Сила тока на выходе электроошейника (29 января 2009)

Имеется электроошейник для собак, питается от батарейки. Утверждают, что прибор опасен. Надо посчитать силу тока на выходе и решить, опасно или нет, сама не могу. Напряжение разряда: не более 5 кВ. Мощность разряда: не более 5 мДж. Других данных нет.

Задача из жизни.

Комментарии

Какая частота импульсов? Или просто 1 импульс?
В разных моделях используются разные батарейки. Либо "крона" — 9 В, либо 2 "таблетки" по 1,5 В.
1) Следует полагать, что создатели ошейника стремились не причинить вред животному, а только помешать ему что-то делать. Поэтому, по логике, вреда от ошейника быть не должно.

2) C другой стороны, из биофизики известно, что сопротивление сухой кожи человека примерно равно 100 кОм, а сопротивление живых тканей — 1 кОм. То есть медицинские электроприборы должны проектироваться так, чтобы не убить человека даже с поврежденной кожей.

Из сказанного следует, что существует потенциальная опасность поражения электротоком для собак с поврежденными наружными покровами.

P.S. Мне кажется, что электроошейник работает по принципу обычного электрошокера.

Проблема в том, что разобраться самостоятельно я не могу, но очень надо! Выложили попытку расчетов, но мнение изначально предвзятое, поэтому все трактуется против прибора. На деле — проверка различных уровней на руке дает ощущения от легкого покалывания, до весьма ощутимого резкого щипка.

Если можно, то чуть подробнее хотя бы про электрошокер, т.к. принцип наверное один, хотя дуги нет и быть не может. Ничего не понимаю в физике, но ощущение, что приведенные ниже расчеты слишком притянуты за уши и расчитаны именно на обывателя, как я, ничего не понимающего в физике. Откуда взята частота 400 герц, вообще не понятно.

Прибор изготавливался специально для применения на собаках! Проблема в том, что, кроме исходных данных (выложенных ранее), больше никаких технических характеристик не написано. Проходит ли ток через все тело собаки, если одет на шею? Все, что ниже, писала не я.


"100 мА = 0,1 А.
I = U/R.
1 килоОм — это 1000 Ом. Девайс выдает 5000 Вольт.

5000/1000 = 5 А50 раз больше смертельно опасного).... По идее, девайсом можно человека убить, если неудачно его приложить...

5 мДж = 0,005 Дж.

Имея в виду, что частота разрядника там порядка 400 герц, получаем 400 разрядов в секунду.

Энергия при срабатывании в течении секунды будет уже веселая — 0,005 х 400 = 2 Джоуля, то есть 2 Джоуля в секунду получает энергии в точки контакта..

1 калория ? 4,19 Дж. 2 Джоуля = 0,5 калории.

Половину калории в секунду — мощность, причем приложенная ТОЧЕЧНО. То есть через секунду или две точка контакта может нагреться ооочень хорошо - на несколько градусов... при применении в местах контакта язвы образуются, белок коагулирует. Подержать пару секунд - выделится тепловая энергия, нагреется кожа в месте контакта... белок начинает сворачиваться уже при температуре 40 градусов... Не удивительны ожоги... совершенно не удивительны... даже при том, что токи до смертельных не дотягивают и сопротивление не упало до 1 кОма... Еще подольше кнопку подержать - обуглится... Вот и язвы..."

Для информации: при проведении реанимационных мероприятий при дефибрилляции взрослый пациент получает 200 Дж (первый разряд), 300 Дж (второй), 360 Дж (третий и все последующие разряды) при 5-7 кВ. Если электроды недостаточно увлажнены по всей поверхности, на теле остаются следы электроожогов.

Электрошокеры: мощность 3 Вт (у милиции до 10 Вт), напряжение 50-80 кВ, которое требуется, чтобы пробить одежду.

Из интернета.

Разряд средней продолжительности (1-3 сек) вызывает титанические судороги, сильнейшую боль, сваливает нападающего с ног и приводит к временной потере адекватного контроля над ситуацией, вызывает дезориентацию. При этом противник будет обездвижен на несколько минут.

