Конденсатор в цепи переменного тока
Класс 11.
УМК: « Физика» Авторы: Б.Б. Буховцев, Г. Я. Мякишев.
Тема урока: «Конденсатор в цепи переменного тока»
Тип урока: комбинированный.
Основные этапы учебной деятельности | Цель этапа | Деятельность учителя | Деятельность учащихся | УУД | Время выполнения | |||
Познавательные | Регулятивные | Коммуникативные | ||||||
1.Организационный этап | Подготовка к уроку обеих сторон | Проверить наличие учебных принадлежностей, наладить дисциплину, отметить отсутствующих. | Проверка своей готовности к уроку, приветствие учителя | Принятие сигнала к учебной деятельности | Умение слушать и вступать в диалог | 5 минуты | ||
2.Актуализация знаний. | Вспомнить пройденный материал. | Тест | Про решать тест . | Решение задач, установление аналогий. | Принятие и сохранение учебной задачи; планирование своей деятельности. | Правильная постановка вопросов. | 5 минут | |
3.Изучение нового материала | Понять информацию, которую даёт учитель и усвоить новые знания. | Доступно объяснить материал, сделать акцент на то, что нужно записать | Записать, главную информацию, разобрать новый материал. | Выделение существенной информации; установление аналогий. | Учёт установленных правил и планирование контроля. | Правильная постановка вопросов. | 10 минут | |
4. Проверка степени усвоения изученного материала на уроке. | Зафиксировать изученный материал творческим путем. | Объяснить учащимся, как выполняется работа, раздать материал для л/р | Выполнить л/р, сделать выводы | Поиск необходимой информации | Формулировка собственного мнения и учёт мнения других | 15 минуты | ||
5.Закрепление нового материала | Выявить непонимание темы, творческие применить полученные знания | Решение задач на изученную тему. | Решение задач у доски | Поиск необходимой информации; запись выборочной информации. | Оценка правильности выполнения своих действий на уроке. | Формулировка собственного мнения и учёт мнения других | 5 минут | |
6. Информация о домашнем задании. | Получение домашнего задания | Грамотно объяснить учащимся домашнее задание | Записать и принять домашнее задание | Установление аналогий; осуществление синтеза. | Самостоятельная адекватная оценка своих действий. | Формулировка вопросов, контроль действий партнёра. | 3 минуты | |
7.Рефлексия. | Подведение итогов | Подведение итогов | Высказать свои эмоции за урок в стихах. | Построение суждений в форме связи. | Проявление познавательной инициативы | Формулировка итогов урока | 2 минуты | |
Ход урока
1.
Организационный этап.
Приветствие, проверка отсутствующих и готовности
Проверка домашней задачи
№ 935 От генератора переменного тока питается электропечь сопротивлением 22 Ом. Найти количество теплоты Q, выделяемое печью за время равное 1 часу, если амплитуда тока равняется 10 А.
2. Мотивация учебной деятельности учащихся. Актуализация знаний.
Проверка знаний:
1.Действующее значение напряжения в цепи переменного тока 127 В. Амплитудное значение напряжения равно:
1) 127В 2) 180В 3) 220в 4) 90В
2. Амплитудное значение силы тока в цепи переменного тока
2 А Действующее значение силы тока равно
1) 2,8А 2) 3А 3) 1,4А 4) 1,2А
3. Изменится ли активное сопротивление проводника при увеличении частоты переменного тока с 20 до 40 Гц?
1) Да 2) Нет (Активное сопротивление не зависит от частоты тока, поэтому не изменится.
)
4. Изоляция конденсатора рассчитана на напряжение
300 В. Можно ли его включить в осветительную сеть, напряжение которой равно 220 В?
1) Да 2) Нет
5. Катушка квартирного электрического звонка с железным сердечником подключена к переменному току бытовой электросети частотой 50 Гц . Частота колебаний звонка:
1) 100 Гц 2) 50 Гц 3) 200 Гц 4) 25 Гц
6. Изменение силы тока в зависимости от времени задано (в единицах СИ) уравнением
i =20 cos (100 π t). Определите :
амплитуду силы тока __ 20 А____________
действующее значение силы тока _14,14 А______________
циклическую частоту __ 100π c⁻¹_____________
частоту колебаний ___ 50 Гц____________
период колебаний 2π / ω = 2π / 100π = 0,02 c
7.
Средняя мощность, выделяющаяся в резисторе в цепи переменного тока при амплитудном значении силы тока 2 А и амплитудном значении напряжения 30 В равна P = I*U = 2/√2 *30/√2 = 30 Вт
Актуализация знаний: Что такое конденсатор? Протекает ли постоянный ток через конденсатор?
3.Изучение нового материала
Постоянный ток не может идти по цепи, содержащей конденсатор. Ведь фактически при этом цепь оказывается разомкнутой, так как обкладки конденсатора разделены диэлектриком. Переменный же ток может идти по цепи, содержащей конденсатор. В этом можно убедиться с помощью простого опыта. Пусть у нас имеются источники постоянного и переменного напряжений, причем постоянное напряжение на зажимах источника равно действующему значению переменного напряжения. Цепь состоит из конденсатора и лампы накаливания, соединенных последовательно. При включении постоянного напряжения лампа не светится. Но при включении переменного напряжения лампа загорается, если емкость конденсатора достаточно велика.
Как же переменный ток может идти по цепи, если она фактически разомкнута (между пластинами конденсатора заряды перемещаться не могут)? Все дело в том, что происходит периодическая зарядка и разрядка конденсатора под действием переменного напряжения. Ток, идущий в цепи при перезарядке конденсатора, нагревает нить лампы. Установим, как меняется со временем сила тока в цепи, содержащей только конденсатор, если сопротивлением проводов и обкладок конденсатора можно пренебречь . Напряжение на конденсаторе Сила тока, представляющая собой производную заряда по времени , равна: Следовательно, колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения на конденсаторе .
