Sicurezza elettrica
Una corrente di circa 10-20 mA attraverso il corpo può bloccare la mano su un filo; una persona completamente bagnata può avere una resistenza di soli 10 kΩ.
Due pericoli: calore e scossa
L'elettricità può provocare danni in due modi. Il rischio termico nasce quando troppa potenza si trasforma in calore dove non dovrebbe, per esempio dentro una parete, causando un incendio. Il rischio di scossa nasce quando la corrente attraversa una persona. Entrambi derivano dalle formule del corso, P = V² ÷ R e I = V ÷ R: sai già abbastanza per capire dove si trova il pericolo.
Cortocircuiti
Un cortocircuito è un percorso a resistenza molto bassa tra i due poli di un'alimentazione. Si verifica, per esempio, quando l'isolamento usurato fa toccare i due fili del cavo di un apparecchio. Poiché la resistenza r del corto è piccolissima, la potenza P = V² ÷ r è enorme. OpenStax considera 120 V ai capi di un corto da 0.100 Ω: 120² ÷ 0.100 = 144 000 W, cioè 144 kW, molto più di qualunque apparecchio domestico. Il calore si sviluppa così in fretta da fondere o incendiare l'isolamento. Nel laboratorio la batteria è ideale: un corto fa crescere la corrente senza limite e viene segnalato in rosso. Una batteria reale ha una certa resistenza interna che limita la corrente, ma si scalda comunque rapidamente.
Sovraccarichi, fusibili e interruttori automatici
Un pericolo meno evidente è il sovraccarico: troppa corrente in un filo per troppo tempo. La potenza dissipata nel filo è P = I² R_w. Un cavo danneggiato con alcuni fili interni spezzati potrebbe avere 2.00 Ω anziché 0.100 Ω; attraversato da 10.0 A, sviluppa 200 W di calore al suo interno. Ricorda dall'unità sul parallelo che ogni apparecchio acceso aggiunge la propria corrente nei fili di alimentazione: collegare molti apparecchi potenti a una sola multipresa può sovraccaricarla, anche se ciascuno funziona bene da solo.
Fusibili e interruttori automatici proteggono da entrambi i problemi. Sono in serie con il circuito, così tutta la corrente li attraversa. Un fusibile contiene una striscia metallica a basso punto di fusione: una corrente eccessiva la fonde e interrompe definitivamente il circuito, perciò va sostituito. Un interruttore automatico si apre quando la corrente resta sopra il limite e può essere riarmato. Alcuni dispositivi assorbono molta corrente per un istante all'avvio, come il faro freddo nell'unità sulla legge di Ohm: fusibili e interruttori sono quindi progettati per tollerare brevi picchi e intervenire sui sovraccarichi prolungati.
Trascina per ruotare. Scorri oppure avvicina e allontana due dita per regolare lo zoom.
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Gli effetti della corrente sul corpo
La gravità di una scossa dipende soprattutto dalla corrente, ma anche dal percorso nel corpo, dalla durata e dalla frequenza dell'alimentazione. OpenStax riporta in tabella effetti tipici di una scossa di 1 secondo attraverso il tronco con rete a 60 Hz. Per le donne i valori sono circa il 60-80 percento di quelli indicati. Le soglie sono basse. La corrente che blocca la mano impedendo di lasciare la presa inizia a circa 10-20 mA; il cuore può entrare in fibrillazione, un ritmo irregolare mortale, già a circa 100-300 mA.
| Corrente (mA) | Effetto tipico |
|---|---|
| 1 | Soglia di percezione |
| 5 | Massima corrente innocua |
| Da 10 a 20 | Contrazione muscolare; impossibile lasciare la presa; la respirazione può fermarsi durante la scossa |
| 50 | Inizio del dolore |
| Da 100 a 300 e oltre | Possibile fibrillazione ventricolare, spesso mortale |
| 300 | Iniziano le ustioni, secondo quanto è concentrata la corrente |
| 6000 (6 A) | Cuore e respirazione possono fermarsi durante la scossa |
La legge di Ohm mostra perché l'acqua conta tanto. Gran parte della resistenza del corpo è nella pelle asciutta. OpenStax indica circa 200 kΩ per una persona con pelle asciutta: 120 V producono 120 ÷ 200 000 = 0.6 mA, una corrente non percepita. Completamente bagnata, la stessa persona può avere solo 10.0 kΩ: gli stessi 120 V producono ora 12 mA, oltre la soglia che impedisce di lasciare la presa. Ai 220-230 V usati in Corea, in Europa e in molti altri luoghi, le due resistenze danno circa 1.1 mA e 22 mA. Mani bagnate, bagni e apparecchi elettrici vicini all'acqua sono pericolosi proprio per questo.
