Wirkungen von Strom auf den menschlichen Körper
Auf dem Weihnachtsmarkt in Münster fasst Emma an eine Lichterkette mit 24 V Schutzkleinspannung, und nichts passiert. Im Badezimmer dagegen warnt jede Steckdose: „Vorsicht, nicht mit nassen Händen!“ Bei 230 V im Haus kann ein Stromunfall tödlich enden. Warum ist die gleiche Spannung mal harmlos und mal lebensgefährlich? Am Ende der Seite beantwortest du diese Frage.
Wirkungen des Stroms auf den Körper
Dein Körper leitet Strom, weil er Wasser mit gelösten Salzen enthält. Nerven und Muskeln arbeiten selbst mit winzigen elektrischen Signalen. Fließt ein fremder Strom durch den Körper, stört er diese Signale.
Entscheidend ist die Stromstärke $I$ durch den Körper, nicht allein die Spannung. Die folgenden Werte sind Richtwerte für Wechselstrom (50 Hz) bei einigen Sekunden Einwirkdauer:
| Stromstärke | Wirkung |
|---|---|
| bis etwa $0{,}5\,\mathrm{mA}$ | kaum spürbar (Wahrnehmungsschwelle) |
| ab etwa $10\,\mathrm{mA}$ | Muskelverkrampfung: Man kann den Draht nicht mehr loslassen |
| ab etwa $30\,\mathrm{mA}$ | Atemmuskeln verkrampfen, Atemnot |
| ab etwa $50\,\mathrm{mA}$ | Lebensgefahr: Herzkammerflimmern, das Herz pumpt kein Blut mehr |
| über $1\,\mathrm{A}$ | Herzstillstand, schwere Verbrennungen durch Wärmewirkung |
Der Strom wirkt also über seine Muskelwirkung (Verkrampfen), seine Wirkung auf das Herz und seine Wärmewirkung (Verbrennungen, vor allem bei sehr großen Strömen).
Nenne drei mögliche Wirkungen eines elektrischen Stroms auf den menschlichen Körper. Ordne sie nach zunehmender Gefährlichkeit.
Nenne drei mögliche Wirkungen eines elektrischen Stroms auf den menschlichen Körper. Ordne sie nach zunehmender Gefährlichkeit.
Warum sind Steckdosen für Kinder mit Kindersicherungen versehen? Begründe mit Bezug auf die Gefahren des elektrischen Stroms.
Warum sind Steckdosen für Kinder mit Kindersicherungen versehen? Begründe mit Bezug auf die Gefahren des elektrischen Stroms.
Körperwiderstand und Körperstromstärke
Wie groß der Strom durch den Körper ist, sagt dir die Definition des Widerstands:
$$I = \frac{U}{R_\text{Körper}}$$Der Körperwiderstand ist nicht konstant. Er hängt vor allem von der Haut ab:
| Zustand | Körperwiderstand (Richtwert) |
|---|---|
| trockene Haut | einige $10\,000\,\Omega$ |
| feuchte Haut | etwa $2\,000\,\Omega$ |
| nasse Haut, im Wasser | etwa $1\,000\,\Omega$ oder weniger |
Nasse Haut leitet besser, weil Wasser mit Salzen Ladungsträger enthält. Deshalb ist die Gefahr im Bad besonders groß: Wasser, nasse Füße und leitende Rohre in der Nähe.
Ein Mensch hat bei trockener Haut einen Körperwiderstand von etwa $5.000\ \Omega$. Berechne die Stromstärke, wenn er versehentlich zwei Kontakte mit einer Spannung von…
Ein Mensch hat bei trockener Haut einen Körperwiderstand von etwa $5.000\ \Omega$. Berechne die Stromstärke, wenn er versehentlich zwei Kontakte mit einer Spannung von $230\ \text{V}$ berührt.
Der Körperwiderstand eines Menschen beträgt bei nasser Haut etwa $1.000\ \Omega$, bei trockener Haut etwa $10.000\ \Omega$. Als lebensgefährlich gelten Ströme ab etwa…
Der Körperwiderstand eines Menschen beträgt bei nasser Haut etwa $1.000\ \Omega$, bei trockener Haut etwa $10.000\ \Omega$. Als lebensgefährlich gelten Ströme ab etwa $50\ \text{mA}$.
- a) Berechne die Stromstärke bei $230\ \text{V}$ in beiden Fällen.
- b) Beurteile, in welchem Fall Lebensgefahr besteht.
Lena steht im Badezimmer barfuß auf nassen Fliesen und will einen Föhn benutzen. Ihre Mutter sagt, das sei gefährlicher als im Wohnzimmer mit Hausschuhen. a) Erkläre…
Lena steht im Badezimmer barfuß auf nassen Fliesen und will einen Föhn benutzen. Ihre Mutter sagt, das sei gefährlicher als im Wohnzimmer mit Hausschuhen.
- a) Erkläre physikalisch, warum sich die Gefahr unterscheidet.
- b) Nenne zwei Verhaltensregeln für den Umgang mit Elektrogeräten im Bad.
Weitere Einflussgrößen: Dauer, Stromweg, Stromart
Die Stromstärke allein bestimmt die Gefahr nicht. Drei weitere Größen spielen mit:
-
Einwirkdauer: Je länger der Strom fließt, desto gefährlicher. Das Herz reagiert besonders empfindlich auf Ströme, die länger als etwa eine halbe Sekunde fließen.