I m = U m C Амплитуда силы тока равна: Если ввести обозначение : и вместо амплитуд силы тока и напряжения использовать их действующие значения, то получим : Величину X c , обратную произведению C циклической частоты на электрическую емкость конденсатора, называют емкостным сопротивлением . Действующее значение силы тока связано с действующим значением напряжения на конденсаторе точно так же, как связаны согласно закону Ома сила тока и напряжение для участка цепи постоянного тока.
Чем больше емкость конденсатора, тем больше ток перезарядки. Это легко обнаружить по увеличению накала лампы при увеличении емкости конденсатора. В то время как сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно велико, его сопротивление переменному току имеет конечное значение X c . С увеличением емкости оно уменьшается. Уменьшается оно и с увеличением частоты Сопротивление цепи с конденсатором обратно пропорционально произведению циклической частоты на электроемкость. Колебания силы тока опережают по фазе колебания напряжения
4. Проверка степени усвоения изученного материала на уроке.
Лабораторная работа «Зависимость емкостного сопротивления от частоты переменного тока и параметров элементов»
Учащиеся делятся на две группы:
Одна из которых, пользуясь порядком выполнения работы, собирает цепь и устанавливает параметры элементов в программе «Начала электроники»
1.Соберите цепь .
2.Установите следующие значения параметров:
Генератор – напряжение (эффективное) 100 В, частота 100 Гц;
Конденсатор – рабочее напряжение 400 В, емкость 10 мкФ;
Резистор – рабочая мощность 500 Вт, сопротивление 100 Ом.
3.Изменяя емкость конденсатора от 5 до 50 мкФ (через 5 мкФ), запишите показания вольтметров (напряжение на конденсаторе и на резисторе).
4.Рассчитайте эффективное значение токов, текущих в цепи, в зависимости от значения емкости конденсатора (для этого надо напряжение на резисторе разделить на его сопротивление).
5.Определите значения емкостных сопротивлений конденсатора для соответствующих значений его емкости и сравните их с рассчитанными по формуле (3).
6.Установите емкость конденсатора 10 мкФ. Изменяя частоту генератора от 20 до 100 Гц через 10 Гц, повторите измерения и расчеты емкостного сопротивления в зависимости от частоты переменного тока.
Другая заносит данные в программу Microsoft Excel, сравнивает теоретические и практические результаты
Затем все вместе наблюдают графики «Зависимость емкостного сопротивления от частоты переменного тока» и «Зависимость емкостного сопротивления от электроемкости конденсатора», делают выводы и отвечают на контрольные вопросы
1.
Почему емкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты переменного тока?
2. В каких единицах измеряются емкостное сопротивление?
3. Почему емкостное сопротивление уменьшается с увеличением частоты переменного тока?
5.Закрепление нового материала
№928
К зажимам генератора присоединён конденсатор ёмкость 0,1 мкФ. Найти амплитуду напряжения на зажимах если амплитуда, тока 1,6 А, период колебаний тока 0,2 мс.
6.Домашнее задание
7.Рефлексия. Подведение итогов
28.Сопротивление проводников на высоких частотах
На высоких частотах наблюдается неравномерное распределение электрического тока по сечению проводников: плотность тока максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения в глубь проводника. Это явление получило название поверхностного эффекта (или скин-эффекта). Сцепленный с проводом магнитный поток пропорционален току: Ф = L·i ,
Э.д.с.
самоиндукции имеет направление,
противоположное току в проводе и
тормозит его изменение в соответствии
с законом Ленца.
При прохождении
переменного тока переменное магнитное
поле возникает как вне проводника, так
и внутри него, причем по отношению к
этому полю различные участки сечения
провода находятся не в одинаковых
условиях. Э.д.с. самоиндукции максимальна
в центре проводника и затухает в
направлении к поверхности. Соответственно
и плотность тока наиболее сильно
ослабляется в центральных частях
проводника и в меньшей степени у
поверхности. С ростом частоты «вытеснение»
тока к поверхности проводника проявляется
сильнее, так как э.д.с. самоиндукции
пропорциональна частоте. Если радиус
кривизны поверхности велик по, сравнению
с глубиной, на которой сосредоточена
основная часть тока, то его можно
рассматривать как бесконечное
полупространство; заполненное веществом.
Уравнение распределения тока но сечению
проводника: JX(z) = J0exp(-z/),
Плотность тока изменяется по тому же
закону, что и напряженность электрического
поля, т. к. J = ·E.
По мере удаления от поверхности
изменяется не только амплитуда поля,
но и фаза электромагнитных колебаний
на -z/,
т.
Металлические
пленки широко используются в
микроэлектронике в качестве межэлементных
соединений, контактных площадок,
обкладок конденсаторов, магнитных и
резистивных элементов интегральных
схем.
При комнатной температуре поверхностное рассеяние электронов оказывает значительное влияние на большую часть пленок из чистых металлов, в том случае, если их толщина меньше 200 – 300 Å. Однако при низких температурах, когда длина свободного пробега электронов в объеме материала существенно возрастает, влияние размерных эффектов проявляется при гораздо больших толщинах пленок.
Ограничения
длины свободного пробега вызывают лишь
те столкновения с поверхностью пленки,
которые носят неупругий характер,
являются незеркальными. При таком
отражении направление, в котором
движется электрон после столкновения,
не зависит от его первоначальной
траектории.
для /l >
для
/l
<< Для сравнительной оценки проводящих
свойств тонких пленок пользуются
параметром сопротивление квадрата R□
(или сопротивление на безразмерный
квадрат или удельное поверхностное
сопротивление), численно равным
сопротивлению участка пленки, длина
которого равна его ширине при прохождении
тока через две его противоположные
грани параллельно поверхности подложки:
R□ = ρ
/ .
В виду того, что R□ не зависит от величины
квадрата, сопротивление тонкопленочного
резистора легко рассчитать по формуле:
R = R□·l0/d0, Для изготовления тонкопленочных
резисторов обычно требуются пленки с
поверхностным сопротивлением 500-1000
Ом/квадрат. В качестве резистивных
материалов наиболее часто используют
тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден,
тантал, рений, хром) и сплав никеля с
хромом. Пленочные резисторы из чистых
металлов имеют то преимущество, что
они Постоянны по составу и поэтому
легче обеспечивается однородность их
структуры.
