電死人 是電壓還是電流? 觸電推理

每過一段時間總會有人提問,到底是電壓還是電流會 電死人? 這個題目很簡單,只是答案不簡單,有好幾個層面可以討論。從表層討論到核心,答案可能都會不太一樣,這次我會直接討論核心,之後再從核心的結論往表層推論,這樣就可以得到那些看起來似乎不同的答案,其實骨子裡都是一樣的東西。

由於討論的過程中所牽涉到的實作,都是用看的就可以知道的結論,所以我們不需要真的去做,只需要用想像的就足夠,因此看起來會有點偏理論,準備好的話,那我們就開始囉,先來聽聽各派的說法。

電死人 原因的各種說法

電壓派

新聞有時會看到有人放風箏被高壓電電到,或是有人想不開去爬高壓電塔,一旦碰到或靠近高壓電纜非死即傷,所以當然是電壓會 電死人 ,而且我們也從來沒聽過有任何人被1.5V的電池電到過。

所以歸納一下,電壓高會電死人,電壓低不會電死人,我們就可以合理推論,電死人的是電壓。有實例有說法,這聽起來滿合理的。

鐵路的25kV高壓電會 電死人
鐵路的25kV高壓電會 電死人 (License CC0)

電流派

但有人不認為是電壓造成觸電,因為有電壓不見得有電流,如果人體的阻抗很高,電流可能會小到無感,也就不會觸電。而一般人體的電阻是偏低的,所以碰到電壓一定會產生電流,所以會讓你誤以為電壓才是兇手。微觀來說,要對一個人體組織造成影響,必須要拿另一個物體跟它衝撞,才會有影響,以觸電為例,電流就是這個衝撞的角色,嗯! 這麼說好像也沒錯。

一定要有電流經過人體才會 電死人
一定要有電流經過人體才會 電死人

其他人怎麼說

當然還有其他的說法,有人說人體要受到傷害,一定要有能量進來,所以應該要說功率電死人才對。有人說,會觸電根本就是絕緣沒做好造成,絕緣不良才是觸電的主因。也有人說電壓電流互為表裡,幹嘛一定要拆開來討論,真的是各說各話啊。

你有沒有發現 “觸電到底是電壓還是電流造成?” 這個命題,看起來簡單,其實答案真的不簡單,你可以發現不同人會給出不同答案,我們今天就是要嘗試找出根本的答案。

情境模擬-揪出 電死人 的元兇

首先來做個情境模擬,我做了一個模型,假想有個很陡的斜坡而且它的高度非常高,我們在斜坡上方放一顆球讓它落下,同時在斜坡下方軌道的正前方放一個人偶,對! 我準備讓它等著被撞,如下圖。

用來說明觸電的模擬情境
用來說明觸電的模擬情境

毫無疑問地這顆落下的球一定會將人偶打得四分五裂,如下圖一般。這時候我就要問了,人偶到底是被甚麼東西打到的? 我想大家的答案應該都會是這顆球吧,因為這很直觀,應該不會有人回答人偶是被斜坡的高度打到的。

被球打到的人偶
被球打到的人偶

如下圖,這個模型就是用來類比一個觸電的情境,斜坡的高度就是比擬電壓,球就是比擬電荷,移動中的球就是比擬電流,而那個人偶當然就是比擬觸電的倒楣鬼了。所以透過這個模型的模擬,你就可以知道讓人觸電的東西是電流,不是電壓。

利用模型模擬觸電情境
利用模型模擬觸電情境

你可能會說,但新聞上出現的那些高壓電電死人的消息,難道是假的嗎? 那人可是真的受傷了,難道這不是電壓造成的嗎? 別誤會,那些新聞是貨真價實的消息,我只是想表達,電壓只是造成觸電的一個必要條件而已,另外還必須存在夠低的電阻作為另一個必要條件,兩者俱足才能產生電流讓人觸電。

人體本身電阻就比較低,無論是碰到110V還是上萬伏特的高壓電,都會產生電流因而觸電。如果人體的電阻值跟空氣一樣高,那幾乎不會產生電流,也就不會觸電,這就形成了有電壓,卻沒電流,也不會觸電的情況,這就好像上圖的球被放在高台的頂端水平的位置,它有高度,但卻不會移動,因為那裏的坡道是平的,跟電阻無窮大是一樣的意思。

那人體有沒有哪個部位是電阻較高的呢? 其實是有的,指甲跟頭髮的電阻就很高,我試過把110V火線與中性線各自觸碰兩根手指的指甲,確實不會觸電,但電壓是存在的。不過我必須說這實驗非常危險,因為指甲面積很小,萬一不慎手滑讓電線碰到指甲邊的肉你就觸電了,各位別輕易嘗試,我當時可是猶豫了很久,心理壓力很大的啊。

