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【實作實驗室】摸 110V 不會觸電?原來和地面材質有關

作者:實作派

不要觸摸 110 V/220 V 電源才能避免觸電,這是全世界都知道的安全宣導。但如果你仔細想一想,有些人家裡鋪的是木質地板、有些鋪塑膠地磚,這些都是算絕緣體,理論上應該不會觸電,那到底是否也一體適用?這就是本篇要探討的問題。

觸電的電流迴路

會發生觸電,一定是有電流通過人體,電流的路徑十有八九會長得像下圖一樣,它會先通過人體再通過腳底的地面,人體與地面都會有各自的電阻,一般來說人體皮膚乾燥時手到腳的電阻大約是 100K ohm,若手腳潮濕時則會降到 1K ohm,至於地面的電阻 R,則會隨著材料的不同而變化,下面會透過實驗討論。

110 V 觸電要形成電流迴路(圖片來源:實作派提供)

實驗方法

方法很簡單,就像上圖一樣,拿個 100K 與 1K ohm 的電阻來模擬手腳之間的電阻,一端接地面、另一端接 110 V,然後測量電流,夠簡單吧?講都很簡單,如果你真的有執行過個實驗,就會發現這裡面有個關鍵,在於電阻怎麼接到地板上。

以往測量電阻器可以用探棒直接觸碰(如下圖上半部),是因為電阻器廠商已經在兩端做好金屬接點了,因此電阻內部的電流較大,就能得到正確的電阻。若不用金屬接點,直接以探棒觸碰電阻材料(如下圖下半部),那麼電流只從觸碰的地方進出,電流會小很多,根據 R=V/I,就會得到很高的電阻值,明明材料都一樣,只因為接點不同造成測量電阻變大,這樣就是錯誤的量測。

接觸面積越大,電流越大,電阻越小(圖片來源:實作派提供)

由於人體是以腳掌站在地板上,有接觸面積存在,所以我們也必須把接觸面積也模擬進來,剛好電療機的導電貼片可以擔任這個角色,它可以幫我們增加與地板的接觸面積,模擬腳掌與地面的接觸。

電療機導電貼片(圖片來源:實作派提供)

站在水泥地上觸碰 110 V

由於我家已經鋪了塑膠地磚,因此就拿水泥牆來模擬水泥地板。根據實驗,以 100K ohm模擬人體皮膚乾燥時的等效電阻,此時站在水泥地上觸碰 110 V 電源所產生的電流大約 1 mA(0.001 A),這個電流已經開始能讓人感到些微刺痛。如果電流到達 2 mA,則會感到劇烈刺痛。

站在水泥地上觸碰 110 V 的電流大約 1 mA(圖片來源:實作派提供)

若手腳潮濕,等效電阻大約 1 K,則電流會增加到 14 mA,這個電流已經能讓人難以擺脫電源,基本上已經不太能說話,身體也不太能控制。

手腳潮濕觸碰電源時,電流會變大(圖片來源:實作派提供)

接下來我特別找了另一個位置較低的地方來做實驗。人體電阻一樣用 1K ohm,因為每次颱風來,這裡的牆面都會滲水,我想它的氯離子應該累積了不少,果然電流特別高,到了 32 mA。超過 30 mA 的電流已經可以讓人上天堂了,肌肉筋攣、呼吸困難,人會靜靜地僵在那裏,除非有人發現異狀,不然會一直電到上天堂。

也許有人會質疑我那兩個 pad 的內電阻可能有所不同,這部分我有測量過,兩片對調之後結果不會差太多。

就算同一片水泥地,不同位置電阻也不會相同(圖片來源:實作派提供)

根據文獻,水泥的電阻率會根據鋼筋的腐蝕程度以及內部氯離子的濃度而變化,腐蝕程度越高或是氯離子濃度越高都會造成水泥的電阻越低,所以我特別找了這個整天風吹雨打的牆面來示範,讓各位知道就算同一面水泥牆或地板,它的電阻也不會是相同的。

