zu sein$500\ \mathrm{\Omega}$, so dass der resultierende Strom durch den Vogel sein wird

durch den Körper des Vogels. Dem Vogel geht es gut :)

Die Größe der Spannung im Draht bestimmt nicht den Strom durch den Vogel. Es ist der Unterschied in der Spannung zwischen den Füßen des Vogels. Wenn das Kabel an eine 600-V-Quelle angeschlossen ist, beträgt die Spannung zwischen den Beinen des Vogels nicht 600 V. Die tatsächliche Spannungsdifferenz ist sehr gering. Die Vogelbeine berühren zwei sehr nahe beieinander liegende Punkte auf dem Draht. Der Abfall von 600 V erstreckt sich über die gesamte Länge des Kabels von der Stromquelle zurück zur Stromquelle. Der Vogel müsste Teile des Kabels meilenweit voneinander entfernt berühren, um eine signifikante Spannung zu spüren. Das elektrische Kabel ist auch ein guter Leiter, was bedeutet, dass sein Widerstand klein ist und die Spannung über jede Entfernung, die ein einzelnes Tier erreichen könnte, nur geringfügig abfällt.

Um konkreter zu werden, sagen Sie, Sie schließen eine 9-V-Batterie mit zwei Drähten an eine Glühbirne an. Der mit dem Pluspol verbundene Draht hat eine Spannung von 9 V. Der gesamte Draht hat eine Spannung von 9 V. Das bedeutet, dass Sie, wenn Sie ein Paar Voltmetersonden an denselben Draht anschließen, eine Potentialdifferenz von Null messen , da beide Sonden dasselbe Potential messen. Nur wenn die Sonden mit unterschiedlichen Drähten in Kontakt sind, messen Sie die 9-V-Differenz.

Denken Sie daran, dass es Spannungsunterschiede sind, die Strom verursachen, nicht nur eine Spannungsmenge. Ich kann absolut sicher in einem 600-Fuß-Turm stehen. Ich bin nur in Gefahr, wenn ich von diesem Turm stürze und 600 Fuß tiefer auf dem Boden aufschlug. Wenn der Vogel auf dem Draht gleichzeitig den Boden oder einen anderen Draht mit einer anderen Spannung erreichen könnte, würde er die volle Potentialdifferenz von 600 V spüren, da zwei Teile seines Körpers unterschiedliche Spannungen spüren würden, was einen Strom verursachen würde zu fließen.

Ihre Parallelschaltung funktioniert, weil der erste Widerstand einen großen Abfall des elektrischen Potentials von einer Seite zur anderen verursacht. Wenn Sie also einen zweiten Widerstand parallel schalten, gibt es eine Potentialdifferenz über dem zweiten Widerstand. Der Vogel auf einem Draht ähnelt eher diesem Diagramm:

Die Pluspunkte zeigen die konstant höhere Spannung am oberen Draht und die Minuspunkte die konstant niedrigere Spannung am unteren Draht an. Nur wenn ein Widerstand eine Positiv-Negativ-Differenz überspannt, fließt ein Strom durch ihn. Durch den Vogelwiderstand oben, dessen Beine Teile des Drahtes mit identischen Spannungen berühren, fließt kein Strom. Der gesamte Strom fließt durch den Draht mit viel geringerem Widerstand.

Der Vogel wird einen Widerstand von beispielsweise 1 M haben$\Omega$, während der Draht zwischen den Füßen des Vogels einen Widerstand von beispielsweise 0,1 haben wird$\Omega$. Berechnen Sie die Strommenge, die im 1M fließen wird$\Omega$Widerstand in Parallelschaltung.

Was für Vögel gilt, gilt auch für Menschen: Sie können einen Draht berühren, der einen erheblichen Strom führt, und Sie erhalten keinen Stromschlag, es sei denn, es besteht eine Spannungsdifferenz zwischen Ihnen und dem Draht:

Beachten Sie, dass die Spannung selbst keine Rolle spielt. Im Falle eines Erdschlusses kann es durchaus vorkommen, dass die „spannungsführende“ (Hochspannungs-)Leitung berührungssicher wird:

_{Bilder stammen aus dem Artikel über Stoßstrompfad}

Vögel haben eigentlich keinen viel höheren Widerstand als Menschen und sie werden auch genauso gut geschockt, wenn sie es schaffen, den Stromkreis zu schließen, damit der Stoßstrom fließen kann.

Nehmen wir an, ein Vogel hat einen Widerstand von 1 MΩ. Ein 600-V-Kabel würde immer noch 0,6 mA durch das Tier leiten.

Das ist der Kern deines Missverständnisses. Es gibt zwei oder mehr Drähte, die den elektrischen Generator verlassen. 600 Volt ist der Unterschied im elektrischen Potential zwischen ihnen, keine Eigenschaft eines der Drähte selbst.

Der Vogel macht einen Stromkreis nicht zwischen den beiden Drähten, sondern zwischen zwei Abschnitten desselben Drahtes. Während zwischen zwei Abschnitten des Drahts aufgrund des Widerstands realer Leiter tatsächlich ein sehr kleiner Unterschied im elektrischen Potential besteht, verwendet der Energieversorger immer einen ausreichend dicken Draht, um dieses elektrische Potential sehr klein zu halten, da es den Energieverlust beim Erhitzen darstellt Draht, anstatt an Kunden geliefert zu werden.

Mit einer Batterie und einem Voltmeter können Sie sich das anhand einfacher Experimente selbst veranschaulichen. Sie werden feststellen, dass das Voltmeter zwei Leitungen hat, wieder weil die Spannung eine elektrische Potentialdifferenz ist und es zwei Punkte braucht, um eine Differenz zu messen. Versuchen Sie, eine Glühbirne oder eine LED und einen Widerstand an die Batterie anzuschließen und die Spannung zu messen, wenn das Messgerät parallel zur Batterie gegenüber zwei Enden desselben Kabels platziert ist.

