Elektriciteit en haar gevaren Elektriciteit neemt in ons dagelijks leven een belangrijke plaats in, als energiebron voor verlichting, beweging, verwarming, koeling en dergelijke. Wij hoeven maar om ons heen te kijken, en zien dan dat bijna alles van deze energie bron afhankelijk is. Om maar een paar zaken op te noemen: de lamp, radio en tv, computer, klok en horloge alsmede huishoudelijke apparatuur en hobby machines. Zonder elektriciteit is er geen vooruitgang in moderne elektronica Door de dagelijkse omgang met elektriciteit in het huishouden, werk en vrije tijd is het zo ‘vanzelfsprekend' geworden dat men vaak niet meer aan de gevaren denkt. Aanraking met elektrische stroom is niet prettig, in het minste geval krijgt men een schok maar het kan ook zware verbrandingen veroorzaken, of zelfs dodelijke zijn. De opwekking Afhankelijk van de manier waarop de stroom wordt opgewekt kennen we statische elektriciteit, gelijkspanning en wisselspanning/stroom. Michael Faraday heeft in de 19de eeuw veel bijgedragen aan het begrip van elektriciteit Statische elektriciteit ofwel wrijvingselektriciteit is in feite een statische lading verkregen door stoffen zoals eboniet, glas, plastic en nylon met een wollen doek op te wrijven. Een voorbeeld hiervan is een opgewreven plastic pen die papiersnippers aantrekt. Wanneer men een nylon hemd gedragen heeft zal het bij het uittrekken gaan knetteren. Dit knetteren is niets anders dan het ontladen, ‘er springen vonkjes over' van het nylon. In het donker zijn de vonkjes goed te zien. Gelijkspanning/stroom kunnen we opwekken door een chemische reactie, elektrolyse, zoals dit in batterijen (droge elementen), en accu's (natte elementen) gebeurt. Berlijn heeft stroom sinds 1884, getuige dit oude affiche De batterij bestaat in principe uit een zinken huls (de min-pool) die gevuld is met in zuur gedrenkt zaagsel en waarin een koolstaaf (plus pool) geplaatst is. Later is de techniek verbeterd en zijn er ook nieuwe materialen zoals nikkel en cadmium gebruikt. Het batterijtje (knoopcelletje, niet groter dan een hemdsknoop) in horloges, rekenmachientjes en gehoortoestellen zijn hier enige voorbeelden van. Er zijn ook batterijen die men op kan laden voor hernieuwd gebruik. Windenergie is een milieuvriendelijke manier van elektriciteitsopwekking Onze beroemde autoaccu was al in een eerder stadium oplaadbaar. Deze bestaat uit een ebonieten of glazen bak, elektroden en elektrolyt. De elektroden worden bij een accu altijd platen genoemd die men aanduidt als negatieve en positieve platen. De vloeistof, ‘het elektrolyt', bestaat uit verdund zwavelzuur. De platen zijn gemaakt uit een geraamte van lood waarin een actieve stof is aangebracht. Accu's bestaan meestal uit zes cellen (2 Volt per cel). Wisselspanning/stroom Krachtcentrale ontstaat door een draadlus tussen de noord- en zuidpool van een magneet te draaien. Tijdens het draaien wordt de draadlus (spoel) door het krachtlijnen veld, dat heerst tussen de twee magneetpolen, opgeladen. Hierdoor wordt een EMK geïnduceerd welke steeds van polariteit wisselt. Het EMK (elektromotorische kracht) wordt groter naarmate er meer draadlussen tussen meer magneetpolen draaien, dit is bijvoorbeeld de werking van de dynamo. Zonnepanelen, de toekomst? De wisselspanning/stroom wordt weergegeven als een sinus. Werd vroeger elektriciteit opgewekt door grote dynamo's (generatoren) aan te drijven door stoom (in met kolen en olie gestookte centrales) en weer later met