Kann mir hier jemand bei Physik weiterhelfen?
Ich bin echt schlecht im Fach Physik und wollte fragen warum diese Frau ein Stromschlag bekommt und warum nicht? Wie kriege ich das denn heraus ?
Das Arbeitsblatt
5 Antworten
Wenn ich das richtig sehe hat die Frau ein Bügeleisen in der Hand. Der Strom fließt idealerweise durch die Phase in die Wicklung des Bügeleisens, erwärmt diesen und der Strom fließt weiter über den Neutralleiter zurück ins Netz, der Weg geht natürlich periodisch hin und her, da es sich um eine Wechselspannung handelt Der Strom fließt also periodisch hin und her weil sich die Polarität periodisch ändert in der Regel Sinusförmig mit einer Frequenz f=50Hz.
Nun könnte es zu einem Fehler kommen und die Phase des Geräts hat Kontakt zu einem elektrisch leitfähigem Teil des Gehäuses. Packt die Frau nun dort an kann es passieren, dass sie einen elektrischen Schlag bekommt sofern das Gerät nicht entsprechend sicher gebaut ist also das Gehäuse z.b. kontakt zu einem "Schutzleiter PE" hat.
Der elektrische Stromkreis wird dann über das Gehäuse, über die Frau und über die Erde geschlossen, da die Anlage ebenfalls geerdet ist. Ein Teil des Stroms fließt so nicht mehr den eigentlich vorgesehenen Weg über Phase und Neutralleiter sondern über die Erde. Ein Schutzschalter der sogenannte "Fehlerstromschutzschalter" ist nun in der Lage über Magnetfeldern zu erkennen ob der Strom der über die Phase in die Anlage hineinfließt genauso groß ist, wie der Strom der über den N zurück fließt.
Dazu schauen wir wie groß ist der Strom der reingeht und wie groß ist der Strom der raus geht. der Strom der reingeht bekommt ein positives Vorzeichen und der Strom der zurück geht ein negatives. Sind die Ströme nun gleich groß muss bei der Summe 0 rauskommen. Das heißt die "Differenz" muss 0 sein. Ist die Differenz nicht 0 sondern größer, so handelt es sich um einen sogenannten "Differenzfehlerstrom" überschreitet der Differenzfehlerstrom einen bestimmten Wert z.b. 30mA schaltet der FI ab.
Wie groß ist der Strom der im schlechtesten Fall durch die Frau fließt. Wir speziell für diesen Fall einen Körperwiderstand von 1000Ω an. Die Netzspannung beträgt 230V. Nun können wir den Strom berechnen der durch die Frau fließt und nutzen dazu das "ohmsche Gesetz":
I=U/R
I=230V/1000Ω
I=0,23A=230mA
Es fließt also ein Strom von 230mA durch sie. Nur zum Vergleich ab 30mA kann es schon beim Wechselstrom zu einem Lebensbedrohlichen Herzkammerflimmern kommen. Wir haben also ein vielfaches von 30mA. Also über 7 mal so groß.
Der FI der bei 30mA auslöst würde also sofort innerhalb von MINDESTENS 400ms auslösen Erfahrungswerte bei neuen Geräten liegen bei rund 30ms also schon sehr schnell. Das sind 0,03s.
Somit gilt der FI heute als Lebensretter in der Hauselektrik. Ähnlich wie ein Airbag. Man ist froh ihn zu haben hofft aber dass er niemals zum Einsatz kommen muss zumindest nicht in einem solchen Fall.
Nicht Du bist schlecht, sondern das Aufgabenblatt ist es.
Den inneren Aufbau des Bügeleisens erkennt man auf der Zeichung nur undeutlich. Auch der Kurzschluss ist nicht klar zu erkennen, und da auch der Text nichts über ihn sagt, fehlt die Information.
Um die Aufgabe lösen zu können, muss man sich den Kurzschluss dazudenken, aber das kann nur, wer schon Hintergrundwissen über elektrische Geräte und ihre Probleme hat.
Übrigens bekommt auch die Frau im rechten Bild einen Stromschlag, wenn sie das Metallgehäuse des Bügeleisens schon berührt, bevor die Sicherung durchbrennt.
Ich empfehle: Hör damit auf, respektlos über Dich selbst zu reden.
im Bild ist nicht so gut zu sehen, dass durch einen Defekt im Bügeleisen Phase mit Metallgehäuse verbunden ist. Der Sinn des Schutzkontaktes ist, dass das Gehäuse immer geerdet ist.
Fangen wir mal mit dem Weg an... Die untere Fläche des Bügeleisens besteht aus Metall, dort kann prinzipiell Strom fließen. Normalerweise fließt der Strom durch Heizspiralen, die durch eine Isolierung von der Bodenplatte getrennt ist. Jetzt liegt hier aber ein kleiner Defekt vor (wobei das im Bild echt schlecht zu erkennen ist), sodass der Anschluss am Außenleiter mit der Bodenplatte verbunden ist. Die eingezeichnete Sicherung ist eine Schmelzsicherung, sie löst aus, wenn zu viel Strom fließt - zum Beispiel bei einem Kurzschluss.
Im linken Bild fließt der Strom wegen des Defektes durch die Bodenplatte und die Frau (linker Arm, am Herz vorbei und über die Schuhe zur Erde. Der Strom ist zwar hoch genug, um der Frau Schaden zuzufügen, aber nicht hoch genug, um die Sicherung auszulösen. Um es makaber zu sagen: Die Frau wird zum Stromverbraucher, aber verbraucht deutlich weniger, als es das Bügeleisen tun würde.
Im Rechten Bild ist die Bodenplatte mit dem Schutzleiter verbunden. Da der Schutzleiter sehr gut Strom leitet, kann so viel Strom fließen, dass die Sicherung durchbrennt. Da es für den Strom viel einfacher ist, durch den Schutzleiter zu fließen, als durch Frau und Erde (sehr viel höherer Widerstand), nimmt er (hauptsächlich) diesen Weg. Selbst wenn in dem kurzen Moment bis die Sicherung durchbrennt auch ein kleiner Teil durch die Frau fließen kann, ist das nur sehr wenig und ungefährlich.
Allgemein ist der Schutzleiter bei Geräten mit Metallgehäusen mit dem Gehäuse verbunden. Zum Beispiel bei Lampen, Computern, Bügeleisen... Das ist Vorschrift. Nur wenn der Hersteller das Gehäuse so baut, dass bei einem Fehler kein Strom auf das Metallgehäuse kommen kann (z.B. wenn zwischen Metall und Gerät überall Plastik ist), darf der Schutzkontakt weggelassen werden.
Einfach ausgedrückt, linkes Bild Steckdose ohne Schutzkontakt, rechtes Bild mit Schutzkontakt.