Электрическое сопротивление тела человека
Электрическое сопротивление тела человека
Тело человека является проводником электрического тока, при этом разные ткани тела оказывают току разное сопротивление. Наибольшим сопротивлением обладает коже: её уникальное объемное сопротивление достигает 3*105…2*106 Ом*см. Другие ткани, в том числе мышечная ткань, кровь и особенно спинной и головной мозг имеют малое сопротивление. Следовательно, сопротивление тела человека определеятся главным образом сопротивлением кожи.
Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса и внутреннего – дермы.
Наружный слой (эпидермис) имеет несколько слоев, из которых самый верхний называют роговым. Роговый слой состоит из многих рядов омертвевших ороговевших клеток; он лишен кровеносных сосудов и нервов и является слоем неживой ткани, покрывающей тело человека.
Роговый слой имеет толщину на разных
участках тела от 0,05 до 0,2 мм; на ладонях
и подошвах, утолщаясь, он может образовывать
мозоли, т.
Роговый слой плохо проводит тепло и электричество. В сухом и незагрязненном состоянии роговый слой можно рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление составляет 107…108 Ом*см.
Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные в основном из живых клеток, можно условно объединить в один так называемый ростковый слой. Обычно он в несколько раз тоньше рогового слоя и обладает значительно меньшим сопротивлением.
Внутренний слой (дерма) является живой тканью. В нем находятся кровеносные сосуды, нервы, корни волос, потовый и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис. Электрическое сопротивление дермы не велико.
Сопротивление
тела человека при сухой, чистой и
неповрежденной коже, измеренное при
напряжении 15…20В, колеблется в пределах
от 3 до 100 кОм. Если на участках кожи, где
прикладываются электроды, соскоблить
роговый слой, сопротивление тела упадет
до 1…5 кОм, а при удалении всего верхнего
слоя (эпидермиса) – до 0,5…0,7 кОм.
Если
же под электродами полностью удалить
кожу, то сопротивление составить 0,3…0,5
кОм. Рисунок
1. Схема измерения сопротивления тела
человека
Сопротивление тела человека (рисунок 1.), т.е. сопротивление между электродами 1, можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений эпидермиса Rн (сопротивления между электродом 1, роговым слоем 2, ростковым слоем 3 и дермой 4) и внутреннего сопротивления Rв, которое включает в себя два сопротивления дермы 4 и сопротивление внутренних тканей тела 5.
Рисунок 2. Эквивалентная схема сопротивления тела человека
Наружное сопротивление тела обладает не только активной Rн, но и емкостной Сн составляющей (рисунок 2). Одной обкладкой конденсатора Сн являются токоведущие части 1, второй – дерма 4, а диэлектриком эпидермис 2.
Согласно приведенной эквивалентной схеме полное сопротивление тела человека будет равно
Так как значение емкости Сн мало, то для токов промышленной частоты сопротивление тела человека будет равно
Rz=Rв+2*Rн
Сопротивление тела человека зависит
от приложенного напряжения, значения
и частоты тока, времени прохождения и
состояния кожи.
С увеличением приложенного напряжения сопротивление тела человека Rz уменьшается, что объясняется электрическим пробоем рогового слоя.
С увеличением тока и времени его прохождения через тело человека Rz уменьшается, так как усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов и увеличению потовыделения.
Так как сопротивление кожи на различных участках тела неодинаково, то сопротивление зависит от площади и плотности контактов и места их приложения.
Переменный ток представляет большую опасность, чем постоянный ток такого же значения. С увеличением частоты тока сопротивление тела человека за счет емкостной составляющей уменьшается и при f=(10…20) кГц можно считать, что наружный слой кожи не имеет сопротивления электрическому току.
Сопротивление тела человека в сильной степени зависит от состояния кожи. Порезы, царапины, ссадины, увлажнения и потовыделение, загрязнение токопроводящими веществами могут уменьшать сопротивление кожи Rн.
Поэтому при расчетах сопротивление
тела человека Rч току
промышленной частоты считают неизменным
и равным 1000 Ом.
Электрическое сопротивление тела человека. — Студопедия
Поделись
Величина тока в электрической цепи через тело человека определяется сопротивлением этой цепи и приложенным напряжением. Электрическое сопротивление тела человека с точки зрения электротехники является специфическим – нелинейным и зависящим от частоты переменного тока. Электрическое сопротивление тела зависит от индивидуальных особенностей человека веса, роста, состояния кожного покрова ладоней рук и ступней ног. Внутренние ткани организма имеют различное удельное электрическое сопротивление (табл.1).
