Hangisi Öldürür: Akım mı, Voltaj mı? Bunlar Bizi Nasıl ve Neden Öldürüyor?

Birçok insan elektriğin asıl ölümcül özelliğinin akım miktarı olduğunu düşünür. Ancak Jurassic Park gibi "elektrikli tel" sahnesine sahip filmler, voltaj üzerinden bir anlatım yaparak, asıl öldürücü darbeyi vuranın voltaj olduğuna işaret etmektedir:

Peki hangisi doğru? Gerçekten de elektriği algılamamıza neden olan, dolayısıyla canımızı acıtan ve hatta bizi öldüren şey, elektrik akımıdır. Elektrik akımı, bir bölgeden geçen/akan elektron gibi yüklü parçacıkların sayısına verilen isimdir. Vücuda hasar veren ve ölüme sebep olabilen unsur da bu yüklü parçacıklardır; ancak az sonra göreceğimiz gibi, yüklü parçacıklar kendiliğinden hareket edemezler ve bu nedenle sadece elektrik akımından söz ederek, elektriğin verdiği hasarı anlamamız mümkün olmaz. Daha bütüncül bir bakışa ihtiyacımız var!

Ama önce, gelin elektrik akımının neden tehlikeli olduğunu anlayalım.

Elektrik Akımı Neden Tehlikeli?

Tüm bu nedenle elektrik çarpan kişilerde doku hasarı ve sistemsel işlev bozuklukları görülebilir. Genel olarak, elektrik çarpması sonucu oluşacak hasarın şiddetini belirleyecek olan faktörler şöyle sıralanabilir:^[1]

• Akım yoğunluğu
• Doku direnci
• Temas süresi

Bunlara ek olarak, bazı ikincil (ama kimi zaman birincil faktörler kadar önemli olan) faktörler saymak mümkündür:^{[6], [7], [8]}

• Akımın vücutta izlediği yol
• Tıbbi implantların varlığı
• Altta yatan diğer hastalıkların varlığı
• Yaş
• Cinsiyet

Elektrik çarptığında vücudumuzdaki dokuları ve organları yakan ve hatta kalbin durmasına neden olan unsur, akım içerisinde bulunan bu yüklü parçacıklardır (daha doğrusu, bunların yoğunluğudur). Bunlar, vücut içerisinde hızla seyahat ederken, farklı dirence sahip dokularda farklı miktarda ısı üretirler ve doku yanmasına neden olurlar. Bu nedenle akımın ne süreyle, hangi dokular üzerinden geçtiği, hasarın miktarını da etkilemektedir.

Ayrıca hem sinir hücrelerimiz, hem de diğer dokularımıza ait hücrelerimiz (özellikle de hücre zarları) elektrikten faydalanarak birbirleriyle iletişim kurdukları ve iç fonksiyonlarını düzenledikleri için, vücudun içerisinde akan güçlü elektrik akımları, hücrelerimizin ve özellikle de sinir hücrelerimizin elektriksel dengesini bozarak onların işlevlerini olumsuz etkiler. Örneğin göğüs bölgesinde dolaşan şehir elektriği, 1 saniyeden çok daha kısa bir süre içinde ventriküler fibrilasyona (anormal kalp ritmine) sebep olarak ölümü getirebilir.^[4] Bunun haricinde elektrik şoku sinir hücrelerini harap ederek sinir hastalıklarının oluşumunu tetikleyebilir; hatta elektrik şoku kaynaklı nöropatilerin semptomları gözden kaçacak olursa, hastalığın şiddeti daha yüksek olabilir.^[3]

Bunlara ek olarak, elektrik akımıyla nasıl temas edildiği de önemlidir; çünkü elektrik akımının şiddetine bağlı olarak kaslar kontrolsüzce kasılacağı için, kasların doğal kasılma yönleri, şoktan kurtulma ihtimalini etkilemektedir. Örneğin avuç içi ile bir elektrik teli kavranacak olursa, bu telden yayılan elektrik nedeniyle el kasları daha da kasılacak ve teli daha da sıkı tutmaya neden olacaktır. Yani şahıs, elektrik çarpıyor olmasına rağmen şoktan kurtulma yönünde hareket edemeyecektir (buna bırakmama olgusu denir).^{[2], [3]} Bu durum, temas süresini arttırarak, ölüm riskini yükseltecektir.