水泥鋼筋腐蝕程度與電阻率的關係在這裡 https://ndtsupply.com/giatec-rcon2.html

所以赤腳在水泥地上碰到 110 V 真的是一件很危險的事情,尤其手腳潮濕時,更是危險。在戶外若踩在泥土地上,這個電阻又比水泥要小更多,所以之前才會有案例看到小朋友赤腳玩耍又不慎觸碰到漏電路燈,造成了非常嚴重的傷害。

在塑膠地磚上觸碰 110 V

塑膠地磚其實就是把印有木板花紋的塑膠貼在地上而已,因此人的腳與水泥地之間隔了一層塑膠,這個時候若以人體潮濕的條件(等效電阻 1K ohm)來通電,電流會是多少呢?

如下圖,根據實驗電流是零,意思就是踩在塑膠地上觸碰電源是不會觸電的,其實電流是零只是假象,因為這支電錶測不出過小的電流,實際上它還是有電流的,只是非常小,大約只有幾個 uA。為何我會這麼篤定有電流?因為我實際拿氖燈驗電筆試過,站在塑膠地磚上把驗電筆插入110 V,氖燈是會亮的。

也許你會問,墊了一層塑膠竟然還能點燈?對!這就是氖燈的特性,超低電流就能點亮。

站在塑膠地磚上觸碰 110V,電流幾乎為零(圖片來源:實作派提供)

站在木頭地板上觸碰 110V

除了塑膠是絕緣的之外,木頭也是很常被拿來當作絕緣體的物質,於是我就把相同的實驗條件(人體潮濕的等效電阻 1K ohm)套用在木質地板上,發現電流真的很小只有 0.01 mA,表示人站在木板上觸碰電源是不會有事的,但若論絕緣特性來說,塑膠絕對遠勝過木頭。

站在木質地板上觸碰 110 V,電流只有 0.01 mA(圖片來源:實作派提供)

站在磁磚上觸碰 110 V

廚房浴室是家裡很重要的地方,因為是經常用水的環境,所以都會鋪磁磚比較好清理,那萬一手腳潮濕碰到電源電流會是多少呢?我實際用 1K ohm測試,發現它的電流只比木質地板大 2 倍,雖然說大了兩倍但也只有 0.02 mA,距離有觸電感覺的 1 mA 還有 50 倍的距離,所以還不會有事情。

在磁磚上觸碰 110 V 的電流是 0.02 mA(圖片來源:實作派提供)

不要觸碰任何電源最安全

剛才做了一堆實驗,主要只是讓各位了解,真正的安全是建立在「阻止電流流過人體」上面,因此才會需要絕緣體阻隔電流。事實上要做到安全的用電環境,有些地方要使用絕緣,有些地方要使用導體,例如接地。

光是讓一般民眾弄懂為何有時候要用絕緣體,而有時候卻要用導體來保持安全,就已經花掉不少精神了,因此不如直接宣導不要直接觸碰電源還比較親民。

所以若要活電作業,務必要穿鞋,現在的鞋底都是塑膠做的,也請穿長褲,雖然電流不從腳底過,但若下肢碰到水泥牆或接地的金屬,電流還是會從那裏流出去,一樣會觸電,要盡量降低觸電風險。

有時候因為路燈或噴水池漏電,導致民眾意外觸電,但哪個路燈漏電,外觀也看不出來,除非隨身攜帶驗電筆,最好的方法就是別讓自己或小朋友去觸摸任何金屬外殼的設備,尤其是馬達、路燈、變壓器,這些已經發生過一些案例了。

最後要強調的是,我的實驗並沒有經過大量統計,只提供一個參考,主動觸碰電源絕對是一件蠢事,不小心觸碰到電源而傷亡是一件憾事,但在這些事背後都有一定的科學解釋,希望大家對觸電這件事情有更深的了解。

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:王姵文)

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vMaker編輯部

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