Коэффициент теплопроводности λ металлов много больше, чем у диэлектриков. Очевидно, что при прочих равных условиях, чем больше удельная электрическая проводимость металла, тем больше его коэффициент теплопроводности λ. При повышении температуры; когда подвижность электронов в металле и соответственно его удельная проводимость уменьшаются, отношение коэффициента теплопроводности металла к его удельной электрической проводимости λ/ должно возрастать. Математически это выражается законом Видемана – Франца – Лоренца: λ/ = L0/T, Закон Видемана – Франца – Лоренца для большинства металлов хорошо подтверждается при температурах, близких к нормальным или несколько повышенных. Температурный коэффициент линейного расширении проводников
Механические
свойства проводников. Эти свойства
характеризуются пределом прочности
при растяжении ,
относительным удлинением при разрыве
Д1/1, хрупкостью, твердостью и другими
параметрами.
Механические свойства
металлических проводников в весьма
большой степени зависят от механической
и термической обработки, от наличия
примесей и т.п. Отжиг приводит к
существенному уменьшению
и увеличению 1/1,
Термоэлектродвижущая сила. При
соприкосновении двух различных металлов
(или полупроводников) между ними
возникает контактная разность
потенциалов, обусловленная различием
значений работ выхода электронов и
различным значением концентраций
свободных электронов соприкасающихся
металлов. Термоэлемент, составленный
из двух различных проводников, образующих
замкнутую цепь, называют термопарой.При
различной температуре контактов в
замкнутой цепи возникает ток, называемый
термоэлектрическим током. Если цепь
разорвать в произвольном месте, то на
концах, разомкнутой цепи появится
разность потенциалов, называемая
термоэлектродвижущей силой. По имени
первооткрывателя это явление получило
название эффекта Зеебека. Как показывает
опыт, в относительно небольшом
температурном интервале термо-э.
д.с.
пропорциональна разности температур
контактов (спаев):U = Т(Т2–Т1),
Вторая составляющая термо-э.д.с.
обусловлена диффузией носителей заряда
от горячих спаев к холодным. Средняя
энергия электронов в металле хотя и
немного, но все же изменяется с
температурой. Электроны, сосредоточенные
на горячем конце, обладают несколько
большей кинетической энергией и большей
скоростью движения по сравнению с
носителями холодного конца. Поэтому
они в большем числе диффундируют в
направлении температурного градиента,
чем в обратном. Диффузионный поток,
унося отрицательный заряд из горячего
конца в холодный, создает между ними
разность потенциалов. Третья составляющая
термо-э.д.с. возникает в контуре вследствие
увлечения электронов квантами тепловой
энергии (фононами). Их поток также
распространяется к холодному концу.
Все составляющие термо-э.д.с. определяются
небольшой концентрацией электронов,
расположенных на энергетических уровнях
близких к уровню Ферми, и отстоящих от
него на величину порядка kТ.
Поэтому
удельная термо-э.д.с. для металлов
оказывается очень небольшой. Квантовая
теория дает следующее выражение для
удельной термо-э.д.с. одновалентных
металлов:
Металлические термопары широко используются для точного измерения температуры. В процессе измерений необходимо стабилизировать температуру одного из спаев.
Общие сведения об испытаниях сопротивления изоляции | EC&M
Благодарим вас за посещение одной из наших самых популярных классических статей. Если вы хотите ознакомиться с обновленной информацией по этой теме, ознакомьтесь с недавно опубликованной статьейУпрощенное испытание сопротивления изоляции . |
Изоляция начинает стареть, как только она изготовлена. По мере старения его теплоизоляционные свойства ухудшаются. Любые суровые условия установки, особенно с экстремальными температурами и/или химическими загрязнениями, ускоряют этот процесс. Это ухудшение может привести к возникновению опасных условий для надежности электроснабжения и безопасности персонала.
Таким образом, важно быстро определить это ухудшение, чтобы можно было предпринять корректирующие действия. Один из простейших тестов и требуемый для него тестовый инструмент не все понимают. Чтобы помочь устранить это непонимание, давайте подробно обсудим измерение сопротивления изоляции (IR) и мегомметр.
Компоненты для проверки изоляции
Давайте рассмотрим этот вопрос по компонентам.
Мегаомметр . Базовая схема подключения мегомметра показана на рис. 1 (ниже). Мегаомметр похож на мультиметр, когда последний выполняет свою функцию омметра. Однако есть различия.
Во-первых, выход мегаомметра намного выше , чем у мультиметра. Применяются напряжения 100, 250, 500, 1000, 2500, 5000 и даже 10000В (9).0023 Таблица 1 ). Наиболее распространенные напряжения 500В и 1000В. Более высокие напряжения используются для большей нагрузки на изоляцию и, таким образом, для получения более точных результатов.
Во-вторых, диапазон мегомметра измеряется в мегаомах, как следует из его названия, а не в омах, как в мультиметре.
В-третьих, мегомметр имеет относительно высокое внутреннее сопротивление, что делает его использование менее опасным, несмотря на более высокое напряжение.
Проверка соединений . Мегаомметр обычно снабжен тремя клеммами. Клемма «LINE» (или «L») является так называемой «горячей» клеммой и подключается к проводнику, сопротивление изоляции которого вы измеряете. Помните: эти тесты выполняются при обесточенной цепи.
Клемма «ЗЕМЛЯ» (или «Е») соединяется с другой стороной изоляции, проводом заземления.
Клемма «GUARD» (или «G») обеспечивает обратный контур, который обходит счетчик. Например, если вы измеряете цепь с током, который вы не хотите включать, вы подключаете эту часть цепи к клемме «GUARD».
Рис. 2, 3, и 4 показаны соединения для тестирования трех распространенных типов оборудования. На рис. 2 показано соединение для проверки ввода трансформатора без измерения поверхностной утечки.