Tabii dikkat etmekte fayda var: Ölümcül olmayan seviyelerde akım bile insan kaslarının kontrolsüz bir şekilde kasılmasına veya en basitinden ürkmeye neden olarak düşmelere sebep olabilir ve sert cisimlerle çarpışma sonucunda çok basit elektrik çarpmaları bile ölüme vesile olabilir. Bu nedenle elektrik etrafında vakit geçirirken çok dikkatli olunması gerekmektedir.

James Heilman, MD

Voltajın Rolü Ne?

Ancak akım, vakum içinde, kendiliğinden var oluvermemektedir. Elektrik yükünü bir noktadan diğer bir noktaya taşıyabilmek, dolayısıyla akım oluşturabilmek için voltaja ihtiyaç vardır. Bunu anlamak için, elektriğin en temel formülü olan Ohm Yasası ile başlayalım ve temel kavramlara bir bakalım:

$V=I\times R$

Bu denklemde $V$ voltaj, $I$ akım, $R$ ise dirence karşılık gelmektedir. Voltaj, akım ile direncin çarpımıdır. Dolayısıyla bu denklemde her bir parça, birbiriyle doğrudan ilişkilidir. Daha bu noktada bile "asıl ölümcül olanın" spesifik bir özellik olduğunu söylemekte zorlanmaktayız. Çünkü biri olmadan, diğerleri var olamamaktadır.

Voltaj, akım üretmek için gereken potansiyel farktır. Daha teknik tabiriyle, iki nokta arasında bir test yükünü hareket ettirebilmek için yük başına yapılması gereken iş miktarıdır. Voltaj, volt ile ölçülür. Görebileceğiniz gibi, akımın oluşmasını ("hareket edebilmesini") sağlayan unsur, voltajdır. Bu, bir nehrin akabilmesi için bir yükseklik farkının (veya bir barajın) var olması gerekmesi gibidir. Eğer yükseklik farkı yoksa, nehir akamaz. Voltaj yoksa, elektrik akamaz (akım oluşamaz). Daha popüler bir deyişle:

Voltaj silahtır, akım kurşundur.

Dolayısıyla voltaj miktarı da, bir elektrik akımının ölümcüllüğü hakkında size bilgi verebilir. En nihayetinde canınızı acıtacak veya sizi öldürecek düzeyde akımın vücudunuzdan geçebilmesi için, yeterince büyük bir voltaj gereklidir. Ayrıca ortalama bir insanın vücut direncini ($R$) sabit alacak olursanız, voltaj ile akım doğrusal olarak ilişkili olacaktır. Bu durumda, voltajdan söz ederek de risk analizi yapmanız mümkün olacaktır; sadece şunu hatırlayın: Dokulara hasarı veren asıl unsur elektrik akımı olduğu için, voltaj üzerinden konuşurken, direncin her koşulda sabit olduğu varsayımı yapılmaktadır.

Burada ilginç bir nokta, aşırı yüksek voltajın insan derisinin dielektrik özelliklerini bozabilmesi ve vücut direncini düşürebilmesidir. Bu sayede aynı voltaj ile çok daha yüksek akım üretmek mümkün olur. İnsan vücudu için dielektrik özelliklerin bozunması olayı yaklaşık 600 Volt seviyesinde başlar. İşte tam da bu nedenle birçok elektrikli tel üzerinde voltaj bilgisi verilir; çünkü 600 Volt üzeri voltaj seviyelerinde muhtemelen bireysel özellikleriniz artık önemini tamamen yitirecektir ve üzerinizden, neredeyse kesin olarak kalıcı hasar oluşacak düzeyde elektrik akımı geçecektir.