Анализ табл.1 показывает, что кожа, входящая в непосредственное соприкосновение, как правило, с металлическим контактом (электродом) электрической цепи, обладает наивысшим удельным электрическим сопротивлением и может определять электрическое сопротивление всей цепи через тело человека, однако это оказывается справедливым только для малых значений напряжения электрической цепи (до 50 В).
Таблица 1
Удельное объёмное электрическое сопротивление тканей человеческого организма
| № | Наименование тканей | Удельное электрическое сопротивление, Ом. м
|
| 1 2 3 4 5 6 | Кожа сухая Костная ткань (без надкостницы) Жировая ткань Мышечная ткань Кровь Спинномозговая жидкость | 3 . 104…2 . 105 104…2 . 105 300…600 15,0…30,0 10,0…20,0 5,0…6,0 |
Сравнительно большую величину электрического сопротивления кожи составляет электрическое сопротивление её достаточно тонкого (до 0,1 мм) наружного рогового слоя (эпидермиса), а внутренний слой обладает электрическим удельным сопротивлением близким по значению жировой и мышечной ткани (до 200 Ом
Наружный слой кожи, располагающийся между электродом электрической цепи и сравнительно хорошо проводящей внутренней областью кожи (рис.1), для анализа электрической цепи через тело человека можно представить в виде электрической схемы замещения, представляющей собой схему несовершенного конденсатора Сн, включённого параллельно с активным сопротивлением Rн.
Электрическую схему замещения всего тела человека по характерным путям протекания тока: ладонь – ладонь, ступня – ступня, ладони – ступни, ладонь – ступни с учётом электрической схемы замещения каждого контакта и внутреннего электрического сопротивления живых тканей организма Rв при напряжениях и токах, существенно превышающих внутренние биотоки и биопотенциалы организма, можно представить в виде последовательной электрической схемы (рис.1).
| Ток электрической цепи через тело человека |
| Протекание тока внутри тела человека |
| Внутренние ткани организма |
| Внутренний слой кожи |
| Наружный слой кожи (эпидермис) |
Рис.
1 Структура контакта электрода электрической цепи и
кожи человека и электрическая схема замещения этого контакта в виде несовершенной ёмкости
| Контакт 2 |
| внутреняя область тела |
| Контакт 1 |
| Ладонь 1 |
| Ладонь 2 |
Рис. 2 Электрическая схема замещения тела человека
Тело человека в электрической цепи может рассматриваться как простой физический проводник только при определённых допущениях, потому что при протекании тока в теле человека происходят сложные биофизические процессы. Как было показано, процесс протекания тока в живых тканях значительно сложнее процесса протекания тока в металлах, изоляции, электролитах и полупроводниках.
Большое значение имеет путь протекания тока.
Схема замещения отражает только характерные пути протекания тока. При этом названия путей: «ладонь – ладонь», «ступня – ступня» и т.п., — более точные по сравнению с названиями, часто применяемыми в технической литературе: «рука – рука», «нога – нога» и т.п. Дело в том, что при рассмотрении электрической схемы замещения тела человека не рассматриваются любые пути протекания тока. Как показано в трудах Манойлова В.Е., воздействие, например, электрического тока на акупунктурные точки человеческого тела, слизистые оболочки, область головы может вызвать летальный исход при очень малых значениях тока. Электрическая схема замещения в этом случае будет иметь особенности с точки зрения учёта малой проводимости нервных клеток или специфики внутреннего сопротивления электрической цепи. Такие сложные электрические воздействия на организм человека могут быть предметом специального исследования и в данном учебном курсе не рассматриваются.
Активное сопротивление Rн и ёмкость Сн составляют полное сопротивление наружного слоя кожи Zн.
Внутреннее сопротивление тела человека Rв в основном зависит от пути протекания (рис.3) и может колебаться в пределах 300…800 Ом. Экспериментальными исследованиями, проведёнными на основе выборки, состоящей из 87 человек (МИИТ — МГТУПС), получены средние значения внутренних сопротивлений в зависимости от пути протекания тока по телу человека (табл.2).
