鳥為什麼停在電線上
不會觸電?
電線裡流通的電,強度遠遠超過家中插座。儘管如此,鳥兒卻能若無其事地停在電線上。人一旦碰到就可能釀成大禍的電線,鳥為什麼能安然無恙呢?
架設在電線桿之間的電線上,停了好幾隻麻雀或鴿子。有些鳥即使遇到強風也不為所動,悠閒地整理著羽毛。
那條電線裡流通的電,據說高達數千伏特。人若不小心碰到,可是攸關性命的電壓。然而鳥兒們卻用雙腳牢牢抓著電線,一副毫不在乎的樣子。
鳥是不是特別耐電呢?其實不是。鳥的身體裡,幾乎沒有電流通過。
不會觸電的理由,只有2個
電線是用非常容易導電的金屬製成的。在鳥兩腳之間、僅僅十幾公分的區間內,電壓幾乎不會變化。
要讓電流流動,兩點之間必須存在電壓差。差距若幾乎為零,電流也幾乎不會流動。這是由歐姆定律推導出的關係。
接下來,讓我們依序看看這兩點。
理由1:鳥的兩腳之間,電壓幾乎不變
電線是用非常容易導電的金屬(多為鋁或銅)製成的。導電性高的物質,具有電阻非常小的特性。
當電線中有電流通過時,電流經過極短區間所產生的電壓下降(電壓降),會依該區間電阻之小而極其微小。鳥兩腳之間的間隔,相對於整條電線的長度來說,只是極小的一部分。這段短短區間的電壓降,在實用上幾乎可視為零。
造成觸電的直接原因,並非碰到電線本身,而是身體兩點之間產生很大的電壓差。實際上曾發生過大型鳥類在電線桿上,同時碰到電線與另一條電壓不同的電線、或接地的金屬部分而觸電的事故。電力公司在電線桿與變壓器上加裝絕緣蓋,正是為了防止這類事故。
理由2:電沒有「差」就不會流動
河水會從高處流向低處。若沒有高低差,水幾乎不會流動。電也是一樣,會試圖從電壓高處流向低處。
鳥的兩腳,都停在同一條電線上。由於電線的電阻非常小,兩腳所在位置的電壓幾乎相同,也就是「沒有高低差的水面」那樣的狀態。沒有差距,電就沒有流動的理由。
颱風或倒木導致電線斷裂垂落地面時,也適用同樣的「電壓差」概念。電線碰觸地面的那一點電壓最高,據說離該點越遠,地面的電位會以同心圓的方式逐漸下降。若靠近時兩腳跨過不同的圓圈,兩腳之間就會產生電壓差,即使沒有直接碰到電線,也可能觸電(跨步電壓)。
那麼,該怎麼做才好?
- 發現垂落的電線,絕對不要靠近就算看起來像是斷電了,也可能仍有電流通過。
- 如果不小心靠近電線,就用小碎步慢慢遠離大步行走會讓兩腳的電位差變大,反而更危險。
- 立刻撥打119(或聯絡電力公司)重要的是不要自己處理,交給專業人員。
對於斷落垂下的電線,絕對不要碰觸。也要避免碰到被電線壓過的倒木或積水,並與電線保持足夠距離。同時提醒周圍的人不要靠近,用小碎步撤離現場,並從安全的遠處撥打119報案。
即使發現有人觸電倒地,也請不要慌張直接碰觸對方身體。若電源尚未切斷,可能導致想救人的人也一併觸電,造成二次傷害。請先確認是否能切斷電源,若無法確認,就從安全距離撥打119,並等候指示。
總結
鳥停在電線上不會觸電,是因為①電線的電阻非常小,兩腳之間的電壓幾乎不變,以及②電沒有電壓差就不會流動,這兩者相互配合的結果。並不是鳥擁有特殊的身體,而是物理法則碰巧保護了鳥而已。
保護鳥的,不是強健的身體。
只是「沒有電壓差」這一個條件而已。
同樣的歐姆定律,也適用於人的觸電。用濕手碰觸電器之所以危險,是因為電阻降低使電流增加。詳細計算請見這篇文章。
- 下次看到鳥停在電線上時,觀察牠的腳停在哪裡
- 確認鳥一定是把兩腳都放在同一條電線上
鳥通常不會把腳分別放在2條不同的電線上,或同時放在電線與電線桿的金屬部分上。因為若展開雙翼同時碰到2個不同電位的地方,如本文所說,就會觸電。
想了解更多 ― 用語、公式、與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目,皆明確標示各屬於哪個程度
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「基礎物理」所學的範圍
- 高中+高中「物理」,或教科書中發展、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、大學專業科目(電力工程)的內容
- 研究連大學都還沒教成「定論」、研究人員正在調查中的內容
國中用語:與觸電有關的詞彙
- 電壓(電位差):表示兩點之間,電的「高低差」的量。單位是伏特(V)。
- 電流:電流動的大小。單位是安培(A)。
- 電阻:表示電流通過難易程度的量。單位是歐姆(Ω)。
- 跨步電壓:在碰觸地面的電線附近,因兩腳位置不同而產生的電壓差。
高中用公式確認:鳥的兩腳之間,會產生幾伏特的差?