Измеряется только ток через изоляцию, так как любой поверхностный ток будет возвращаться на вывод «GUARD».
Различные проверки изоляции
В основном, с помощью мегомметра можно выполнить три различных проверки.
1) Сопротивление изоляции (IR). Это самый простой из тестов. После выполнения необходимых подключений вы прикладываете испытательное напряжение в течение одной минуты. (Интервал в одну минуту является отраслевой практикой, которая позволяет всем снимать показания одновременно. Таким образом, сравнение показаний будет иметь ценность, потому что, несмотря на то, что они были получены разными людьми, методы испытаний непротиворечивы.) Во время этого интервал, сопротивление должно падать или оставаться относительно постоянным. В больших изоляционных системах будет наблюдаться устойчивое снижение, в то время как в меньших системах оно останется стабильным, потому что емкостные токи и токи поглощения быстрее падают до нуля в меньших изоляционных системах.
Через одну минуту прочтите и запишите значение сопротивления.
Обратите внимание, что ИК чувствителен к температуре. При повышении температуры ИК уменьшается, и наоборот. Поэтому, чтобы сравнить новые показания с предыдущими, нужно скорректировать показания до некоторой базовой температуры. Обычно в качестве температур сравнения используются 20°C или 40°C; таблицы доступны для любой коррекции. Однако общее практическое правило заключается в том, что IR изменяется в два раза на каждые 10°C.
Например, предположим, что мы получили ИК-показание 100 МОм при температуре изоляции 30°C. Скорректированное значение IR (при 20°C) будет равно 100 МОм, умноженное на 2, или 200 МОм.
Также обратите внимание, что допустимые значения IR зависят от оборудования. Исторически полевой персонал использовал сомнительный стандарт один мегаом на кВ плюс один. Международная ассоциация электрических испытаний. (NETA) Спецификация NETA MTS-1993, Спецификации эксплуатационных испытаний для оборудования и систем распределения электроэнергии , обеспечивает гораздо более реалистичные и полезные значения.
Результаты испытаний следует сравнить с предыдущими показаниями и с показаниями, полученными для аналогичного оборудования. Любые значения ниже стандартных минимумов NETA или внезапные отклонения от предыдущих значений должны быть исследованы.
2) Коэффициент диэлектрической абсорбции . Это испытание признает тот факт, что «хорошая» изоляция будет показывать постепенно увеличивающееся IR после приложения испытательного напряжения. После выполнения соединений подается тестовое напряжение, и ИК считывается в два разных момента времени: обычно либо 30 и 60 с, либо 60 с и 10 мин. Последнее показание делится на более раннее показание, в результате чего получается коэффициент диэлектрической абсорбции. 10 мин./60 сек. отношение называется индексом поляризации (ПИ).
Например, предположим, что мы применяем мегомметр, как описано ранее, с соответствующим испытательным напряжением. Одна мин. ИК показание составляет 50 МОм, а 10 мин. ИК показание 125 МОм. Таким образом, PI равен 125 МОм, разделенным на 50 МОм, или 2,5.
В различных источниках есть таблицы допустимых значений коэффициентов диэлектрической абсорбции (см. Таблица 2 ).
* Эти результаты будут удовлетворительными для оборудования с очень низкой емкостью, например, для коротких участков домашней электропроводки.
** В некоторых случаях для двигателей значения примерно на 20 % выше указанных здесь указывают на сухую, хрупкую обмотку, которая может выйти из строя в условиях удара или во время пуска. Для профилактического обслуживания обмотка двигателя должна быть очищена, обработана и высушена, чтобы восстановить гибкость обмотки.
3) Проверка ступенчатого напряжения . Этот тест особенно полезен при оценке старой или поврежденной изоляции, не обязательно имеющей влажность или загрязнение. Здесь требуется измерительный прибор с двойным напряжением. После выполнения соединений проводится ИК-тест при низком напряжении, скажем, 500 В. Затем испытуемый образец разряжается, и испытание проводится снова, на этот раз при более высоком напряжении, скажем, 2500 В.
Если разница между двумя показаниями ИК-излучения превышает 25 %, следует подозревать старение или повреждение изоляции.
ВТОРАЯ ПАНЕЛЬ: Базовая теория
Эквивалентная схема для электрической изоляции показана на Рис. 5 ниже. Верхняя клемма может быть центральным проводником силового кабеля, а нижняя клемма — его экраном. Ток, протекающий через изоляцию кабеля, будет представлять собой ток, отмеченный на диаграмме как «полный ток». Как видите, общий ток равен сумме «емкостного тока» плюс «ток поглощения» плюс «ток утечки».
Обратите внимание, что общий ток не является током нагрузки, протекающим через систему. Скорее, это ток, который течет от проводника под напряжением через изоляцию к земле.
Давайте дадим здесь несколько основных определений.
Емкостный ток . Конденсатор создается, когда два проводника разделены изолятором. Такова ситуация в энергосистеме.
Если внезапно приложить постоянное напряжение (замыкание переключателя в Рис.
5 ), электроны устремятся к отрицательной пластине и вытянутся из положительной пластины. Первоначально этот поток тока будет очень большим, но постепенно он будет уменьшаться до гораздо меньшего значения, в конечном итоге приближаясь к нулю. Ток, обозначенный как «емкостной зарядный ток» в На рис. 6 ниже показано, как этот ток изменяется со временем после подачи постоянного напряжения.
Ток утечки . Ни одна изоляция не идеальна; даже новая изоляция будет иметь некоторый ток утечки, хотя и небольшой. Этот ток утечки будет увеличиваться по мере старения изоляции. Это также ухудшится, когда изоляция будет влажной или загрязненной.
«Ток проводимости или утечки», показанный на Рис. 6 , является графическим представлением тока утечки. Обратите внимание, что он начинается с нуля и быстро увеличивается до конечного значения 10 микроампер. Так ведет себя хороший утеплитель. Однако по мере старения и ухудшения изоляции могут происходить два изменения тока утечки.