İnsan Vücudunun Direncinin Rolü Ne?

Bu noktada, karşımıza üçüncü bir kavram çıkıyor: direnç. Çünkü var olan voltaj miktarına bağlı olarak ne kadar akım üretilebileceğini belirleyen unsur, dirençtir. Yani voltaj, dirence bağlı olarak çeşitli seviyelerde akımlar üretebilecektir.

Direnç, ohm ile ölçülür. Örneğin insan vücudunun direnci, oldukça değişkendir. Eğer vücudunuz kuruysa, 1 megaohm (1 milyon ohm) ila 100 megaohm arasında değişen değerler alabilir. Ancak vücudunuz ıslaksa, bu direnç düzeyi 500 ohm seviyesine kadar düşebilir.

Bu ne anlama geliyor? Ohm Yasası'na göre, aynı miktarda voltaj ile, daha düşük bir direnç üzerinden çok daha fazla akım geçirmek mümkündür. İşte bu nedenle banyodaki elektrik kaçakları çok daha tehlikelidir; çünkü ıslak bir şekilde banyodan çıktığınızda, aynı miktarda voltaj, normalden çok daha yüksek miktarda akımın vücudunuzdan geçmesini sağlayabilir.

Dahası, direnci nasıl ve hangi noktalardan ölçtüğünüze göre de değişebilecektir. Örneğin elden ele, elden ayağa, ayaktan ayağa, elden bileğe gibi farklı noktalarda yapılan ölçümler, farklı direnç değerlerine karşılık gelecektir. Benzer şekilde, terli olup olmadığınız da vücut direncinizi değiştirecektir.

Ne Düzeyde Elektrik Acı Vericidir?

Elektrik akımının vücudunuza vereceği hasarı belirlemek için, bu noktaya kadar değerlendirdiğimiz birden fazla unsuru bir arada dikkate almamız gerekiyor. Fakat ondan önce, elektrik akımının doğasına yönelik önemli bir detayı da hatırlamakta fayda var: elektriğin yön değiştirmesi.

Doğru Akım ve Alternatif Akım

Elektriğin vereceği zararı etkileyen en önemli unsurlardan birisi, akımın yön değiştirip değiştirmediğidir. Yön değiştirmeyen akımlara doğru akım, yön değiştiren akımlara alternatif akım denir. Doğru akım kaynaklarının en tipik örneği pillerdir; alternatif akım kaynağı olaraksa duvarınızdaki prizleri düşünebilirsiniz.

Örneğin saniyede 60 defa yön değiştiren alternatif akım (AC) kaynaklarından gelecek 1 miliamperlik (mA) elektrik akımını bile hissetmeniz mümkündür. 1 Amper, 1 saniyede akan 1 Coulomb değerindeki yük miktarıdır (bu nedenle Amper, akımın birimidir). 1 miliamper, 1 amperin 1000'de biridir. Bu kadar düşük miktardaki alternatif akımı bile hissetmeniz mümkündür. Ancak doğru akım için bu değer, 1 mA değerinin 5 katı kadardır. Yani 5 mA değerine kadar olan doğru akımı hissetmeniz pek mümkün olmayacaktır.

Farklı Miktarlardaki Elektriğin İnsan Vücudu Üzerindeki Etkisi

Elektrik miktarına bağlı olarak vücutta tam olarak ne tür hasarlar oluşacağı sorusuna çok net bir cevap vermek kolay değildir; çünkü her bir bireyin elektriğe karşı direnci farklı olacaktır. Cinsiyet, vücut kütlesi, vb. faktörler de bu dirence etki etmektedir. Bazı insanlar çok ufak miktarda elektrikle bile titreyebilirken, bazı diğerleri daha yüksek akım değerlerinde bile çok bir acı hissetmez.