Электрошокер так же эффективен для защиты от агрессивных животных, в том числе и собак, которые на уровне инстинкта не переносят треска и запаха озона после разряда и просто не подходят близко.

Валерия, если не сложно — укажите марку ошейника. И если есть — его схему. Чтобы говорить предметно о конкретном устройстве.

По поводу тока — ерунда. Напряжение ДО 5000 В, но при таком напряжении ток будет мизерным, т.к. ограничителем выступит мощность батарейки. Если, конечно, нет конденсаторов. Они могут накопить заряд и выдать его на кожу. Тогда может быть и больно, и смертельно.

По поводу энергии тоже, думаю, ерунда.

Крона дает не более 3 Вт даже при коротком замыкании. Больше от кроны не выжать никакими трансформаторами. Но 3 Вт слишком мало, чтобы нанести ощутимые повреждения коже. Другое дело, что можно заряжать конденсатор и разряд на кожу давать от него. В этом случае возможен болезненный первый разряд. Но сомневаюсь, что реализация такова.

В любом случае нужно смотреть устройство конкретного ошейника.

Спасибо огромное! Уже чуть-чуть понятнее. Схемы нет. Точно то, что используется преобразователь постоянного напряжения в переменное и усилитель переменного тока. Конденсаторов нет.
А название ошейника тоже не знаете?

Компания PETRA – официальный дистрибьютор в России,
Модель Ultra-e-2040 Puppy trainer.
Micro IDT Z3000.
Micro IDT Z3002.
Модель EZT-1000.

  • Электронный ошейник
  • Производитель D.T. Systems
  • Гарантия два года
  • Радиус действия 1100 м.
  • 16 уровней воздействия
  • Кратковременное воздействие
  • Длительное воздействие
  • Водонепроницаемый приемник
  • Влагоустойчивый передатчик
  • Выносная антенна пульта
  • Вплетенная в ремень антенна приемника
  • Приемник работает от аккумулятора
  • Передатчик работает от аккумулятора
  • Модель для одной собаки
Их много, они разных моделей.
Но 3 Вт слишком мало, чтобы нанести ощутимые повреждения коже.

Почему мало? Мощность 3 Вт, напряжение до 5 кВ. Почему при таком напряжении ток будет мизерным, т.к. ограничителем выступит мощность батарейки.

Если напряжение 5000 В и сопротивление 1000 Ом на поврежденной коже, то сила тока будет 5000/1000 = 5 А. При чем здесь батарейка? Я не понимаю.

И еще. Там есть трансформатор, который напряжение повышает. Это когда по одной обмотке течет ток от батарейки, а на другой обмотке получаем совсем другой ток. В первичной обмотке 9 вольт, на вторичной можно любое получить. И 5000 В, и 90 000 В, разве нет?

Трансформатор увеличивает напряжение, но за счет того, что уменьшает ток. Мощность равна U • I. И трансформатор не генерирует дополнительной энергии. Он лишь ее преобразует. Увеличивает напряжение, значит уменьшится ток, если уменьшит напряжение — ток увеличится. Поэтому батарейка как раз при чем: трансформатор не выдаст мощности большей, чем может выдать батарейка.

Ток не будет 5 А. Дело в том, что при замыкании на сопротивление 1000 Ом резко упадет напряжение, и ток будет небольшой. Напряжение высокое лишь, если разомкнуты контакты, и вольтметр действительно покажет 5000 В, но если замкнуть — напряжение резко падает.

По поводу мало или много 3 Вт. Если в руках держать шарик размером с пинпонговский, и он будет выделять 3 Вт, то это мало, и он будет просто теплым. Если это будут точечные контакты размером с булавку, то они будут весьма неслабо нагреваться и, в принципе, я допускаю, что могут быть травмы кожного покрова.

Спасибо огромное.

Еще вопрос. Плохо понимаю, в чем принципиальная разница (уверена, что она есть) между электроошейником для собак и электрошокером для защиты от людей.

