Menselijk lichaam als condensator

[Benm]

Ik denk dat het niet zoveel uitmaakt of de antenne nou een draadje van een weerstand of een ander draadje van vergelijkbare afmetingen is. Misschien is het wel de weerstand van 1 meg die het ongevoeliger maakt. Ik vraag me af wat het nut daarvan precies is bij een contactloze zoeker - tenzij men bang is dat de spanning door het plastic heen slaat en de gebruiker alsnog een optater zal geven, maar dat lijkt me zeer onwaarschijnlijk.

[jkien]

Een aardige bijkomstigheid is dat de contactloze spanningzoeker gebruikt kan worden voor het meten van zeer hoge weerstanden. In mijn vorige bericht bleek de drempelwaarde van de spanningzoeker (A) 0,04 pF te zijn, bij 50 Hz, wat equivalent is met een impedantie van 80 GΩ en een stroom van 3 nA.

De elektrische weerstand van hout is misschien interessant omdat statische elektriciteit soms met een vonkje van je hand overspringt naar een metalen deurkruk. Blijft de lading op de deurkruk zitten of vloeit hij snel weg door de houten deur?

Enigszins verrassend blijkt een 2 meter lange houten lat de lichtnetspanning over zijn gehele lengte voort te geleiden. De lichtnetspanning heb ik "aangesloten" op het ene uiteinde van de lat m.b.v. een opgeplakte elektrode van aluminumfolie (afgedekt met plastic voor de veiligheid). De contactloze spanningzoeker blijkt aan het andere uiteinde de lichtnetspanning te detecteren zodra hij het hout raakt. De impedantie van de lat is dus kleiner dan 80 GΩ, bij 50 Hz. Wat die geleiding in het hout veroorzaakt is me niet duidelijk. En wat dat voor gelijkstroom betekent weet ik ook niet. Ontladen van statische lading zou min of meer neerkomen op gelijkstroom.

Maar in ieder geval verrassend dat bij 50 Hz, voor metingen met deze contactloze spanningzoeker, houten deuren, kozijnen en een houten vloer tot de geleidende materialen van een huis gerekend kunnen worden.

[Benm]

Spanning detecteren op een (droge) houten lat van 2 meter lang is wel indrukwekkend inderdaad!

Vraag blijft hoe praktisch dit geheel dan is: Als je bijvoorbeeld een lamp wilt ophangen en daarvoor de schakelaar uit zet, meet je dan niet als gevolg van lekstroom (of capaciteit tussen de contacten van de schakelaar) alsnog spanning op de schakeldraad? Ik dat geval zou je een vals-positieve meting kunnen krijgen terwijl het feitelijk wel veilig is te werken aan die draden.

Overigens doen traditionele spanningszoekers dat soms ook, bij grote lekstromen. Je ziet dan wel dat het lampje in uitgeschakelde toestand minder fel brandt. In zo'n geval kom ik er overigens met mn vingers niet aan - tenslotte weet je dan niet zeker of de lekstroom klein genoeg is om echt ongevaarlijk te zijn.

[jkien]

Hobbywetenschapper Bill Beaty geeft op zijn webpagina over het bouwen van een bepaalde elektriseermachine (de Kelvindruppelaar) een verklaring waarom hout een waardeloze isolator is: het heeft een groot inwendig oppervlak dat vocht absorbeert uit de lucht.

"AVOID WOOD: Materials with large internal surface area, such as wood, cloth, masonite, etc., usually absorb moisture from the air and become slightly conductive. Therefore, assume that these materials are the same as metal, and avoid using them as supports or framework when you build this device. Wood provides a leakage path and shorts out the high voltage."

Wood Handbook, 1999

[Benm]

Tja, waardeloos gaat wel weer erg ver - voor dat soort experimenten met kilivolts spanning en microamperes stroom is het een probleem.

Schakelingen met laagspanning bouwen op een stukje triplex is daarentegen weer heel goed te doen.

