Являются ли ответы «птица, сидящая на проводе под напряжением» неправильными?

Давным-давно мой школьный учитель написал на доске популярный вопрос:

«Почему птицу, сидящую на проводе под напряжением, не ударит током?»

Он дал нам четыре варианта (всех не помню) среди которых было очевидное "так как птичьи лапы не касаются земли" и естественно мы выбрали этот.

Он сказал нам, что этот ответ на самом деле неудовлетворителен (точнее, неполный), так как ток в проводе не постоянный, а переменный.

Тело птицы следует рассматривать как конденсатор (поскольку сопротивлением птицы из-за его небольшого продольного размера можно пренебречь, так как обе ноги находятся под почти одинаковым напряжением), который на малых частотах обеспечивает большое сопротивление .

Благодаря этому ток через тело птицы ничтожен, и она не получает удара током.

Теперь следующие ответы и ссылки в них:

  1. Почему птиц, сидящих на электрических проводах, не бьет током?

  2. Птицы на проводе (снова) - как это птицы не чувствуют тока? Они просто делают параллельную цепь, не так ли?

предполагают, что на самом деле именно отсутствие заземления препятствует тому, чтобы птица зажарилась. (Наряду с тем, что обе ноги фактически находятся в одном и том же месте)

Большинство людей в предыдущих ответах, похоже, ничего не упомянули о переменном характере тока, импедансах и т. Д., Возникающих из-за этого в теле птицы.

Какое объяснение более правильное?

PS: Объяснение, данное моим учителем, кажется мне более правдоподобным.

Мой собственный ответ на один из приведенных вопросов обращает внимание на то, что на самом деле означает быть убитым электрическим током — это крайне важно для понимания того, почему этого не происходит. См. также этот ответ в сообществе биологов.
Переменный характер тока не представляет собой ничего особенного. Чередование относительно чего? Электрические потенциалы имеют смысл только применительно к чему-то другому, в данном случае к земле). Потенциал птицы переменный вместе с проводом относительно земли.
Разве это не самый правильный, но довольно скучный ответ, что электрические линии обернуты толстой изоляцией, и поэтому никакого контакта между птицей и цепью никогда не образуется?
@CoryKlein Нет. Если вы коснетесь линии электропередач, и есть достаточно хороший путь к земле, вы обязательно умрете (и загоритесь в процессе). Изоляция предназначена для предотвращения образования дуги между проводами (и всем, что находится поблизости), а не для того, чтобы к проводам можно было прикасаться! НЕ пытайтесь повторить это дома.
Отличный момент, исключая семантический спор о том, что дома это действительно безопасно делать. Из любопытства, а где на градиенте «изолированный провод в моем доме на 120В» к «высоковольтной линии электропередач» начинает действовать правило «трогать небезопасно»?
Как указывает @Roger Vadim, кажется, что путаница терминологическая. Подводя итог, можно сказать, что постоянный ток не поджаривает (за счет джоулевого нагрева), а переменный ток не поражает электрическим током , потому что ток через тело птицы очень мал из-за высокого импеданса, сопротивления и малой продольной протяженности птицы (маленькая разность потенциалов). Кроме того, поскольку мой учитель упомянул в вопросе поражение электрическим током , он, вероятно, искал ответ, в котором конкретно упоминается эффект переменного тока , тогда как на самом деле оба эффекта (переменный и постоянный ток) могут быть приняты во внимание, чтобы объяснить, почему птица не умирает ...
Таким образом, я прихожу к выводу, что связанные ответы являются правильными и удовлетворительными. Примечание. Мое использование переменного и постоянного тока для линий передачи основано на том факте, что переменный ток также содержит компонент постоянного тока.
@CoryKlein, если провода имеют огромные стеклянные изоляторы в качестве распорок, это указывает на то, что эти дорогие детали необходимы для предотвращения приближения провода к опорным столбам и друг к другу.
@CoryKlein Накладные расходы, высоковольтные линии электропередачи - это оголенные провода; это применимо вплоть до стороны высокого напряжения местных распределительных трансформаторов. Это дешевле, требует меньшего обслуживания (тканевая или резиновая оболочка провода будет разрушаться под воздействием погодных условий и потребует периодической замены), а провода должным образом изолированы друг от друга воздухом и от опор изолирующими стойками.
@zwol Вау, я бы никогда не догадался! Это увлекательно.
Если вы видели, что происходит с крупной птицей или летучей мышью (или даже с древесным млекопитающим, достаточно маленьким, чтобы ходить по одному проводу, но и достаточно большим, чтобы касаться сразу двух, обычное зрелище там, где я живу), совершенно ясно, что вы не нужно касаться земли, чтобы умереть, достаточно контакта с двумя такими проводами.
Я понимаю, что птицы не садятся на линии очень высокого напряжения (> 500 кВ), возможно, из-за коронных разрядов от заостренных частей, вызывающих неприятные ощущения.
Собственная емкость удивительно мала. На всю землю всего 710мкФ. По этой причине птицу не нужно рассматривать как конденсатор, за исключением очень высоких частот.
Кто-нибудь предположил, что причина может быть в том, что провода в изоляции?
Ответ, в котором учитывается емкостное сопротивление птицы, является более полным, чем тот, в котором он не учитывается, даже если делается вывод, что он незначителен. Однако ваш учитель упустил по крайней мере еще одну проблему: индуктивный импеданс провода между лапами птицы (аналогично пренебрежимо малый на частотах линии электропередач). И пока мы обсуждаем эту тему, птица, приземлившаяся на высоковольтный кабель постоянного тока, испытает кратковременный, крошечный ток, поскольку ее крошечная емкость заряжается, а емкостная связь означает, что это было бы правдой (на еще более незначительном уровне), если бы, согласно @CoryKlein, кабель был изолирован.
@nuggethead да, в третьем комментарии ветки, которую вы комментируете