Одним из изменений может быть то, что конечное значение тока утечки может увеличиваться, а не выравниваться. Например, вместо выравнивания на уровне 10 мкА конечный ток может увеличиться до 20 мкА. Другое изменение может заключаться в том, что вместо быстрого роста до конечного значения и выравнивания ток утечки может просто продолжать увеличиваться. В этом случае изоляция в конечном итоге выйдет из строя.
Ток поглощения . Заряды, образующиеся на пластинах конденсатора, притягивают в изоляции заряды противоположной полярности, заставляя эти заряды двигаться и, таким образом, потребляя ток. Наибольшее движение заряда происходит в начальные моменты, а затем постепенно сужается почти до нуля. Этот ток называется диэлектрической абсорбцией, или просто током абсорбции. График этого тока во времени, обозначенный как «ток поглощения», также показан на рис. 6 .
Суммарный ток . Полный ток, протекающий в цепи, равен сумме компонентов, показанных на рис.
6. Полный ток, протекающий при приложении постоянного напряжения, начинается с относительно высокого значения, а затем падает, достигая значения чуть выше ток утечки. При плохой или поврежденной изоляции общий ток будет медленно падать или даже увеличиваться.
Дополнительную информацию см. в разделе «Упрощенное измерение сопротивления изоляции».
Сопротивление человеческого тела | Физика Ван
Категория Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе
Подкатегория
ПоискЗадайте вопрос
Последний ответ: 22.10.2007
Q:
скажите значение сопротивления человеческого тела
— тиру (21 год)
india
A:
Thiru —
Существует множество факторов, и не у всех людей одинаковое электрическое сопротивление. Например, мужчины, как правило, имеют более низкое сопротивление, чем женщины.
Так же, как и для резисторов, используемых в электронике, сопротивление руки человека зависит от длины и диаметра руки. Сопротивление увеличивается с длиной и уменьшается с диаметром. Поскольку мужчины, как правило, имеют более толстые руки и ноги (больше мышц), они обычно имеют более низкое сопротивление. Приблизительное значение для внутреннее сопротивление тела человека составляет 300-1000 Ом. Естественно, сопротивление также зависит от пути, по которому проходит электричество через тело — если электричество идет в левой руке и выходит из правой ступни, то сопротивление будет намного выше, чем если оно входит и выходит из соседних пальцев.
Ткани тела с наибольшим сопротивлением – это кости и жир, а нервы и мышцы имеют наименьшее сопротивление. Тем не менее, большая часть сопротивления тела находится в коже — мертвые, сухие клетки эпидермиса (внешний слой кожи) являются очень плохими проводниками. В зависимости от человека сопротивление сухая кожа обычно находится в пределах 1000-100000 Ом.
Сопротивление кожи намного ниже, если она влажная или обожженная/покрытая волдырями. Это означает, что когда человека в реальной жизни бьет током, сопротивление тела падает по мере ожога кожи. Чтобы определить общее сопротивление человека, просто сложите сопротивление каждой части тела — помните, что электричество должно пройти через кожу дважды (на входе и выходе), поэтому общее сопротивление равно:
R всего = R кожа (внутрь) + R внутр. + R кожа (наружу)
Еще один интересный момент, который следует учитывать, заключается в том, что эпидермис не только действует как резистор, но и действует как конденсатор при контакте с кусок металла (основная ткань похожа на одну пластину конденсатора, а металлическая поверхность похожа на другую пластину — сухой эпидермис является менее проводящим материалом или «диэлектриком» между ними). В случаях поражения электрическим током от источника постоянного напряжения это емкостное свойство не имеет большого значения.
Но если поражение электрическим током происходит от источника переменного тока, естественное сопротивление эпидермиса «закорачивается», что позволяет току обходить эту часть сопротивления тела и значительно снижает общее сопротивление тела.
— Тамара
Ссылка: Р. Фиш и Л. Геддес, Медицинские и биоинженерные аспекты электрических травм, c2003 Lawyers & Judges Publishing Company, Inc.
(опубликовано 22.10.2007)
90 016 Следовать- Вверх №1: Емкость человека (в фарадах)Q:
Как человеческое тело действует как конденсатор?
— ару (25 лет)
Ченнаи, Тамил Наду, Индия
A:
Электрическая емкость определяется количеством статического заряда на теле, деленным на напряжение тела относительно некоторого эталонного заземления. Для изолированного сферического тела радиуса R с накопленным зарядом Q напряжение относительно земли на бесконечности (или очень далеко по сравнению с R) равно V = Q/(4*pi*эпсилон o )/R что дает C = 4*pi*epsilon o *R .
Для R = 1 метр C = 111 пикофарад. Фактические измеренные значения емкости человеческого тела (относительно дальней земли) варьируются от 100 до 200 пикофарад. Между прочим, эпсилон o — это экспериментально измеренная диэлектрическая проницаемость свободного пространства.
LeeH
(опубликовано 22.10.2007)
Дополнение №2: проводимость человека
Вопрос:
четкий и точный ответ. Я наткнулся на несколько веб-страниц, пытающихся ответить на этот вопрос расплывчатыми, а иногда и нелепыми ответами. Еще одна страница фактически указывала на разницу переменного/постоянного тока, но не объясняла причину (эпидермис как диэлектрический) — теперь это имеет смысл.
— Марко (32 года)
Сан-Диего, США
A:
Спасибо!Mike W.
Кстати, вы можете увидеть исходный пост, это # 6793.
LeeH
(опубликовано 04.08.2009)
Дополнение №3: Последовательное или параллельное сопротивление в электрических потрясения?
В:
мы получаем удары током в периоды, когда мы касаемся источника переменного тока высокого напряжения?
Кроме того, когда через нас проходит постоянный ток, мы вибрируем или испытываем толчки во время периода?
в одном из ваших предыдущих ответов вы указали, что Rtotal = Rskin(in) + Rinternal + Rskin(out), я не согласен, так как вы не можете рассматривать его как последовательное соединение, это параллельное соединение.
