Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Vragen en opdrachten
Op 28 maart 2009 meldt de Volkskrant dat de Taser geen dodelijk wapen is. Weliswaar is in eerste instantie het voltage 50 duizend volt en in de vijf seconden daarna 1200 volt. Toch is de ampèrage slechts 2,1 milliampère. Dit is 475 keer minder dan een lampje van de kerstverlichting. De fabrikant van de Taser verklaart in het artikel dat de schok vergelijkbaar is met de statische elektriciteit aan een deurknop.
De Taser heeft als doel het tijdelijk verlammen van de spieren. De Taser schiet twee pijltjes af, die met een stroomdraad zijn verbonden aan het wapen. Samen vormen de pijltjes elektroden die een hoge spanning leveren. De Nederlandse overheid heeft zijn fiat gegeven om het wapen bij acties van arrestatieteams in te zetten. Dit besluit is niet bij iedereen juichend ontvangen. In Canada en de VS heeft het gebruik van de Taser tot enkele dodelijke incidenten geleid. Volgens de lokale politie al daar lag dit ook aan de bewuste dodelijke slachtoffers in deze incidenten. In deze landen mogen gewone agenten een Taser dragen, in tegenstelling tot Nederland. Daar hebben uitsluitend arrestatieteams toestemming.
a) Wat is de correcte natuurkundige term voor 'voltage'?
b) En voor 'amperage'?
c) Hoe is het mogelijk dat 50 duizend volt niet dodelijk is?
De stroomsterkte door het lichaam hangt af van de weerstand van de huid. Die is veel groter dan die van het weefsel onder de huid.
d) Bij 1.200 volt loopt er een stroom van 2,1 milliampere door het slachtoffer. Hoe groot is dan de weerstand van de stroomkring?
e) Maak voor deze situatie een schets van de hele stroomkring. Leg aan de hand daarvan uit dat de grootte van de stroom afhangt van de weerstand van de huid én de weerstand in de Taser zelf.
f) Zoek op internet hoe groot de weerstand van droge huid kan zijn. Klopt je antwoord op vraag d hiermee?
Er wordt een vergelijking gemaakt met de stroom door een lampje van de kerstverlichting.
g) Hoe groot is die stroomsterkte kennelijk?
h) Neem aan dat het lampje van de kerstverlichting op 230 V is aangesloten. Hoe groot is het vermogen van het lampje? Kan dat kloppen?
i) Vind je dat de politie moet kunnen beschikken over de Taser? Noem enkele argumenten voor en tegen.
Uitwerking vraag (a)
Spanning.
Uitwerking vraag (b)
Stroomsterkte.
Uitwerking vraag (c)
Niet alleen de spanning is van belang, maar ook hoe groot de stroomsterkte is door je lichaam en hoe lang die duurt. Hoe groter de weerstand, hoe kleiner de stroomsterkte. De weerstand in de stroomkring is niet alleen die van de huid, maar die van de hele kring. Ook de weerstand in het wapen zelf telt mee. Zodra er een stroom gaat lopen, treedt er verlies van spanning op in de Taser zelf, daardoor is de spanning tussen de elektroden veel lager. Er staat alleen een spanning van 50 duizend volt als er geen verbinding is tussen de elektroden. Zodra die er wel is –als de pijltjes in het lichaam komen– zakt die meteen.
Uitwerking vraag (d)
De weerstand R kan bepaald worden met behulp van de wet van Ohm:
R = U / I = 1200 / 0.0021 = 5.7 * 105 Ω = 570 kΩ
Uitwerking vraag (e)
De totale weerstand van deze serieschakeling is:
Rtot = Rhuid + RTaser
Uitwerking vraag (f)
De weerstand van droge huid varieert van 40 tot 100 kΩ. Stel de weerstand van de droge huid is 70 kΩ. Dat kan kloppen, als de weerstand van de Taser zelf ongeveer 500 kΩ zijn.
Uitwerking vraag (g)
In de tekst staat dat het amperage 475 kleiner is dan dat van een kerstlampje. De stroomsterkte van het kerstlampje is dan dus gegeven door:
I = 475 * 2,1 * 10-3 = 1,0 A
Uitwerking vraag (h)
Het vermogen van een kerstlampje, aangesloten op 230 V is:
P = V*I = 230 * 1,0 = 230 W
Dat is absurd hoog voor één lampje van de kerstverlichting. Kennelijk is bedoeld de hele verlichting: alle lampjes bij elkaar. Zelfs dan is de waarde veel te hoog.