[jkien]

Buiten is het koud, de lucht in huis is droog en de deurkruk geeft een schok. Aanleiding om te onderzoeken welke voorwerpen en materialen in huis bijdragen aan elektrostatische ontladingen: alleen metaal en hout of meer? Ik laad me op met een polyester shirt tegen de rugleuning van een stoel. Op isolerende schoenen (sportschoenen) loop ik met een stukje metaaldraad (een opengebogen paperclip) in de hand naar de muur toe. Als de punt op 15 cm afstand van de muur komt begint hij zachtjes te knetteren. Als de punt de muur dichter nadert volgen er nog 30 - 100 knetters (zonder zichtbare vonkjes, maar in het donker vertoont de punt wel een heel zwak glimlichtje). Als ik de punt eventjes verwijder stopt het geknetter, breng ik hem weer dichterbij dan begint hij pas te knetteren op de afstand waarop ik hem begon te verwijderen.

Het geknetter van de punt begint op dezelfde afstand (15 cm) van houten kozijnen, houten deuren, pleisterwerk, tegelwand, tapijt op houten vloer en de cv-radiator. De punt knettert niet bij glazen ruiten en kunststof meubels.

Bij het naderen van de cv-radiator eindigt de elektrische activiteit op een paar millimeter afstand in een zichtbare vonk die de hele afstand overbrugt. Die vonk zie ik niet bij het naderen van muren, en ook niet bij een metalen deurkruk.

Het geknetter op de tamelijk grote afstand van 15 cm, bij diverse wanden, is verrassend. Het zal de corona ontlading zijn die optreedt bij een zwakker E-veld dan waarbij de lucht doorslaat.

In plaats van een stukje metaaldraad dat knettert blijkt een neonlampje uit een spanningzoeker ook zeer geschikt voor het aftasten van de 15 cm voor elke muur waar corona optreedt. De ene poot van het lampje houd ik in de hand, de andere poot buig ik zo dat hij naar de muur wijst. Het lampje brandt continu als hij in 1 seconde door het traject van die 15 cm heen naar de wand toe bewogen wordt. Hij geeft dan zwak oranje licht dat het best zichtbaar is in een donkere kamer. De stroom lijkt in de orde van 1 µA, want de helderheid van het zwakke licht is als van een spanningzoeker op het lichtnet met een externe serieweerstand van 100 MΩ. De elektrode aan de kant van de muur geeft licht, dus ben ik positief geladen.

De hoeveelheid lading die als corona weglekt bij het naderen van de muur over die 15 cm is kennelijk in de orde van Q = I t = 1 µA · 1 s = 1 µC. Dat die hoeveelheid beperkt is valt op als ik de nadering halverwege onderbreek. Dan stopt het neonlampje met lichtgeven. Als ik het lampje even verwijder van de muur en daarna weer dichterbij breng begint het lampje pas licht te geven vanaf het punt waar hij eerder gestopt was.

Neonlampje 566 keer bekeken

Welke eigenschap van de deurkruk maakt dat mijn vinger er een schok van krijgt? De vinger geeft veel minder geknetter dan een stukje metaaldraad, maar toch knettert het als de afstand tussen de vinger en de houten deur, het pleisterwerk of de tegelwand kleiner wordt dan een halve centimeter. Als de vinger dicht bij een op de deur, het pleisterwerk of de tegelwand geplakt stuk aluminiumfolie van 500 cm² komt dan krijgt de vinger een schok die krachtiger is dan bij de deurkruk (maar zwakker dan bij de cv-radiator). Een stuk aluminiumfolie van 50 cm² geeft een even sterke schok als de deurkruk. Een stuk aluminiumfolie van 5 cm² geeft een veel zwakkere schok dan de deurkruk. De vinger krijgt geen schok van 500 cm² aluminiumfolie op glas.