— Рагхавендра
Бангалор, Карнатака, Индия
A:
Я думаю, что предыдущий ответ правильный. При поражении электрическим током ток сначала должен пройти через кожу, затем через тело и, наконец, снова через кожу. Мне это кажется сериалом.LeeH
(опубликовано 25.08.2010)
Дополнение №4: Остановка часов и ноутбуков?
Q:
Я знаю, это прозвучит глупо, но вот оно…
Может ли человеческое тело остановить часы и ноутбуки?
— Розмари (37 лет)
Dickinson, TX USA
A:
Мне трудно поверить, что человеческое тело может остановить часы, если только человеческая рука не уронит часы с большого расстояния. Остановить ноутбук, хотя это другое дело. Однажды я уничтожил беспроводную карту своего ноутбука холодным зимним днем, пошаркав по ковру и коснувшись его, прежде чем разрядить себя. Большая искра сделала это. Кроме статического электричества, я не вижу других явлений человеческого тела, которые могли бы это сделать, кроме неуклюжести.
LeeH
(опубликовано 22.08.2011)
Дополнение №5: Опасность поражения электрическим током
В:
Какое напряжение наиболее опасно: низкое или высокое?
— Ариэль (17 лет)
gensan.phil.
А:
Опасность поражения электрическим током зависит главным образом от общего тока, протекающего через тело. Ток, согласно закону Ома, пропорционален напряжению, деленному на полное сопротивление цепи. Это включает сопротивление кожи плюс внутреннее сопротивление тела. Сопротивление кожи может варьироваться в 100 раз и более в зависимости от того, сухая кожа или влажная с соленым потом. При одном и том же значении сопротивления кожи чем выше напряжение, тем больше опасность сильного поражения электрическим током. При одном и том же значении напряжения чем влажнее контакт с кожей, тем больше опасность. Выбирайте. Я отметил этот ответ как продолжение вопроса № 6793, в котором обсуждаются некоторые другие аспекты поражения электрическим током.
LeeH
(опубликовано 20.06.2012)
Дополнение № 6: низкое значение ручного резистора
Q:
Эй, спасибо за ваше время Я был в лаборатории и тестировал резистор на 100 кОм. С резистором в руках мультиметр показал 47 кОм. Неважно, как сильно или мягко я держал его. 3 других моих пирса читают 87k olhms или больше. Почему может быть такая разница?
— матовый (29 лет)
Канада
A:
Это звучит весьма своеобразно. Что особенно странно, так это то, что 47 кОм является стандартным номиналом резистора. Игнорируя это, могли ли ваши руки быть потными?Mike W.
(опубликовано 04.04.2013)
Дополнение №7: цепь безопасности на лодке
Вопрос:
имеет «особенность» в том, что он работает только в том случае, если он находится в воде или если у вас нет крышки, если вы коснетесь рукой каждого из двух латунных гребных валов. Эта цепь, которая включает в себя руку или воду, последовательно подключена к выключателю лодки.
Как это может работать? Это «превосходная» предварительно собранная лодка Misquito, сделанная в Китае.
— Ричард Мекстрот (69 лет)
Вонор
Ответ:
Я не думаю, что гидравлическое соединение между валами может быть последовательно с двигателем. Сопротивление слишком велико. Вместо этого, держу пари, есть отдельная цепь, включающая воду между валами, по которой течет небольшой ток, который управляет каким-то переключателем в цепи главного двигателя. Таким образом, соединение вал-вал будет последовательно с выключателем, как вы обнаружили, но не последовательно с двигателем.
Предположительно, это сделано в целях защиты. Возможно, если двигатель свободно работает на воздухе, он перегревается.
Mike W.
(опубликовано 18.08.2013)
Дополнение №8: аварийный выключатель лодки
Вопрос:
Это самый умный/полезный ответ, который я получил. Никто на форумах моделей лодок, кажется, не знает. Да, выключатель идет в герметичный электронный блок, поэтому я согласен, что эта часть схемы не потребляет полный ток двигателей.
Я все еще удивлен, что либо ваша рука на латунных валах, либо они в воде активируют электрическую систему лодки. Интересно, сопротивление или емкость влияет на схему? Мой вольтметр (9вольтовая батарея) не будет измерять сопротивление на моей руке, оно показывает бесконечность.
— Ричард Мекстрот (69 лет)
Вонор
A:
Да, мне также интересно, на что больше полагается сопротивление или емкость. Если он работает с деионизированной водой, держу пари, это емкость, так как удельное сопротивление очень велико. Для схемы предохранительного выключателя это особого значения не имеет, вряд ли она заметит фазу тока.
Майк В.
(опубликовано 19 августа/2013)
Дополнение №9: Управление сенсорным экраном I-Pad
Вопрос:
Привет, спасибо за ваши знания. Вопрос: Я хотел бы управлять сенсорным экраном своего iPad, не касаясь его. Стилус является проводником электрического поля тела. Я хочу создать электрическое поле тел механически, без участия человека.
Возможно ли это и что для этого нужно? ИЭ: батарейки, чип?
— Скотт (45 лет)
Хаверхилл, штат Массачусетс
A:
Емкостные датчики на экране Ipad обнаруживают присутствие любого проводника или материала с очень высокой диэлектрической проницаемостью очень близко к экрану, поскольку они увеличивают емкость ближайших конденсаторов. Вы можете приобрести стилусы с проводящими наконечниками для Ipad. Вам не нужна емкость на землю, обеспечиваемая корпусом. Щупами можно было манипулировать чем угодно.
(Большинство других сенсорных экранов используют небольшие резистивные переключатели, активируемые механическим нажатием. Их стилусы обычно непроводящие, поэтому они не работают с Ipad.) 2013)
Дополнение №10: связаться с ipad
Вопрос:
Вы не ответили на последующее сообщение №9 так, как он хотел. Он уже знал, что вы сказали в ответ. Он спрашивал, есть ли способ эмулировать электрическое поле человеческого пальца без связи с человеческим телом.
В отличие от существующих стилусов. Скажем, вы робот, и вам нужно использовать iPhone. Как бы вы взаимодействовали с экраном?