Ответы (4)

Какое объяснение более правильное?

Ответ на второй вопрос, который вы цитируете, является лучшим.

Чтобы быть «убитым электрическим током», через тело должен протекать нетривиальный ток. Величина протекающего тока зависит от импеданса птицы и разности потенциалов между двумя контактными точками.

Здесь важен второй момент. Разница напряжений в двух контактных точках практически равна нулю. Ноги птицы могут находиться на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга и касаться ОДНОГО и того же провода. Единственная разница в напряжении между двумя ногами связана с потерями в самом проводе, и они минимальны на таком коротком расстоянии. Провода линий электропередач специально спроектированы так, чтобы иметь как можно меньшие потери!

Крупных птиц действительно иногда бьет током. Это просто потому, что какая-то часть их тела касается (или подходит слишком близко) к чему-то, что НЕ является тем же проводом, на котором находятся их ноги, и имеет другой потенциал. Его не нужно заземлять, любой другой фазный провод подойдет так же (если не лучше).

Аргумент AC не выдерживает никакой критики. У птицы действительно есть емкость, но она мала, а частота сети переменного тока очень низкая. Если мы предположим, что емкость для птицы может составлять 50 пФ (у человека около 100 пФ) и 50 Гц, то получается реактивное сопротивление 16 М Ом по сравнению с несколькими к Ом для резистивного сопротивления птицы. Таким образом, емкость вносит только около 1/1000 от общего тока.

« если не лучше », вы оцениваете, исходя из того, насколько хорошо прожарены птицы?
Что касается последнего предложения, оно по-прежнему кажется значительным, поскольку любой ток силой более 10 мА способен вызвать шок от болезненного до тяжелого, а токи силой от 100 до 200 мА смертельны для «человеческого тела». Это означает, что суммарного тока более 10 А должно быть достаточно, чтобы поджарить птицу. Или я что-то упускаю?
«Это дает реактивное сопротивление 16 МОм по сравнению с несколькими кОм для резистивного сопротивления птицы». – Вы не сравниваете здесь яблоки с апельсинами? Для собственной емкости птицы релевантным напряжением является напряжение между линией электропередачи и землей (или любым другим проводником с постоянным потенциалом), которое очень велико. С другой стороны, для сопротивления птицы релевантным напряжением является напряжение между ногами птицы, которое очень низкое. Поэтому я думаю, что собственная емкость птицы будет генерировать большую часть тока.
@polfosol Это жертва чрезмерного упрощения. Человеческое тело на самом деле может выдерживать приличные токи (и выдерживать гораздо более высокие токи, хотя вы обожжетесь, если поток будет поддерживаться достаточно долго). То, что обычно вас убивает, - это ток, протекающий именно через ваше сердце - достаточно легко нарушить сложные электрические схемы, контролирующие сердце, и остановить его. На самом деле это то, что делают дефибрилляторы (нет, они не «запускают» сердце, как в большинстве сериалов — они используются, когда сердце в фибрилляции, а не когда оно «остановлено»).
Я в замешательстве: вы показали, что реактивное сопротивление из-за эффекта емкости в 1000 раз больше. Разве это не означает, что емкостной эффект преобладает в снижении тока через птицу?
Тренинг по технике безопасности при упавшей линии электропередач научит вас двигаться «заячьими прыжками», потому что уклон земли для упавшей высоковольтной линии электропередачи может быть достаточно большим, чтобы убить на расстоянии ваших ног. В этом случае разность потенциалов вызвана током короткого замыкания на землю.
@alwin: сопротивление параллельно реактивному сопротивлению, а не последовательно.

Изменить из-за комментария:

Это частичный ответ, он относится к названию вопроса:

Являются ли ответы «птица, сидящая на проводе под напряжением» неправильными?