Messa a terra, doppio isolamento e interruttori differenziali
Gli impianti moderni aggiungono più livelli di protezione. Nel sistema a tre fili, un terzo filo di terra collega a terra l'involucro metallico di un apparecchio, mantenendolo vicino a zero volt. Se l'isolamento usurato permette al filo di fase di toccare l'involucro, la corrente passa nel filo di terra anziché nella persona che lo tiene e di solito fa intervenire l'interruttore. Gli apparecchi a doppio isolamento usano un sistema isolante di protezione anziché una connessione a terra. Si identificano dalla marcatura, non soltanto dal numero di poli della spina. Un interruttore differenziale confronta la corrente in uscita su un filo con quella che rientra sull'altro. Se differiscono oltre una soglia, una parte della corrente si sta disperdendo, forse attraverso una persona: il dispositivo interrompe l'alimentazione in una frazione di secondo. La soglia dipende dal paese. I dispositivi nordamericani intervengono a circa 5 mA, la massima corrente innocua in tabella. I differenziali per la protezione delle persone in Corea e in Europa sono di solito da 30 mA; le norme coreane richiedono 15 mA per le prese dei bagni.
- Tieni apparecchi elettrici e prese lontani dall'acqua e asciugati prima le mani.
- Non alimentare molti apparecchi potenti contemporaneamente dalla stessa multipresa.
- Smetti di usare cavi con isolamento danneggiato o spine che si scaldano.
- Se un fusibile si brucia o un interruttore scatta ripetutamente, qualcosa non va: cerca la causa invece di montare un fusibile più grande.
- Affida gli impianti di rete e le riparazioni interne degli apparecchi a un elettricista qualificato.
- Rischio termico: potenza che diventa calore dove non dovrebbe; rischio di scossa: corrente attraverso una persona.
- Un corto ha r piccolissima, quindi P = V² ÷ r è enorme.
- Fusibili e interruttori automatici sono in serie e aprono il circuito in caso di sovracorrente prolungata.
- Gli effetti dipendono soprattutto dalla corrente: circa 10-20 mA bloccano la mano, 100-300 mA possono fermare il cuore.
- La pelle bagnata riduce la resistenza: la stessa tensione produce una corrente molto maggiore.
- Messa a terra, doppio isolamento e differenziali (circa 5 mA in Nord America, di solito 30 mA in Corea e in Europa) aggiungono protezione.
- 120 V ai capi di un corto da 0.100 Ω. Qual è la potenza in kilowatt?
- Un cavo danneggiato da 2.00 Ω è percorso da 10.0 A. Qual è la potenza termica sviluppata nel cavo, in watt?
- Pelle asciutta, 200 kΩ, a contatto con 120 V. Qual è la corrente in milliampere? (una cifra decimale)
- La stessa persona completamente bagnata, 10.0 kΩ, a 220 V. Qual è la corrente in milliampere?
- Quale corrente è indicata come la massima innocua?
- 5 mA
- 50 mA
- 300 mA
- 1 A
- Come si collega un fusibile?
- In serie con il circuito che protegge
- In parallelo con il carico
- Solo al filo di terra
- Nel laboratorio tre lampadine da 12 Ω in parallelo su 6 V condividono un fusibile. Qual è la corrente nel fusibile, in ampere?
- Un interruttore automatico continua a scattare. La risposta sensata è:
- Trovare la causa, per esempio un sovraccarico o un apparecchio guasto
- Montare un fusibile o un interruttore di valore maggiore
- Bloccare l'interruttore acceso con il nastro
- Che cosa fa il filo di terra?
- Mantiene un involucro metallico vicino a 0 V e convoglia la corrente di guasto
- Fornisce tensione aggiuntiva
- Fa consumare meno potenza all'apparecchio
- Un differenziale interrompe l'alimentazione quando:
- Le correnti in uscita e in rientro differiscono oltre la soglia impostata
- La tensione supera 230 V
- Un apparecchio viene spento
- Perché un cortocircuito è pericoloso anche alla tensione della batteria che usi ogni giorno?
- La resistenza è piccolissima, quindi corrente e calore diventano enormi
- La tensione sale a migliaia di volt
- La carica si esaurisce
Fonti di questo corso (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Consultato il: 2026-10-17