— Эли (23 года)
Калифорния
A:
На самом деле то, что мы сказали, не могло быть тем, что уже знал предыдущий задавший вопрос, поскольку мы противоречили одному из его предположений. Нет необходимости эмулировать электрическое поле пальца, соединенного с телом. Единственное, что нужно, это иметь проводник или материал с очень высокой диэлектрической проницаемостью, чтобы возмущать поле, исходящее от экрана. Если по какой-то причине ваш робот захочет точно подражать пальцу, ему может понадобиться небольшой мешочек с соленой водой.
Майк В.
(опубликовано 16.05.2014)
Дополнение №11: самодельный стилус для сенсорного экрана
Вопрос:
АНТ. Да, это удовлетворяет потребности, но неинтересно думать только о потребностях. Нам не нужны световые мечи или ховерборды. Но ты же знаешь, что мы все чертовски хотим их.
Интересно про мешок с морской водой. Я этого не знал.
Но позвольте мне быть более прямым и честным:
Я хочу использовать на своем iPad стилус с тонким наконечником (статус шариковой ручки) и проецировать то же электрическое поле, что и человеческий палец (поскольку сенсорная сетка отказывается распознавать что-либо шириной менее 4 мм), чтобы изменить напряжение конденсаторов, окружающих наконечник, точно так же, как при прикосновении к стеклу пальцем.
И прежде чем вы скажете «купить один»
Я отказываюсь. Я не буду платить 50 долларов за дефектные продукты (отзывы покупателей ужасающие), а стилусы Bluetooth слишком дорогие/причудливые, чтобы я их хотел. Но самое главное: я хочу сделать это сам. Это весело. Это познавательно.
Итак: как мне это сделать?
— Эли (23 года)
Калифорния
A:
Избежать высоких цен на приобретаемые в магазине щупы – это хорошая идея. Вот предположение о том, что может работать хорошо. Возьмите небольшой металлический стержень толщиной в несколько миллиметров с красивым закругленным концом.
Вы даже можете закруглить конец напильником. Затем покройте стержень тонким пластиковым материалом. Такие покрытия продаются в хозяйственных магазинах по невысокой цене. Цель покрытия — предотвратить повреждение экрана при случайном касании самодельным стилусом.
Поскольку у нас нет никакого опыта в этом бизнесе, пожалуйста, не предъявляйте нам иск за повреждение экрана, если что-то пойдет не так.
Mike W.
(опубликовано 16.05.2014)
Дополнение №12: дешевое измерение емкости
Q:
Привет, спасибо за помощь. Могу ли я измерить емкость материала? Например, тонкий пластиковый материал, о котором говорилось в предыдущем ответе. Как бы вы измерили емкость, используя дешевый способ, если это возможно?
— Джордан (25 лет)
Сингапур
A:
Как измерить емкость небольшого конденсатора во многом зависит от того, что у вас есть. Самый простой способ (здесь это не удивительно) использовать измеритель емкости. Похоже, вы можете получить один примерно за 70 долларов (США), который будет измерять достаточно маленькую емкость.
Если у вас уже есть осциллограф с высокоимпедансным входом, вы можете зарядить конденсатор от батареи, а затем позволить заряду стекать через большой резистор, контролируя напряжение на осциллографе. Время стока (примерно до 40 % от начального напряжения) равно RC, сопротивление умножается на емкость. Существуют всевозможные вариации на эту тему, например, посмотреть, сколько переменного тока протекает через конденсатор при определенном переменном напряжении, если у вас есть обычный амперметр для измерения тока и напряжения и какой-либо подходящий источник переменного напряжения. Текущая магнитуда будет равна 2πVCf, где f — частота. Не используйте напряжение от стандартных розеток. Он слишком большой и может убить вас или повредить ваш маленький конденсатор. Вам нужно небольшое напряжение и, возможно, гораздо более высокая частота, чтобы ток через конденсатор был достаточно большим для измерения.
Mike W.
(опубликовано 10.06.2014)
Дополнение №13: Емкостная связь и вы емкость тела) для работы устройств с сенсорным экраном? Существует множество исследований, показывающих влияние технологий на нашу способность думать, рассуждать, учиться.
Конечно, должно быть огромное влияние от того, что все эти передачи мобильных телефонов летают по воздуху. А также влияние постоянного использования сенсорных экранов. Раньше идея о том, что использование сотового телефона может вызвать рак в мозгу людей, которые неоднократно прижимали мобильные телефоны к телу, считалась абсурдной (звучит жутко похоже на утверждения о том, что курение не вызывает рак), и теперь доказательств становится все больше. Постоянное использование емкости тела с помощью сенсорных экранов также должно оказывать влияние. Какие-нибудь реальные исследования проводились по этому поводу? Да, я знаю, что стандартный ответ заключается в том, что это такое небольшое количество электричества, но постоянное капание воды на камень в конечном итоге проделает в нем дыру. — Питер (46 лет)
Beaver Dam, WI, USA
A:
Можно не соглашаться со стандартным ответом. Но спросите себя: «Что убедит меня в том, что я не прав?»
Будьте конкретны. Каким стандартам должно соответствовать исследование? Кому бы вы доверили сделать это правильно? Нужно ли это повторять другим? Если бы результат не подтверждал то, во что вы уже верите, стали бы вы подозревать, что правда каким-то образом скрывается? Если вы не можете придумать ничего, что могло бы вас убедить, это должно быть предупреждением о том, что вы позволяете себе руководствоваться скорее своим отношением к проблеме, чем доказательствами.
Ученые тоже должны быть осторожны в этом вопросе.
С учетом сказанного, мне неизвестны какие-либо исследования долговременной безопасности емкостных сенсорных экранов. Всегда возможно, что есть какой-то вредный эффект, который мы не предсказали, но «стандартный ответ» о том, что количество задействованного заряда очень мало, имеет большой смысл. Камни и вода тут ни при чем.
