Een defibrillator wordt gebruikt om het hart van mensen met een acute hartstilstand te reactiveren. Zie figuur 1.
De borstkas van de patiënt wordt ontbloot, waarna elektrisch geleidende gel op de huid gesmeerd wordt.
Nadat de elektroden, zie figuur 2, op de gel zijn geplaatst, dient men een korte sterke spanningspuls toe. Door het hart van de patiënt loopt dan gedurende korte tijd een grote stroom.
In figuur 3 staat het verloop van de spanning als functie van de tijd vereenvoudigd weergegeven.
Dankzij de gel is de weerstand tussen de elektroden slechts 25 Ω. Neem aan dat deze weerstand tijdens de duur van de puls constant is.
Opgaven
a) Bepaal de grootste stroomsterkte tijdens de puls tussen de elektroden.
Belangrijk is de hoeveelheid energie die de puls bevat. Deze hoeveelheid energie mag niet groter zijn dan 360 J.
b) Ga met een berekening na of de hoeveelheid energie in de puls van figuur 3 bij de weerstand van 25 Ω tussen de elektroden onder deze waarde blijft.
In noodsituaties gebruikt men de defibrillator soms zonder eerst gel aan te brengen. De weerstand tussen de elektroden is dan veel groter.
c) Leg uit wat het gevolg hiervan is voor de hoeveelheid energie in de puls.
Als er geen gel gebruikt wordt, bestaat de kans dat de patiënt brandwonden op zijn borstkas krijgt.
d) Leg uit waarom.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Uit figuur 3 kan de maximale spanning gehaald worden. Deze is 2,0 kV.
De maximale stroom is dan gegeven door:
Imax = Umax / R = 2,0 * 103 / 25 = 80 A
Uitwerking vraag (b)
De energie is gegeven door:
E = UIt
met U de spanning, I de stroom en t de lengte van de puls. De puls duurt in totaal:
t = 3,0 - 0,9 = 2,1 ms.
Om totale energie van deze puls is in ieder geval kleiner dan:
E = 2,0 * 103 * 80 * 2,1 * 10-3 = 3,4 * 102 J.
De energie blijft dus ruim onder de maximale waarde.
Uitwerking vraag (c)
Een grotere weerstand geeft een kleinere stroom voor dezelfde spanning. Als gevolg hiervan is de totale energie ook kleiner.
Uitwerking vraag (d)
Recht onder de elektroden is de weerstand in de stroomkring het grootst. Omdat de weerstand erg hoog is, ontstaat er het meeste warmte en wordt de temperatuur het hoogst. Als deze temperatuur te hoog is kunnen er brandwonden ontstaan.