что согласно ОП

предполагают, что на самом деле именно отсутствие заземления препятствует тому, чтобы птица зажарилась. (Наряду с тем, что обе ноги фактически находятся в одном и том же месте)

Даже если относиться к птице как к конденсатору , из ответа в electronics.se

конденсаторы

сидит на проводе как С2 на картинке, а С2 закорочен, зашунтирован. Две точки находятся под одним и тем же напряжением, и напряжение на токопроводящем проводе для каждой ноги птицы одинаково, даже если оно переменное.

Существуют ли взаимодействия более высокого порядка с электромагнитными полями, которые птица может ощущать как «покалывание» или ощущение напряжения в проводах рядом с ней, — на это отвечают другие вопросы.

Учитывая, что люди могут ощущать и ощущают высокое напряжение переменного тока через емкостную связь, не касаясь провода, поэтому одна пластина - это провод, а другая - человек, подключенный к земле, я не уверен, что схема правильная, две пластины рассматриваемого конденсатора должна быть птица и ближайший провод другой фазы.
@PeteKirkham вопрос о том, почему птицы могут сидеть на проводе под напряжением, не получая удара током.
Учитель ОП говорил, что вам нужно показать, что емкостной механизм (который индуцирует ток, достаточный для восприятия человеком) не индуцирует ток, достаточный для повреждения меньшего организма. Эта схема не показывает этот механизм. Для этого механизма неважно, сколько ног у птицы.
@PeteKirkham Я отредактировал, чтобы было ясно, к чему относится мой ответ.

Похоже, никто в предыдущих ответах ничего не упомянул о переменном характере тока, импедансах и т. Д., Возникающих из-за этого в теле птицы.

Это неверно, так как в моем собственном ответе на один из приведенных вопросов прямо упоминается, что переменный и постоянный токи различаются по своему вредному воздействию. Опасность переменного тока заключается в том, что он вызывает непроизвольные сокращения мышц и, таким образом, вызывает фибрилляцию сердца, которая является типичной причиной смерти в повседневных случаях поражения электрическим током. Это возможно при гораздо меньших разностях потенциалов, чем вредное воздействие постоянного тока, которое в основном связано с джоулевым нагревом ( более подробную информацию см. В ссылках в этом ответе ). Тем не менее, поскольку птица находится в параллельной цепи с проводом, генерируемые токи слишком слабы, чтобы причинить какой-либо вред.

Примечание: заметьте также, что на самом деле важен ток, а не разность потенциалов: последняя может существовать без протекания тока и может значительно упасть, когда цепь замкнута.

Спасибо, что указали на ваш ответ, который я пропустил. Я сделал edif в вопросе. Кроме того, см. комментарий, который я ниже моего поста.

Все причины актуальны. Если бы не было выполнено хотя бы одно условие, птицу бы убило током:

  • Если бы птица касалась земли и провода или двух разных фазных проводов, это единственное, что стоит между электронами и большой разницей напряжений, и это будет сделано в кратчайшие сроки.

  • Если бы птица стояла на хорошем резисторе, сравнимом с ее собственным сопротивлением, между ее лапками, вам не понадобился бы большой ток на «проводе», чтобы убить птицу.

  • Если бы птица касалась достаточно большого конденсатора, через птицу протекал бы достаточный ток, чтобы убить ее.

  • Если бы переменная частота источника электроэнергии была достаточно высокой, у птицы были бы горячие ноги из-за того, что ее собственное тело действовало как конденсатор. Это не обязательно убьет птицу, поскольку такие высокие частоты не мешают нервным клеткам. Это тот же трюк, когда фокусник заставляет светиться люминесцентные лампы, прикасаясь к ним.

К счастью для птиц, ни одно из этих условий обычно не выполняется:

  • Их две ноги касаются одного и того же провода, поэтому между их ногами нет существенной разницы в напряжении. И этот провод очень толстый и сделан из хорошо проводящего металла, так что его сопротивление ничтожно мало по сравнению с сопротивлением птицы. Следовательно, через птицу протекает ничтожно малая часть тока провода. И это единственное, к чему вообще прикасаются птицы.

  • Тело птицы маленькое, как и ее емкость. Кроме того, частота переменного тока низкая. Ток, который (раз) заряжает конденсатор тела птицы, контролируется этими факторами. И они настолько малы, что течение, кажется, не доставляет птицам никакого дискомфорта.


Примечание:
многие «простые» физические задачи похожи на это. Они выглядят простыми, у них, кажется, есть простой ответ. Однако, как только вы присмотритесь, вы увидите, что они на самом деле не так просты. Довольно часто оказывается, что действует более одного эффекта, что несколько (не)важных искажающих факторов игнорируются (например, сопротивление воздуха в вопросах о пушечном ядре и т. д.) и что простой ответ таков: хорошо, поскольку эти смешанные факторы на самом деле малы. Важно знать об этих игнорируемых факторах, чтобы их можно было принять во внимание, когда изменение экспериментальных параметров приведет к тому, что они станут актуальными.