Ancak yapılan çalışmaları genel olarak bir tabloya dökmek mümkün. Bunu yaptığımızda, karşımıza şöyle bir sonuç çıkıyor:

All About Circuits

Bu tabloda Hz, frekansın birimi olan hertz'in kısaltmasıdır. Alternatif akım kaynaklarının ne sıklıkla yön değiştirdiğinin bir ölçüsüdür. Örneğin 60 Hz AC başlıklı sütundaki alternatif akım her saniyede 60 döngü yapmaktadır (1 döngüde 2 yön değiştirme vardır; dolayısıyla 60 Hz alternatif akım, 1 saniyede 120 defa defa yön değiştirmektedir). 100 kHz (100.000 Hertz) sütunundaki akım ise her saniye 200.000 defa yön değiştirmektedir. Elbette bu tablodaki sayılar sadece yaklaşık değerlerdir ve herkese eşit derecede genellenemez. Vücut kimyasına bağlı olarak bu sayılar da değişecektir. Ancak genel olarak alternatif akımın doğru akımdan çok daha etkili olduğuna dikkatinizi çekeriz.

Yapılan çalışmalara göre, uygun şartlar altında insan vücudu için 0.01 amper (ya da 10 miliamper) alternatif akım bile ölümcül olabilmektedir; fakat birçok durumda bu düzeyde akım ölüme sebep olmayacak ve daha ziyade acı verici bir deneyim olacaktır. Daha realistik olarak bakacak olursak, birçok durumda 100-200 mA (0.1-0.2 A) seviyesindeki alternatif akım "ölüm tehlikesi" olarak nitelendirilmektedir ve yaklaşık 500 mA seviyesinden sonraki alternatif akım seviyelerinde kalbin çalışması mümkün olmayacaktır. Fakat az sonra göreceğimiz gibi, alternatif akımın frekansı bu sonucu etkileyebilmektedir. Genel olarak, daha hızlı yön değiştiren elektrik akımı daha az etkiye sebep olmaktadır.

Doğru akım ile bir kişinin hayatını kaybetmesi pek olası değildir (ancak imkansız da değildir). Buna rağmen, 60-90 mA düzeyindeki doğru akım, ciddi düzeyde acı verebilir ve nefes darlığına sebep olabilir; altta yatan sebepler varsa bunların etkisiyle ciddi sağlık komplikasyonları ve ölüm yaşanabilir.

Ancak burada dikkat edilmesi gereken nokta, akımın izlediği rotadır. Yani akımın, vücudunuza hangi noktadan girdiği ve nereden çıktığı (dolayısıyla bu iki nokta arasında akımın nasıl bir yol izlediği) büyük öneme sahiptir. Örneğin aşağıda, sol elden girip, sol ayaktan çıkan alternatif akımın farklı seviyelerinin vücutta ne şekilde deneyimlendiği gösterilmektedir.^[5]

Grafikte yatay eksende alternatif akım miktarı, düşey eksende ise temas süresi bulunmaktadır. Mavi bölge (AC-1), insan vücudu tarafından algılanamayacak kadar düşük seviyeli alternatif akıma karşılık gelmektedir. Yeşil bölge (AC-2), akımı algılayabildiğiniz ama kontrolsüz kas kasılmalarının yaşanmadığı bölgedir. Sarı bölge (AC-3), kontrolsüz kas kasılmalarının yaşandığı ama etkilerin geri döndürülebilir olduğu bölgedir. Kırmızı bölge (AC-4), muhtemelen geri döndürülemez bazı hasarlar yaşayacağınız bölgedir. Burada AC-4.1 bölgesinde kalp durması ihtimali %5 olarak hesaplanmaktadır. AC-4.2'de bu oran %5-50 arası, AC-4.3'te oran %50 üzerinde hesaplanmaktadır.

Sonuç

Sonuç olarak, her ne kadar akım değerleri asıl fizyolojik hasarı veren şey olsa da, sadece akım değerlerinden yola çıkarak sonuca varmak mümkün değildir. Dirence bağlı olarak, hasar verecek akımı başlatacak kadar voltaj yoksa, ölümcül bir sonuç doğmayacaktır. Belli miktarda voltaj varsa da direnç çok yüksekse, yeterli miktarda akım üretilemeyebilir.