-
Stromweg: Fließt der Strom von Hand zu Hand oder von der Hand zum Fuß, geht er quer durch den Brustkorb und damit durch Herz und Atemmuskeln. Von Fuß zu Fuß ist die Gefahr geringer.
-
Stromart: Wechselstrom mit 50 Hz ist bei gleicher Stärke meist gefährlicher als Gleichstrom, weil er Muskeln und Herztakt stärker durcheinanderbringt.
Die Gefahr eines Stromunfalls hängt von Stromstärke, Einwirkdauer, Stromweg und Stromart ab. a) Erkläre, warum ein Stromweg von Hand zu Hand besonders gefährlich ist. b)…
Die Gefahr eines Stromunfalls hängt von Stromstärke, Einwirkdauer, Stromweg und Stromart ab.
- a) Erkläre, warum ein Stromweg von Hand zu Hand besonders gefährlich ist.
- b) Ein Strom von $100\ \text{mA}$ fließt $0{,}2\ \text{s}$ lang, ein anderer von $30\ \text{mA}$ $5\ \text{s}$ lang. Berechne jeweils die transportierte Ladung und diskutiere, ob die Ladung allein die Gefahr beschreibt.
Schutzmaßnahmen im Haus
Eine Schutzmaßnahme soll verhindern, dass ein gefährlicher Strom durch dich fließt. Dazu gibt es drei Bausteine:
Schutzleiter (Schutzkontakt). Das Metallgehäuse eines Geräts wird über den gelb-grünen Schutzleiter mit der Erde verbunden. Berührt im Defektfall die Phase das Gehäuse, fließt ein großer Strom über den Schutzleiter ab. Das Gehäuse bleibt auf ungefährlicher Spannung.
Sicherung. Der große Kurzschlussstrom lässt die Schmelzsicherung durchbrennen oder den Sicherungsautomaten abschalten. Das Gerät ist vom Netz getrennt.
FI-Schutzschalter. Er vergleicht den Strom in der Phase mit dem im Neutralleiter. Normalerweise sind beide gleich. Fließt ein Teil über einen Menschen oder einen Defekt zur Erde, entsteht ein Differenzstrom. Ab etwa $30\,\mathrm{mA}$ schaltet der FI in Sekundenbruchteilen ab.
Ein Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) löst bei einem Differenzstrom von $30\ \text{mA}$ aus. a) Erkläre, was ein Differenzstrom ist und wie er bei einem Defekt…
Ein Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) löst bei einem Differenzstrom von $30\ \text{mA}$ aus.
- a) Erkläre, was ein Differenzstrom ist und wie er bei einem Defekt entsteht.
- b) Berechne, bei welcher Berührungsspannung ein Mensch mit $2.000\ \Omega$ Körperwiderstand $30\ \text{mA}$ aufnimmt.
Ein defektes Gerät hat Kontakt zwischen Phase und Metallgehäuse. Vergleiche die Situation bei einer Steckdose mit Schutzkontakt (geerdet) und ohne Schutzleiter. a)…
Ein defektes Gerät hat Kontakt zwischen Phase und Metallgehäuse. Vergleiche die Situation bei einer Steckdose mit Schutzkontakt (geerdet) und ohne Schutzleiter.
- a) Beschreibe, was beim Berühren des Gehäuses jeweils passiert.
- b) Erkläre die Rolle der Sicherung bzw. des FI-Schalters.
- c) Begründe, warum die Schutzmaßnahmen zusammen die höchste Sicherheit bieten.
Spannung und Stromstärke bei Hochspannung
Ein Vogel sitzt auf einer Hochspannungsleitung und merkt nichts. Der Grund: Seine Füße berühren nur zwei Punkte der Leitung, die fast das gleiche Potenzial haben. Zwischen ihnen liegt nur eine winzige Spannung, weil die Leitung zwischen den Füßen einen sehr kleinen Widerstand hat. Der Strom durch den Vogel ist daher winzig.
Im Elektronen-Atomrumpf-Modell stoßen die bewegten Elektronen an die Atomrümpfe; das ist der Widerstand. Im Wassermodell entspricht er einer engen, rauen Rohrstelle. Nasse Haut ist wie ein weiteres, breites Rohr: Es fließt mehr.
Ein geerdeter Mensch dagegen liegt zwischen Leitung (z. B. $110\,\mathrm{kV}$) und Erde. Die ganze Spannung fällt über seinen Körper ab. Der Strom wäre riesig.
Ein Vogel sitzt auf einer Hochspannungsleitung und erleidet keinen Schlag, ein Mensch, der die Leitung berührt und geerdet ist, wäre in Lebensgefahr. a) Erkläre den…
Ein Vogel sitzt auf einer Hochspannungsleitung und erleidet keinen Schlag, ein Mensch, der die Leitung berührt und geerdet ist, wäre in Lebensgefahr.
- a) Erkläre den Unterschied mit Hilfe von Spannung und Stromstärke.
- b) Der Abstand der Füße des Vogels beträgt $10\ \text{cm}$, der Leitungswiderstand $0{,}05\ \Omega$ pro Kilometer bei einem Strom von $500\ \text{A}$. Berechne die Spannung zwischen den Füßen des Vogels.
Auf einen Blick
Zurück zum Anfang: Die Lichterkette ist harmlos, weil sie mit Schutzkleinspannung (24 V) läuft und bei Berührung nur einen winzigen Strom durch dich fließen lässt. Im Bad sind Haut und Boden nass, der Körperwiderstand ist klein, und bei $230\,\mathrm{V}$ fließt ein lebensgefährlicher Strom.