Еще один момент, о котором следует подумать: если бы сенсорные экраны были вредными, любая другая токопроводящая поверхность, к которой вы прикасаетесь (металл, вода, другие люди), вероятно, тоже была бы вредной. Емкостная связь возникает между любыми двумя проводниками, разделенными изолятором, например воздухом, стеклом или грязью. Сенсорные экраны просто обеспечивают проводящую поверхность, изолятор и способ измерения локального изменения емкости, вызванного вашим пальцем.
Ребекка Холмс
(опубликовано 22.09.2014)
Дополнение №14: Проверка сенсорных экранов
Вопрос:
Ребекка,
Спасибо за ваш ответ, это ценится.
Да, научный метод вообще очень полезный и ценный инструмент. Мир науки, однако, часто отклоняется от научного метода (вспомните, что ученые табачных компаний предоставляют «доказательства» того, что сигареты не вызывают рак, или ученые нефтяных компаний предоставляют «доказательства» того, что изменение климата не связано с деятельностью человека). деятельности и др.). Много раз то, что считалось безопасным, позже оказывалось таковым; и тот факт, что не было исследований (о которых либо вы, либо я знаем, по крайней мере), изучающих влияние использования технологий сенсорного экрана, посылает мне предупреждающий знак.
Раньше, когда я носил свой мобильный телефон в переднем левом кармане брюк, верхняя часть левой ноги, чуть выше колена, начала неметь. Когда я перестал класть туда телефон, онемение прошло. Промышленность годами говорила, что сотовые телефоны безопасны, но теперь появляется все больше и больше доказательств обратного. Ноутбуки вызывают снижение количества сперматозоидов у мужчин.
Промышленность имеет тенденцию двигаться вперед, не проверяя вещи достаточно хорошо и не проверяя их с точки зрения системного воздействия. В наши дни, когда я использую технологию сенсорного экрана, я чувствую странное ощущение в кончиках пальцев (очень похожее на колено), и это дает мне внутреннее ощущение, что что-то не так. Я не параноик, мне нравятся вещи, основанные на доказательствах, поэтому я задал вопрос здесь, на этом форуме — проводились ли какие-либо исследования по этому поводу?
Помимо прочего, я педагог, и за годы изучения педагогики я обнаружил, что лучшее образование, как правило, представляет собой баланс трех вещей: [полученные знания: что находится в «коробке»] + [критическое мышление: тот факт, что это коробка; что если мы изменим то, на чем мы фокусируемся или как мы фокусируемся на этом, часто информация, которую мы получаем, изменится] + [креативность: нестандартное мышление]. На мой взгляд, баланс между этими тремя составляющими является наилучшим, однако мы слишком часто сосредотачиваемся на первой части, полученных знаниях.
Возьмите обычные дебаты по телевидению о войне в Ираке (сейчас с Сирией и Ираном), и они выглядят так: «Должны ли мы бомбить их сейчас или позже?» Дискуссия оформлена; исключены идеи вообще не бомбить Ирак, или убрать наши военные базы со всего мира, или дипломатия, или или, или… То же самое, мне кажется, происходит и в мире науки. Финансирование предоставляется для некоторых проектов и некоторых идей, но не для других, что означает, что одна информация создается, а другая нет. Об этом (применительно к технологиям) довольно хорошо пишет Нил Постман в своей книге «Технополия».
И, как я упоминал ранее, существует также очень важный вопрос системного мышления, который часто упускают из виду.
Из книги «Естественный капитализм»: «Подумайте о том, что произошло на Борнео в 1950-е годы. Многие жители даяков болели малярией, и у Всемирной организации здравоохранения было простое и прямое решение. Распыление ДДТ, казалось, сработало: комары погибли, а малярия уменьшилась. Но затем начала появляться широкая сеть побочных эффектов («последствия, о которых вы не подумали», — язвительно замечает биолог Гарретт Хардин, — «существование которых вы будете отрицать как можно дольше»).
Крыши домов людей начали рушиться, потому что ДДТ также убил крошечных ос-паразитов, которые ранее контролировали гусениц, питающихся соломой. Колониальное правительство заменило крыши из листового металла, но люди не могли спать, когда тропические дожди превращали жестяные крыши в барабаны. Между тем, отравленных ДДТ жуков поедали гекконы, которых поедали кошки. ДДТ незаметно встроился в пищевую цепочку и начал убивать кошек. Без кошек крысы размножились. Всемирная организация здравоохранения, которой угрожали потенциальные вспышки сыпного тифа и лесной чумы, которые она же сама и создала, была вынуждена сбросить на Борнео с парашютом четырнадцать тысяч живых кошек. Так произошла операция Cat Drop, одна из самых странных миссий британских Королевских ВВС».
Можно продолжать и продолжать, но я возвращаюсь к своей основной мысли: мы действительно не знаем, потому что это не изучалось. Предполагать нехорошо, и идти вперед к массовому глобальному масштабу (вспомните все тачскрины повсюду) не подвергая сомнению «очевидное», мне кажется не научным и не мудрым.
Мир,
Петр
— Питер (46 лет)
Бивер-Дэм, Висконсин, США
A:
Питер,
Спасибо за все ваши вдумчивые замечания. Если бы вы могли показать, что использование сенсорных экранов действительно вызывает ощущение, вы могли бы заинтересовать кого-то в изучении этого предмета. Один из способов сделать это — попросить ассистента с генератором случайных чисел случайным образом показать вам настоящий или «фальшивый» сенсорный экран (может быть, кусок стекла, сделанный так, чтобы он выглядел и ощущался одинаково, или, может быть, тот же сенсорный экран, повернутый off) много раз и посмотреть, сможете ли вы надежно определить разницу между ними (надежно = лучше, чем 50% со статистической значимостью).
Было бы еще убедительнее собрать группу добровольцев, чтобы половина из них касалась активных сенсорных экранов, а половина — подделок. Затем вы можете попросить их оценить, как ощущаются их пальцы, и найти разницу между двумя группами. Ничто из этого ничего не доказывало бы о вредном воздействии, но было бы с чего начать.