behulp van dieselmotoren (olie), tegenwoordig worden de generatoren aan gedreven met (aard)gas of zelfs met kernreactoren. Vanwege het milieu wordt nu elektriciteit opgewekt met windmolens en zonnepanelen, de zogenoemde ‘groene' stroom. Gevaren De risico's van elektriciteit worden soms ernstig onderschat. Gevolgen bij het in contact komen met elektriciteit zijn: - Samentrekken van de spieren - Warmte ontwikkeling - Schrikeffecten waardoor andere letsels ontstaan - Bio-elektrische effecten Elektrische straatlantaarn in Berlijn De ernst van de gevolgen van blootstelling wordt bepaald door een aantal factoren: - Spanning en stroomsoort (gelijk- of wisselspanning) - Stroomsterkte - Frequentie - Tijdsduur van blootstelling - Weerstand (huid en doorstroomde weefsels) - De weg die de stroom door het lichaam aflegt - Omgevingsfactoren (vochtigheid, isolatie enz.) - Individuele factoren (geslacht, gewicht, conditie) De begrippen spanning, stroom, frequentie en weerstand. Via hoogspanningsmasten wordt elektriciteit gedistribueerd Spanning De eenheid van spanning is Volt (V). We spreken van zeer lage spanning bij een spanning tot 50 Volt wissel- of 120 Volt gelijkspanning (deurbel- en telefooninstallaties, elektrisch speelgoed). Dit zijn zogenaamde ‘veilige spanningen'. Van lage spanning spreken we indien de spanning niet hoger is dan 1000 Volt wissel- of 1500 Volt gelijkspanning (huisinstallaties 230 Volt, fabrieken vaak 380 Volt). Hoewel dit laagspanning wordt genoemd is deze spanning wel degelijk gevaarlijk. Hoogspanningsmasten in Zwitserland Van hoogspanning spreken we bij spanningen hoger dan 1000 Volt wissel- of 1500 Volt gelijkspanning. Dergelijke hoge spanningen hebben een extra gevaarlijke eigenschap, namelijk dat ze vonken of vlambogen, met temperaturen van 4.000-20.000° C kunnen laten overspringen. Bij 1000 Volt al over 1 cm, bij hogere voltages over grotere afstanden. Voor het werken met hoogspanning zijn speciale voorzorgen noodzakelijk Hierdoor kan iemand geëlektrocuteerd raken, zelfs zonder de stroombron aan te raken, of door vlamvatten van kleding ernstige brandwonden oplopen. Stroomsterkte De eenheid van stroomsterkte is Ampère (I). Het is vooral de stroomsterkte die de mate van weefselbeschadiging bepaalt. De hoeveelheid warmte (uitgedrukt in Joules) die in het weefsel wordt geproduceerd is namelijk afhankelijk van de stroomsterkte. Het aantal Joules wordt met de volgende formule berekend Joules= I²xRxT (I= stroomsterkte, R= weerstand in Ohms, T= blootstelling in seconden). Frequentie Frequentie wordt uitgedrukt in Hertz. Heinrich Hertz De spanning die we uit het wandcontactdoos halen heeft een frequentie van 50 Hertz, d.w.z. 50 sinusperioden per seconde. Lage frequenties leiden eerder tot verkramping van de spieren en tot aantasting van het hart, met name tot hartkamer fibrilleren. Verkrampende spiercontracties leiden tot het onvermogen om de stroombron los te laten, waardoor de expositietijd en dus de schade toeneemt. Bij hoge frequenties reageren de spieren minder, een gegeven dat leidt tot gebruik van hoogfrequente stroom bij fysiotherapie (diathermie om warmte op te wekken) en in de chirurgie (diathermisch mes). Weerstand De eenheid van weerstand is Ohm (R). Diverse weefsels hebben een wisselende weerstand, waardoor bij een zelfde voltage de stroomsterkte in die weefsels kan wisselen, zoals blijkt uit de formule I=V:R (als de weerstand afneemt neemt de stroomsterkte toe). De totale lichaamsweerstand