Bird sitzt am Anschluss der Quelle, solange Bird nicht mit der Erde verbunden ist. Der Widerstand des Vogels ist so hoch wie der Widerstand des Drahtstücks zwischen seinen beiden Beinen, zu denen der Vogel parallel ist.

Das heißt, ein Vogel, der seine Füße auf einen Draht fallen lässt, schließt keinen Stromkreis zwischen zwei verschiedenen Potentialen

Das ist nicht richtig. Wenn ein Kabel beispielsweise 10 kV über einen Kilometer führt, dann führt es 10 V über jeden Meter oder 10 mV über jeden mm.

Es ist nicht klar, was Sie hier fragen.

Ist das was passiert? Der Widerstand des Vogels ist groß genug, dass der gezogene Strom klein ist?

Ja. Der Vogel hat nicht nur mehr Widerstand pro Länge, sondern der Weg des Stroms durch ihn ist länger: Der Draht verbindet zwei Punkte in fast einer geraden Linie, aber der Strom, der durch den Vogel fließt, muss sein Bein hinauf , über den Körper und das andere Bein hinunter.

Ein 600-V-Kabel würde immer noch 0,6 mA durch das Tier leiten.

Spannung bezieht sich auf die Änderung des elektrischen Potentials. Jede Spannung ist eine Differenz zwischen elektrischem Potential; Es gibt keine absolute Spannung. Wenn eine Steckdose mit 120 V gekennzeichnet ist, bedeutet dies den Unterschiedzwischen den beiden positiven und negativen ist 120 V. Jede Spannung benötigt zwei Punkte; ansonsten macht es keinen Sinn, von einem "Unterschied" zu sprechen. „600-V-Draht“ zu sagen, macht keinen Sinn, es sei denn, es wird als Abkürzung für etwas anderes verwendet, z. B. „ein Draht, der zwei Klemmen mit einer Differenz von 600 V verbindet“. Es sind die Klemmen, nicht der Draht, die die Spannungsdifferenz haben. Sie können nicht auf einen bestimmten Punkt im Kabel schauen und 600 V messen. Wenn Sie ein Voltmeter nehmen und beide Leitungen an denselben Punkt anschließen würden, würde es 0 V anzeigen, unabhängig davon, wie viel Spannung am Kabel anliegt Schaltung als Ganzes.

Wenn Sie also 600 V zwischen dem Kraftwerk und einem Haus haben und ein Vogel auf dem Kabel ist, das sie verbindet, sind die 600 V nicht relevant, da der Vogel das Kraftwerk und das Haus nicht verbindet.

Eine Analogie für Elektrizität ist Wasser. Spannung ist analog zur Höhe. Wenn Sie einen Fluss haben, der 1000 km lang ist und während des Flusslaufs die Höhe um 1000 m verringert, muss jedes Kilogramm Wasser 1000 m * 9,8 m / (s ^ 2) * 1 kg Energie im Laufe des Abwärtsflusses freisetzen der Fluss. Aber wenn Sie eine Wassermühle bauen und einen Seitenkanal ausschneiden und einen Teil des Wassers durch Ihre Wassermühle fließen lassen, werden Sie nicht diese 1000 m * 9,8 m / (s ^ 2) * 1 kg Energie pro kg erhalten Wasser, denn diese 1000 Höhenmeter sind, wie stark das Wasser im Verlauf des gesamten Flusses abfällt, nicht wie stark es in Ihrem Seitenkanal abnimmt.

Ich lese immer, dass der Vogel (oder die Person) geerdet sein muss, damit der Stromkreis vollständig ist

Das würde einen sogenannten „Verdrängungsstrom“ verursachen. Verschiebungsstrom ist dort, wo es keinen Stromkreis im normalen Sinne gibt; Normalerweise bewegt sich die Ladung in einem Stromkreis um den Stromkreis herum, aber der Strom in jeden Teil ist gleich dem Strom aus, sodass es keine Nettoladungsbewegung gibt. Beim Verschiebungsstrom gibt es eine Nettoladungsbewegung von einem Ort zum anderen. Da hierfür ein Objekt Ladung halten muss, hängt der mögliche Verschiebungsstrom von der Kapazität ab. Es gibt einen Verschiebungsstrom, wenn der Vogel auf dem Draht landet, aber da die Kapazität des Vogels nicht sehr groß ist, ist der Verschiebungsstrom klein. Die Kapazität des Bodens ist jedoch so groß, dass der Strom ziemlich unbegrenzt weiterlaufen kann.

Ich bin vielleicht nicht sehr berechtigt, den physikalischen Teil der Frage zu beantworten, aber der Grund, warum Vögel keinen Strom leiten, ist ziemlich naiv. Ihre Füße bestehen aus einem harten natürlichen Material, das überhaupt keinen Strom leitet .

Die Füße und Zehen eines Vogels bestehen hauptsächlich aus zähen Sehnen und Knochen. Die Füße haben nicht sehr viele Nerven, Blutgefäße oder Muskeln. Dies ermöglicht es einem Vogel, auf kalten Metallstangen zu landen oder auf Eis zu laufen, wenn die Temperaturen sinken ... und auch auf Strommasten und Hochspannungskabeln zu sitzen.

Ihr Konzept der Physik kann richtig sein oder auch nicht, aber die grundlegende Antwort auf Ihre Frage lautet, dass Vogelfüße sehr starke Isolatoren sind , daher fließt kein Strom durch sie. Daher ist es sinnlos, Konzepte der Physik anzuwenden, wenn der Strom einfach nicht durchfließt....