邏輯推演-電死人 的是電流

其實剛才的推論過程就是所謂的邏輯推演,各位以前可能有聽過,但因為這東西幾乎被大家遺忘了,所以我來給大家複習一下,後面我就要告訴大家尋找觸電元兇的過程跟邏輯有關,先來看以下的式子:

\(P\rightarrow Q\), 若P則Q
\(!Q\rightarrow !P\), 若非Q則非P

這裡的P稱為充分條件Sufficient condition,也就是只要有P這個事件存在,絕對能推論Q這個事件存在,這就是第一式講的東西;再來是如果Q事件不存在,那麼可推論P事件也絕對不存在,這個Q稱為必要條件Necessary condition,也就是從Q這個事件,無法直接反推P事件,還必須同時存在其他條件,才有機會反推到P,這個就是第二式講的東西。

來套個例子,第一式: 若天下雨則操場一定會濕,第二式: 若操場沒濕則天一定沒下雨。第一式是單向推論,無法反向推論,我們無法說操場濕則天一定有下雨,因為可能灑水操場也會濕,而操場沒濕,天一定沒下雨。

再來看下面的式子,如果P和Q彼此可以互相推論,也就是若P則Q而且若Q也則P,這時彼此都是對方的充分條件也是必要條件,這就稱為充要條件。

\(P\leftrightarrow Q\), 若P則Q 同時若Q則P

我們在尋找觸電兇手的時候,其實就是在尋找充要條件,也就是觸電與兇手是可以互相推論的,根據前面的討論,我們可以知道兇手就是電流,因為有電流經過人體就是發生觸電,而觸電也能直接推論有電流經過人體,他們是同一件事情。

至於電壓,它只是產生電流的一個必要條件而已,光有電壓無法推論有電流,必須還要有較小的電阻配合,才會產生電流。若電阻無窮大,也就是開路的狀況,這時電流會是零。所以有電壓不一定有電流,但有電流一定有電壓。

電死人 各層面的解釋

那難道我們要說高壓電是安全的嗎? 我們倒不需要下這麼極端的結論,畢竟有人因為高壓電而受傷啊,以人體的阻抗去面對高壓電,人體就像個脆弱的保險絲,雖然不是金屬般的良導體,但天生來說人體的電阻卻是偏低的,只要把電壓加上去,這個人體保險絲立馬熔斷蒙主召見。

若我們說電壓導致觸電的話,那麼必須適用於所有人體的部位才行,但我剛才有舉個反例-指甲通電,有電壓卻沒電流,或者說電流小到沒感覺,所以電壓導致觸電並不正確,但它確實是觸電的必要條件。

而若是說電流導致觸電,則可以完美解釋所有現象,無論電壓是市電110V還是乾電池1.5V,只要搭配低電阻產生電流就能讓人觸電,也就是說若人體電阻夠小的話,即便1.5V也會觸電,這部分可以用高電流變壓器融化鐵件來實證;但若電阻很大甚至無窮大,就不會有電流,也就不會觸電。

只要有電流,就能推論有電壓,就表示有功率發生在人體,也能得到觸電的結論。所以絕緣失效會產生電流,因而造成觸電,各方面都能以電流經過人體來解釋觸電現象。

電壓被誤會了嗎

由於跟無窮大的電阻比起來,人體電阻偏低,加上一般我們不可能用指甲摸東西,所以幾乎只要人體碰到電源,絕大多數都是觸電收場。而且電壓的特性是,無論有沒有電流產生,它都在那裏不會消失,除非你關掉電源。

所以手摸到電源之前,電壓在那裏,而手不慎碰到電源的當下,電壓依舊在那裏,而且還產生了電流,因而導致觸電,這時手非常疼痛,各位一定會把手縮回來,這麼一縮電流又斷路了,但是電壓卻仍然在那兒,你如果回顧整件事情,發生前發生後電壓都在那裏,那電壓當然是千夫所指啊,而且若沒有電壓的話,也不會產生電流,它更是百口莫辯了,所以我們可以很輕易的就把觸電歸咎到電壓身上,它實在很冤枉。

有沒有覺得這根本很像辦公室會發生的事情? 老闆心情不好的時候,別在他面前晃來晃去,免得它把錯都怪到你身上,其實我有時候覺得電子電路還滿人性化的。

所以電壓其實被誤會很久了,真正讓人觸電的是電流。不過以上討論都是為了尋找根本原因而做的推論過程,實務上為了要避免觸電,保持安全,在任何電力作業之前,都需要盡可能關掉電源,目的就是讓電壓消失,因為根據剛才的邏輯推演,沒有電壓就不會有電流,也就一定不會觸電。

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