Рис. 3 Характерные пути протекания тока по организму человека
Полное электрическое сопротивление тела человека по характерным путям протекания, принимая допущение о равенстве площадей и условий возникновения контактов тела человека и электрической цепи, например, по пути «ладонь – ладонь» или «ступня – ступня», может быть выражено соотношением:
где — полная комплексная величина электрического сопротивления тела человека, Ом;
— комплексное значение электрического сопротивления наружного слоя кожи человека в месте контакта, Ом;
Rв – внутреннее электрическое сопротивление тела человека, Ом.
Таблица 2
Средние значения внутреннего электрического сопротивления тела человека
| № | Путь тока по телу человека | Rв, Ом |
| 1 2 3 4 | Ладонь – ладонь (рука – рука) Ладонь – ступни (рука – ноги) Ладони – ступни (руки – ноги) Ступня – ступня (нога – нога) | 660 510 330 520 |
Основы электроники: измерения сопротивления
Авторы: Дуг Лоу и
Обновлено: 26 марта 2016 г. омметр , который является стандартной функцией большинства мультиметров. Процедура проста: сначала вы отключаете от цепи все источники напряжения; затем вы прикасаетесь двумя щупами омметра к концам цепи и считываете сопротивление (в омах) на измерителе.
Сопротивление измеряется в единицах, называемых Ом, представленных греческой буквой омега (Ом). Стандартное определение один ом простое: это величина сопротивления, необходимая для протекания тока в один ампер при приложении к цепи напряжения в один вольт. Другими словами, если вы подключите резистор в один Ом к клеммам одновольтовой батареи, через резистор будет протекать ток в один ампер.
Один ом (1 Ом) на самом деле является очень небольшим сопротивлением. В электронных схемах обычно требуются сопротивления в сотни, тысячи или даже миллионы Ом.
Вот еще несколько моментов, которые следует учитывать в отношении сопротивления и сопротивления:
Сокращения к (для кило ) и М (для мега ) используются для тысяч и миллионов ом. Таким образом, сопротивление 1000 Ом записывается как 1 кОм, а сопротивление 1 000 000 Ом записывается как 1 МОм.
Для большинства электронных схем можно предположить, что значение сопротивления обычного провода равно нулю Ом (0 Ом).
В действительности, однако, только сверхпроводники имеют сопротивление 0 Ом.Даже медный провод имеет некоторое сопротивление. Из-за этого сопротивление провода обычно измеряется в омах на километр или на милю. Электронные схемы обычно имеют дело с проводами длиной не более нескольких дюймов или футов, а не километров или миль.
Короткое замыкание также имеет практически нулевое сопротивление.
Точно так же, как обычный провод и короткое замыкание можно считать имеющими нулевое сопротивление, изоляторы и разомкнутые цепи можно считать имеющими бесконечное сопротивление, а в действительности не существует такой вещи, как полностью бесконечное сопротивление.
Если вы подсоедините два провода к клеммам батареи и разнесете провода, между концами этих двух проводов будет существовать разность потенциалов, и между ними будет проходить очень небольшой ток — даже по воздуху, потому что воздух не имеет бесконечное сопротивление.
Этот ток необычайно мал — слишком мал, чтобы его можно было даже измерить, — но тем не менее он существует.
Электрические токи есть буквально везде.Единица измерения Ом названа в честь известного немецкого физика Георга Ома , , который в 1827 году первым объяснил взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением.
На самом деле открытие впервые сделал британский ученый по имени Генри Кавендиш более 45 лет назад, но Кавендиш так и не опубликовал свою работу. Если бы это было так, сопротивление измерялось бы в кавенах, а не в омах.
В действительности, однако, только сверхпроводники имеют сопротивление 0 Ом.
Электрические токи есть буквально везде.Эту статью можно найти в категории:
- Общая электроника,
Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
Узнайте все о том, как измерять и манипулировать схемой в вашей электронной конструкции с помощью напряжения, тока, сопротивления и закона Ома.
Чтобы понять истинную сущность электричества, нужно понять, как манипулировать и измерять напряжение, ток и сопротивление.
Мы взобрались на самые высокие вершины, чтобы найти правильную аналогию для объяснения природы того, как электричество работает в цепи: наши тела в движении.