В электрошокерах, которые у милиции: мощность 3 Вт (у милиции до 10 Вт), напряжение 50-80 кВ. Там контакты разомкнуты и без учета сопротивления (его пока нет) именно в момент контакта идет максимальный (накопленный) первый разряд? Если одежду пробивает? Неужели только в этом? Используется та же крона 9 вольт.

Электрошокер.
Источник питания: Батарея.
Форма: Дубинка.
Длина: 20 см.
Диаметр: 3 см.
Мощность: 3 Вт.
Напряжение: 90 000 В.
Количество электричества: 23 500 мкКл.
Частота искрообразования: 80 Гц.
Рекомендуемое время воздействия: 1.3 сек.
Средняя длительность выхода из шокового состояния: 10 мин.
Толщина пробоя одежды: 14 мм.

Мощность — это энергия в единицу времени. 3 Вт достаточно, чтобы пробить 14 мм одежды и на 10 минут вырубить человека. Время воздействия 1.3 с. В чем разница?

Думаю, разница в том, что электрошокер за счет высокого напряжение делает пробой в воздухе, и в результате искровой канал попадает в человека. Так вот, площадь этого канала мизерная, поэтому, несмотря на небольшую мощность, ткани, которые попались на пути этого канала, повреждаются.

Ну, и еще, насколько я знаю, в электрошокерах имеется батарея конденсаторов. Вероятно, еще и она дает эффект.

Прокомментируйте, пожалуйста. Я запуталась окончательно.

Мощность равна U • I. Если развернуть эту формулу с сопротивлением, то P = U2/R — чем больше напряжение, тем с большим сопротивлением такой удар справится. Закон Ома для замкнутой цепи.

Чем выше сопротивление нагрузки, подключенной к трансформатору, тем БОЛЬШЕЕ напряжение на ней падает.

Что касается искрового разряда через воздух, так от накопленного заряда это не зависит. Зависит только от напряжения и расстояния между контактами( напряженности электрического поля).

Кстати, известно — напряжение между контактами 10 000 В дает искровой разряд по воздуху, когда расстояние между контактами 1 см. Никакого накопления заряда не нужно. Только разность потенциалов и увеличение проводимости среды.

Согласен до этапа про искровой разряд. Дальше не понятно, что такое "это". И напряжение для пробоя воздуха на 1 см должно быть 30 000 В.
"Это" — видимо, имелось в ввиду, что напряжение в электрошокерах можно усилить с помощью батареи конденсаторов, которые его накапливают и выдают все сразу в обозначенный промежуток времени (1,3 с).
Валерия, у меня в который раз складывается впечаление, что Вы задали вопрос на нескольких форумах и играете роль почтальона, передавая сообщения между участниками. Я прав или ошибаюсь?
Я обратилась к Вам, чтобы понять, действительно ли это устройство столь антигуманно, как утверждают мои оппоненты. Общаемся на кинологическом форуме. Я не почтальон, я инструктор. Я проверяла его на себе и применяла на собаках. Никаких последствий не было. Кто-то применял не правильно и сделал вывод, что это из-за ЭО.

Там общаются разные люди. Среди них есть те, кто понимает в физике на бытовом или чуть выше уровне. Они и писали приводимые мной выдержки. Самостоятельно ответить им я не могла (из-за незнания физики). А это означает, что трактовка их мнения — предвзята и направлена на подтверждение их мнения. Что и выяснилось в самом начале. Тем более, что производители действительно не дают никаких параметров, кроме названных. Поэтому трактовка неизвестного в свою пользу от незнания, как оно на самом деле, не есть истина. Хотелось бы действительно разобраться. Вот так.

Ясно. В общем, моё мнение такое.

Представим схему ошейника простой, т.е. батарейка замыкается на преобразователь в переменное напряжение, а он уже выдает переменное низкое напряжение одну катушку трансформатора, а другая катушка выдает высокое напряжение на кожу. В этом случае вольтметр (сопротивление порядка 10 МОм) действительно покажет 5 кВ, если подключить ошейник не на кожу, а на вольтметр.