Conclusie: de deurkruk veroorzaakt een schok vanwege zijn contactoppervlak met de wand. Zijn vorm, de handgreep, doet er niet toe. Om een schok mogelijk te maken hoeft de ondergrond geen houten deur te zijn, pleisterwerk en een tegelwand helpen even goed, maar het moet geen isolator zoals glas zijn.

[jkien]

Nog even over de vraag welke eigenschap van de deurkruk of het aluminiumfolie bepaalt hoe sterk de schok is. Sterkte van de schok komt neer op de stroomsterkte.

Waarom de vonk sterker is bij een groot aluminiumfolie'deksel' van 500 cm² is niet meteen duidelijk. Op het eerste gezicht lijkt de stroom slechts een condensator te passeren, namelijk de capaciteit C₁tussen punt en deksel. Gezien de kleine afstand tussen punt en deksel, minder dan 1 cm, zou C₁ voor de dekseloppervlaktes 500, 50 en 5 cm² ongeveer hetzelfde moeten zijn.

Maar tijdens de vonkdoorslag wordt de capaciteit C₁ kortgesloten, die speelt dus geen rol tijdens de vonk. Dus hangt de sterkte van de stroom tijdens de vonk af van de rest van de stroomweg naar aarde. Dat is een capaciteit in serie met een weerstand. De capaciteit, C₂, is die tussen deksel en wand. Het is een capaciteit, want de vonk blijkt even sterk te zijn met dun huishoudfolie tussen het deksel en de wand. De weerstand R is de ohmse weerstand van de wand (een volumegeleider) naar aarde. C₂ is evenredig met het oppervlak. R lijkt verwaarloosbaar t.o.v. de impedantie van C₂, want anders zou de stroomsterkte niet afhangen van het dekseloppervlak.

[Benm]

Maakt het nog verschil of je dat probeert met de deurkruk van een open of gesloten deur?

Bij een gesloten deur kan ik me zo voorstellen dat de kruk ook contact maakt met het kozijn - dan kan van staal zijn, maar desnoods ook van hout met een stalen plaatje erin geschroefd.

[jkien]

Ik merk geen verschil tussen vonksterktes bij open en gesloten deur, de variatie van keer tot keer is te groot.

Ik heb de deur uit de hengsels gelicht en hem met plastic blokken geisoleerd van vloer en muur. Dan blijkt hij zijn lading meer dan een minuut vast te houden: bij herhaalde pogingen om de deur op te laden worden volgende vonken telkens zwakker, tot ik de deurkruk via een snoer naar de cv-radiator ontlaad.

Ook interessant: me opladen op de stoel en dan met de hand een aluminium bakje tegen de deur of muur houden. Het bakje zuigt zich elektrostatisch vast en blijft enige tijd hangen (op houten deuren en op pleisterwerk minutenlang; op de tegelwand een paar seconden).

Vermoedelijk vindt er oplading door influentie plaats zoals in de figuur hieronder. In het linkerplaatje nadert de positief geladen hand, lading wordt geinduceerd in het deksel D (of deurkruk) en in de wand W (of deur). De vonk schiet over waarbij de hand en de buitenkant van het deksel ontladen worden. In het rechterplaatje beweegt de hand weg, en geleidelijk lekken de ladingen naar elkaar toe totdat het ladingsverschil is opgeheven.

Inductie 565 keer bekeken

[Benm]

Dat moet je toch aardig wat lading oplopen... dat je een vonk krijgt is 1 ding, maar een bakje aan de muur kleven klinkt indrukwekkend. Het fenomeen van eerst plakken en dan afgestoten worden is verder wel bekend. Met ouderwetse beeldbuizen lukte dat vaak ook wel met een propje papier of iets dergelijks.

Als je zo'n scherm plat neerlegt krijg je na verloop van tijd soms echt een afstotingseffect waarbij een propje er zo vanaf stuitert, terwijl de spanning niet eens zo idioot hoog is (20-30 kV).