Physik-Praktikum Versuch 3b: Sicherer Umgang mit elektrischer

Physik-Praktikum
Versuch 3b: Sicherer Umgang mit elektrischer Energie
Aufgabe: Baue einen Stromkreis mit einer Sicherung, Schalter und Glühlampe auf. Simuliere den
Gitterrahmen als Erde und eine 2. Glühlampe als Spannungsprüfer bzw. gefährdeten Menschen.
Aufbau: (siehe Schaltzeichnung)
Durchführung:
1). Baue die Schaltung nach der Schaltzeichung auf und haltere den Eisendraht 0,2 0 mit den
Schrauben und Rändelmuttern der Universalhalter. Es darf kein anderer Draht verwendet werden!
Setze die Stromkreis-Glühlampe so ein, dass der obere Bausteinanschluss mit dem Fassungsgewinde
verbunden ist.
Lege eine Wechselspannung von 12 V an.
2.) Schalte die Lampe ein und berühre mittels der Verbindungsleitung am Spannungsprüfer (Mensch)
das Gewinde der Stromkreis-Glühlampe. Beobachte den Spannungsprüfer.
3.) Entfeme den Masse-(Erde)-Baustein untelt1alb der Stromquelle und berühre das Lampengewinde
erneut.
4. Verbinde den Spannungsprüfer mit der Bausteinbuchse im N-Leiter.
Beobachtungen/Messergebnisse zu 2), zu 3), zu 4)
Auswertung:
Fragen und Aufgaben
1. Was soll der Anschluss von der Stromquelle zum Gitterrahmen simulieren?
2. Ergänze in dem untenstehenden vereinfachten Installationsplan einer Netzleitung
a) den Anschluss vom N-Leiter zur Erde
b) den Stromkreis vom L-Leiter über das "Strichmännchen"
über die Erde zum N-Leiter.
3. Wie Du bei der Erarbeitung des Ohmschen Gesetztes
erfahren hast, steigt mit der Spannung auch die Stromstärke.
Bei Netzspannung kann die Stromstärke so hoch sein, dass
Dein Leben gefährdet wird!
Nenne die drei Stromwege im Stromnetz des Hauses, die zu
einem Berührungsstrom (Stromkreis über den Körper)
führen können.
4. Warum sind stromführende Leitungen und Geräteteile
isoliert?
Aufgabe: Baue einen Stromkreis mit einem Schutzleiter auf.
Aufbau: (siehe Schaltzeichnung)
Durchführung 1.
Baue die Schaltung nach der Schaltzeichnung auf. Setze den geraden Leitungsbaustein unter der
Klingelschale (Metallgehäuse) zunächst nicht ein.
Füge den Baustein mit der Glühlampe so ein, dass die Zuleitung vom Gewindeteil der Glühlampe zum
L-Anschluss weist.
Klemme den Spannungsprüfer mit der 15 cm-langen Leitung und der isolierten Krokodilklemme an
das Gewindeende oben am Metallgehäuse an.
2. Schalte die Glühlampe ein, stelle mit der zweiten 15 cm-langen Leitung kurzzeitig eine Verbindung
(fehlerhafter Körperschluss simuliert) zwischen Lampengewinde und Metallgehäuse her. Beobachte
den Spannungsprüfer und die Stromkreis-Glühlampe.
3. Setze nun den fehlenden Leiterbaustein ein, stelle nochmals kurzzeitig einen Körperschluss her und
beobachte die beiden Glühlampen. Dabei darf der Eisendraht 0,2 mm  nicht berührt werden (Hitze)!
Beobachtungen/Messergebnisse zu 2), zu 3)
Auswertung:
Fragen und Aufgaben
1. Verfolge an Hand des vereinfachten, nebenstehenden
Installationsschaltbildes die Stromführung.
2. Wie viele Zuleitungen führen demnach zum
Verbraucher?
3. Warum wird das metallene Gehäuse von elektrischen
Geräten mit einem "Schutzleiter" versehen?
4. Prüfe an einer für diesen Zweck besorgten
Schukodose(Schutzkontaktdose) und einem
Schukostecker wo sich die Anschlüsse des Schutzleiters
befinden. Keinesfalls dürfen unter Spannung stehende
Steckdosen und Stecker untersucht werden! Ergänze in
der folgenden Zeichnung die fehlenden Leitungen. Wie
werden sie bezeichnet?
Zusätzliche Informationen und Ergänzungen
Einflussgrößen für die Wirkung des elektrischen Stromes auf den Menschen:
- Stromart und Frequenz:
Der Gleichstrom ist in seiner physiologischen Wirkung fast ebenso gefährlich wie
der Wechselstrom.
Beim Gleichstrom liegt die Wahrnehmbarkeitsschwelle bei etwa 4 mA .
Beim technischen Wechselstrom (Frequenz 50 Hz) treten die ersten
Stromwirkungen bereits bei etwa
1 mA auf.
- Stromweg und Stromstärke:
Bei Berührung von spannungsführenden Teilen fließt der Strom durch alle
Körperteile, die auf dem Stromweg zwischen der Ein- und Austrittsstelle liegen.
Alle Stromeintrittsstellen sind besonders gefährlich, bei denen die Stromstärke am
Herzmuskel groß ist.
Ein von Hand zu Hand fließender Strom von 25 mA genügt, um
Herzunregelmäßigkeiten herbeizuführen. Bei etwa 50 mA können bereits
Bewusstlosigkeit und Herzstillstand eintreten.
- Widerstand des menschlichen Körpers (die Teile, die vom Strom durchflossen
werden) :
von Hand zu Hand etwa 1300 .
Übergangswiderstand der Haut von 500 k.. (trocken) bis 5 k. (feucht). Bei
Berührungsspannungen über 200 V verschwindet der Übergangswiderstand der
Haut.
- Gefährliche Berührungsspannung:
Sie ergibt sich aus dem Produkt von Körperwiderstand und Stromstärke: 1300 x
0,025 A = 32,5 V.
Mit der Einbeziehung von Übergangswiderständen wird eine Wechselspannung
von 50 V als gefährlich angesehen.
Für Schüler ist wegen des geringeren Körperwiderstandes der Umgang mit einer
Spannung von höchstens 24 V zugelassen.
Zusatzfragen:
1.) Angenommen, der Übergangswiderstand der Haut wird vernachlässigt.
Ab welcher Spannung können dann Herzunregelmäßigkeiten auftreten, wenn der
Strom von Hand zu Hand fließt?
2.) Welche Stromstärke fließt (von Hand zu Hand), wenn man die Netzspannung
U = 230 V berührt?
3.) Warum schadet es den Vögeln nicht, wenn sie auf Hochspannungsleitungen
sitzen?
Warum kann es aber tödlich enden, wenn Sie mit ihren Flügeln zwei
unterschiedliche Leitungen berühren?
4.) Ein Drache bleibt an einer Oberleitung hängen.
Zeichne den möglichen Stromweg.