Но если замкнуть на кожу с сопротивлением пусть 1 000 Ом, то по вторичной обкладке потечет ток (весьма небольшой, но его достаточно), который создаст встречное магнитное поле в сердечнике катушки и уже из-за понижения магнитного потока (появился встречный) снизится напряжение во вторичной обмотке. Поэтому все формулы U = IR и P = U2/R правильные, вот только подставлять вместо U нужно не 5000 В, а уже сниженное из-за замыкания на кожу. Какое именно это будет напряжение, нужно еще считать. Но можно ориентироваться на мощность батареи.

Идея заключается в следующем: если нет никаких источников энергии, кроме батареек (в том числе нет и конденсаторов, которые могут запасать энергию и служить источниками энергии при разряде), то в силу того, что трансформатор преобразует энергию, но не увеличивает ее, на выходе из трансформатора энергия не будет превышать мощности батарейки. При коротком замыкании "Кроны" выделяется 3 Вт, больше этой мощности из кроны не выжать никак, поэтому 3 Вт могут служить верхней оценкой для выделяемой мощности на коже.

В реальности мощность будет, конечно, поменьше и из-за того, что трансформатор греется слегка, и из-за того, что из батарейки выкачивать даже 3 Вт не получится. Так вот, полагая, что выделяется максимум 3 Вт, эффект болезненности зависит от площади контакта с кожей. Если площадь большая, то можно даже сделать разряд почти незаметным. А можно, наоборот, сделать два электрода рядом и маленькими. Тогда возможны травмы. Другими словами, болезненность разряда зависти от конструктивных особенностей ошейника. Кроме того, если ошейник будет затянут потуже, то вероятность искры снизится (сечение искрового канала маленькое и она может вызывать травмы кожи). Поэтому могу предположить, что в инструкциях к ошейникам пишут, что ошейник обязательно должен сидеть плотно.

Забавно, что при расчётах получались у Ваших оппонентов ток 5 А и напряжение 5 кВ, т.е. мощность P = UI = 25 000 Вт. При этом мощность батарейки лишь 3 Вт. Откуда берется остальная энергия, видимо, загадка для них :)

Если рассмотреть вариант электрошокера, то там есть конденсаторы, которые запасают большой заряд при высоком напряжении (200-400 В) и при разряде выдают большую мощность, которая преобразуется еще и трансформатором повышающего напряжения и уходит в ткани человека и вызывает временный паралич мышц. Т.е. мощность батарейки лишь 3-10 Вт, но мощность при разряде гораздо выше за счёт того, что энергия берется не от батарейки, а от конденсатора, который уже заряжен и содержит большое количество энергии. Таким образом, электрошокер сочетает высокую мощность и высокое пробивное напряежение. При этом из-за того, что площадь канала искры мизерная, эффект от шокера усиливается, и вполне возможны травмы кожного покрова. При этом, если ёмкость конденсаторов достаточна, заряда конденсатора должно хватить на много коротких разрядов, после чего понадобится некоторое время, чтобы конденсаторы снова зарядились.

Спасибо!!!

Вы совершенно правы, в инструкции сказано, что ошейник должен быть одет очень плотно. Кроме того, расстояние между электродами около 3 см. Ищем схему, точные параметры мощности, частоты и напряжения, чтобы из области теории и догадок перейти к фактам.

И если можно еще вопрос — что конкретно определяет опасность для жизни: сила тока или напряжение? Для оценки безопасности электроприбора указывается ТОК, проходящий по организму во время разряда? Смертельно опасный ток порядка 100 мА (0,1 А).

Значит, необходимо выяснить силу тока?

Опасность представляет сила тока. Но сила тока зависит от напряжения и сопротивления. Смертельным уровнем считается больше 60 мА (по советским нормам), но при 100 мА вероятность смертельного исхода для человека почти 100%.
Ток не смертельный, но последствия при поломках этих игрушек вот такие - ожоги (отсюда).

Можно ли по характеру повреждений оценить мощность устройства, как Вы полагаете? Считаем, что батарейка полностью разрядилась, срабатывание было непрерывным на протяжении неизвестного промежутка времени. Батарейка типа Крона.

Сколько примерно выделилось тепла и за какой промежуток времени, чтобы так поджарить собаку? Для простоты считаем, что КПД устройства 50%.