wordt bepaald door de huidweerstand en de inwendige weerstand. In veel landen zorgen waterkrachtcentrales voor 'witte stroom' De huidweerstand kan variëren als gevolg van omgevingsfactoren en is daardoor in hoge mate bepalend voor het effect van de blootstelling aan elektriciteit. De weerstand van het lichaam kan veranderen als door verkramping of schrikreacties de weg van de stroom door het lichaam verandert, en door transpiratie en de schrik ook de weerstand van de huid zal afnemen. Stroomweg Afhankelijk van de in- en uitstroom plaats (vaak ‘aarde') van de doorstroming kunnen vitale organen, met name het hart, wel of niet in de stroomweg zijn opgenomen. Afhankelijk daarvan zij de gevolgen meer of minder ernstig. Omgevingsfactoren De belangrijkste omgevingsfactor is vocht, en met name het effect op de huidweerstand. Bij een droge huid kan de weerstand 10.000 Ohm of meer bedragen, waarbij een spanning van 220 Volt een stroom van 22 mA (I=V:R) veroorzaakt. Oliewinning voor de productie van elektriciteit Mits de getroffene de onder spanning staande geleider kan loslaten is een dergelijke spanning nog veilig (tussen 10 en 30 mA), zodat men meestal met de schrik vrijkomt. Indien de huid vochtig is (transpiratie of werken in natte ruimten) bedraagt de weerstand van het lichaam vaak minder dan 500 Ohm waardoor de stroomsterkte bij 220 Volt oploopt tot 110 mA en hierdoor de afloop vaak dodelijk is. Individuele factoren Individuele variaties op elektrische blootstelling zijn een gevolg van onder meer de leeftijd, lichamelijke conditie, eventuele (hart)ziekten en het geslacht. Vrouwen blijken een 30% hogere gevoeligheid te hebben voor de effecten van stroom dan mannen. Bliksem op een zegel van Groot Brittannië Bliksem Bliksem is een natuurverschijnsel waarbij grote spanningsverschillen van miljoenen Volts ontstaan in de atmosfeer. Als deze doorslaat ontstaan bliksemstralen, kortdurende stroomstoten van enige tien- tot zelfs honderdduizenden ampères. Men kan direct maar ook indirect getroffen worden. Vormen van indirect treffen zijn: - ‘zij-inslag' b.v. van boom naar mens. - ‘stapspanning', waarbij een spanningsverschil ontstaat tussen de beide voeten van het slachtoffer. Benjamin Franklin deed -geen ongevaarlijke- proeven met bliksem - ‘contactspanning' waarbij iemand getroffen wordt door inslag in een voorwerp waarmee hij of zij in contact staat. Voorzorgsmaatregelen kunnen bliksemongevallen verminderen: - Ga of blijf zitten in een gesloten auto - Blijf niet rechtop staan, zeker niet met paraplu, golfclub of hengel in de hand, maar neem een gehurkte houding in met beide voeten aaneengesloten. - Blijf uit de buurt van andere mensen, bomen en metalen voorwerpen. Effecten en gevolgen door aanraking De effecten zijn afhankelijk van de stroomsterkte. Stroomsterkte: Effecten: 4,5 micro A Waarneembaar met de tong (batterij) 0,5-1mA Waarneembaar met de vingers 4mA Pijn 6mA Krachtige samentrekking van de spieren 15mA Grens waarop nog kan worden losgelaten 20-30mA Krachtige samentrekking ademhalingsspieren. Kans op bewustzijnsverlies Meer dan 50mA Kans op kamer fibrilleren (hart) Meer dan 500mA Ernstige brandwonden, acute asystolie Deze zegel waarschuwt voor gevaar Deze waarden gelden bij een (niet kortstondige) wisselstroom blootstelling met een frequentie van 20-100 Hertz. Bij gelijkstroom zijn de waarden 2 tot 4 maal zo hoog, voor vrouwen zijn de waarden 30% lager. Gerard van Dooren Bron: deels uit EHBO-magazine mei 2002