Статическое электричество: высокое напряжение, но низкая энергия

Я смотрел видео из серии под названием «Механическая вселенная», записанное в Калифорнийском технологическом институте, в котором говорилось, что

«Генератор Ван дер Граафа с напряжением около 100 000 вольт хранит только количество энергии 2 000 джоулей, в то время как обычная батарея на 9 вольт хранит 20 000 джоулей».

Я думаю о потенциале как об индикаторе энергии, поскольку он представляет собой потенциальную энергию единицы заряда в точке. (Эр=V*q). Если V увеличивается, Ep увеличивается. ¿Что здесь не так? Кроме того, машины высокого напряжения XVIII века используются для обучения электричеству с помощью опытов, в которых ток ощетинивает волосы людей. Почему такое высокое напряжение не производит опасного тока для человеческого тела?. Я думаю, что от заданного значения напряжения ток зависит только от сопротивления. Почему эти машины производят всегда низкий ток. ¿В чем тайна статического электричества?

Ответы (2)

Почему такое высокое напряжение не создает опасного тока для тела человека?. Я думаю, что от заданного значения напряжения ток зависит только от сопротивления. Почему эти машины производят всегда низкий ток. В чем загадка статического электричества?

Во-первых, не напряжение вызывает опасное поражение электрическим током (например, фибрилляцию желудочков). Это комбинация величины и продолжительности тока. И хотя напряжение, подаваемое описанным вами генератором Ван де Граафа, может быть очень высоким, ток, который он доставляет в тело, длится всего мгновение. (С другой стороны, генераторы очень высокой энергии могут быть опасны).

Генератор Ван де Граафа представляет собой заряженный конденсатор. Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, определяется выражением

Е "=" 1 2 С В 2

Таким образом, емкость, необходимая для хранения 2 Дж при 100 000 вольт, составляет 4 пФ, или 4 x 10 − 12 F. Теперь рассмотрим ток, который генератор может подать на тело. Согласно IEC 60479-1, внутреннее сопротивление корпуса составляет порядка 500 Ом. Ом из рук в руки или из рук в ноги. Ток разряда, подаваемый на резистор конденсатором, заряженным до напряжения В как функция времени

я ( т ) "=" В р е т р С

Для 100 000 Вольт и сопротивления корпуса 500 Ом. Ом у нас есть.

я ( т ) "=" 200 е т р С

В уравнении р С — постоянная времени, или время, необходимое для того, чтобы ток стал примерно на 37 % своего начального значения. В этом случае постоянная времени составляет 2 наносекунды или 2 x 10 − 9 с

Таким образом, за 2 наносекунды ток падает до 74 ампер. За 50 микросекунд оно падает до 4 х 10 − 20 О. В 1 микросекунде это так мало, что я получаю ошибку на моем калькуляторе.

Дело в том, что эти комбинации тока и времени, хотя и могут быть обнаружены, намного ниже порога опасного поражения электрическим током согласно IEC 60479-1.

Надеюсь это поможет.

Вы уверены, что это 500 Ом, а не килоом?
Да, я уверен. Если вы не верите, ознакомьтесь с IEC 6479-1, международным стандартом по поражению электрическим током, для модели импеданса тела.
Сопротивление кожи широко варьируется в зависимости от ряда физиологических состояний и может достигать 200 кОм. Внутреннее сопротивление очень стабильно, как только вы проходите через кожу, потому что электролитный баланс определяет внутреннее сопротивление васкуляризированной ткани, а физиологический диапазон относительно невелик. Поскольку IEC заявляет о «внутреннем сопротивлении», я предполагаю, что они решили использовать наихудший ударный потенциал, поскольку они сосредоточены на безопасности.
@ScienceGeyser Импеданс тела падает с увеличением напряжения. Согласно таблице 10 IEC (моя копия 2016 г.) для постоянного тока, общее сопротивление тела между руками при 25 В постоянного тока для 5% людей составляет 3875 Ом и падает до 575 Ом при 1000 В постоянного тока. По сути, при очень высоком напряжении (которое составляет 100 000 В постоянного тока) или при очень влажной коже импеданс кожи больше не является фактором защиты от поражения электрическим током, оставляя внутреннее сопротивление, которое смоделировано на уровне 500 Ом.
@BobD Я согласен. Контекст важен. Молекулярная перестройка клеточной структуры может начаться ниже 100 В/см, но требует некоторого времени. В этот момент сопротивление начинает меняться и может довольно быстро упасть при достаточно высоком приложенном напряжении. Это также относится к ответу, данному в том, что для осуществления этих молекулярных перестроек требуется некоторое время, а быстрые импульсы (< мкс) могут иметь гораздо более высокое напряжение, чем медленные импульсы (> 8 мс для бытового переменного тока), или постоянное напряжение от сети. батарея, не нанося никакого вреда структуре ткани.

Эп=V*q

V огромен, но q ограничен тем, что было сохранено. В батарее носители образуются на протяжении всего срока службы в результате внутренней химической реакции.

Но в любом случае, безопасно статическое электричество или нет, это зависит от количества присутствующего заряда. В крайнем случае, молния возникает в результате разряда между облаками или между облаками и землей и может быть очень опасной.

Статическое электричество: высокое напряжение, но низкая энергия
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v