電流、電壓、電阻之間的關係,可以用高中物理所學的歐姆定律來計算。
電壓差 = 電流 × 電阻
| 電壓差 | 兩點間的電位差[V] |
| 電流 | 電線中流通的電量[A] |
| 電阻 | 兩點間電線所具有的電阻[Ω] |
| 電線電阻(每公尺,假設值) | 0.0002 Ω/m |
| 鳥兩腳間距(假設值) | 0.1 m |
| 兩腳間電線的電阻 | 0.0002 × 0.1 ≒ 0.00002 Ω |
| 配電線中的電流(假設值) | 50 A |
| 兩腳間產生的電壓差 | 50 × 0.00002 ≒ 0.001 V |
※ 電線電阻、電流的數值,是為了說明原理所設的假設值。實際數值會因電線種類與用電狀況而異。
| 0.001V換算成毫伏 | 0.001 × 1000 = 1 mV |
| 配電線電壓(例) | 6600 V |
| 與碰到2條電線相比的倍數 | 6600 ÷ 0.001 ≒ 660萬倍 |
鳥兩腳之間產生的電壓差,經計算僅約1毫伏左右。這遠遠小於人能感知的程度。然而,若同時碰到2條電線(以電壓差6600V為例),電壓差便會達到660萬倍之多。「只碰1條」與「同時碰2條」的差別,正決定了生死。
高中+為什麼電阻小,電壓降也小?
由歐姆定律(電壓差=電流×電阻)可知,當電流相同時,電壓差與電阻大小成正比。電線的電阻非常小,因此即使有相同的電流通過,短短區間內的電壓降也極其微小。相反地,人體的電阻遠比電線大得多,因此若有電流通過人體,就會產生很大的電壓降,也就是對身體造成很大的負擔。
大學電網是如何保護鳥類的?
電力公司會考慮大型鳥類展翅時的長度(翼展),在電線桿與鐵塔的設計上,確保不同電位部分之間有足夠的距離,或加裝絕緣蓋等對策。特別是猛禽等大型鳥類,容易同時碰到電線與電線、或電線與接地的鐵塔本體,因此觸電事故的風險較高。這類設計上的考量,是大學電力工程、送配電工程所探討的內容。
研究尚未明朗的部分
- 能完全防止大型鳥類觸電事故的設計,仍在發展中。 由於地區與鳥種的行為模式各不相同,該優先在哪裡採取何種對策,至今仍持續有研究與現場的努力在進行。
- 如何有效鎖定整個電網中風險較高的地點,尚未建立確立的方法。 要對遍布廣大範圍的送電設備一一詳細調查並不容易,因此篩選出應優先處理地點的研究仍在推進中。
- 因應異常氣候導致電線斷裂頻率變化的對策,也被視為研究課題。 針對強風、積雪等可能導致電線斷裂的因素,強化對策的研究正在檢討中。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・電流與電壓 | 沒有電壓差就不會有電流流動的基本原理 |
| 高中 | 基礎物理・歐姆定律 | 公式確認①②③的整段計算 |
| 高中+ | 物理・電路 | 電阻與電壓降的關係 |
| 大學 | 電力工程・送配電工程 | 電網的絕緣設計、鳥害對策 |
| 研究 | 電力工程・野生動物保護(研究中) | 觸電事故的防止設計、風險地點的鎖定、因應異常氣候 |
| ― | 防災・安全教育 | 面對垂落電線的應對、跨步電壓、防止二次傷害 |
- 電力公司、電氣設備相關專業團體所發布,關於觸電事故與鳥類電線觸電的說明資料。
- 物理學教科書中,關於歐姆定律、電路的一般性記述。
- 消防、防災相關機關發布,關於斷落電線、跨步電壓的注意事項資料。
- 電力工程教科書中,關於送配電設備絕緣設計的一般性記述。
※ 電阻、電流、電壓等數值,是為理解原理所做的概略估算與假設。實際數值會因電線種類與地區電力設備而異。
※本文為一般大眾取向的科學解說。實際的安全判斷,請依消防、電力公司等專業機關的指示為準。文中所列數值,為理解原理所做的概略估算與假設。