Напряжение — все дело в потенциале
Представьте, что вы просыпаетесь утром. Вы лежите в постели, хотите еще несколько часов сна, но пришло время вашей ужасной утренней пробежки. Вы знаете, что это полезно для вас, и вы будете чувствовать себя прекрасно, как только начнете двигаться, но каждое утро вы должны делать выбор. Вы можете либо остаться в постели и поспать немного дольше, либо встать и начать двигаться.
Это сущность напряжения; все дело в разнице потенциалов. У всех нас есть потенциал, и когда дело доходит до бега, потенциал, о котором идет речь, делает выбор: бежать или спать. Если вы не решите бежать сегодня утром, ваш потенциал будет дремать, но если вы это сделаете, то этот потенциал вырвется наружу, заставив вас пробежать много миль и зарядив энергией весь оставшийся день.
Напряжение в электричестве
Как и способность двигаться или нет, напряжение представляет собой запасенную электрическую энергию с потенциалом движения.
Именно эта сила напряжения побуждает электроны течь по цепи и заставляет их работать час за часом.
Напряжение повсюду, оно только и ждет, чтобы мы воспользовались его потенциалом. Посмотрите на каждую неиспользуемую розетку в вашем доме. В этих розетках гудит напряжение, готовое работать на вас. Но, как и при выборе бежать, у вас есть выбор, подключаться ли к этому источнику напряжения в вашей розетке. Если оставить его в покое, то напряжение останется там, где оно есть, так и не реализовав весь свой потенциал.
В электрической цепи напряжение измеряется путем нахождения так называемой разности потенциалов между двумя точками с помощью мультиметра. Возьмите 9-вольтовая батарея, например, если вы измерите положительный и отрицательный концы, вы получите разность потенциалов 9 вольт (или близкую к этому). Положительный конец измеряет 9 В, а отрицательный конец измеряет 0 В. Минус два числа, и вы получите разность потенциалов.
Вы можете использовать мультиметр для быстрого измерения напряжения или разности потенциалов в аккумуляторе.
(Источник изображения) Напряжение бывает двух видов:
- Напряжение постоянного тока (постоянный ток), обеспечивающее постоянный поток отрицательного электричества.
- Напряжение переменного тока (переменного тока), которое непрерывно переключается с отрицательного на положительное.
Вот символы, которые вы должны искать на схеме для напряжения постоянного тока, напряжения переменного тока и батареи:
Вот некоторые из символов напряжения, на которые следует обратить внимание в вашей следующей схеме — батареи, постоянный и переменный ток.Отец напряжения – Алессандро Вольта
Человек дня, которому приписывают открытие напряжения – Алессандро Вольта (Источник изображения)Итальянский физик Алессандро Вольта первым открыл напряжение. Он также обнаружил массу других интересных вещей, в том числе:
- Открытие того, что при смешивании метана с воздухом можно создать электрическую искру, что положило начало ныне известному двигателю внутреннего сгорания.
- Открытие того, что электрический потенциал, хранящийся в конденсаторе, пропорционален его электрическому заряду.
- Вольте также приписывают создание первой электрической батареи, названной Вольтова батарея, которая позволила ученым того времени создать устойчивый поток электронов.
Актуальность – Плывите по течению
Возвращаясь к нашей аналогии с бегом, представьте, что вы приняли решение совершить утреннюю пробежку. На вас надеты кроссовки и шорты для бега, и вы выходите из своей двери, чтобы отправиться в путь. В этот момент у вас есть какое-то движение, когда вы начинаете свой бег, поток.
Может быть, через час вы начнете бегать, готовые пробежать много миль. Когда вы бежите, ваши умные часы точно измеряют, как далеко вы пробежали и как быстро вы двигались. Этот процесс запуска и измерения процесса и есть суть тока.
Ток в электричестве
Подобно тому, как вы делаете шаги для завершения утренней пробежки, ток представляет собой постоянное движение или поток электричества в цепи. Электрический ток, протекающий через вашу цепь, всегда измеряется в амперах или амперах. Но что держит этот поток в движении?
Это напряжение, о котором мы говорили ранее. Точно так же, как вам нужно сказать себе продолжать бежать, как только вы устанете, напряжение является движущей силой тока, которая заставляет его двигаться. Есть две точки зрения на то, как ток течет в цепи; Обычный поток или электронный поток. Давайте посмотрим на оба.
Обычный поток
Обычный поток был первым в период научных открытий, когда люди не понимали, что такое электроны и как они текут в цепи. В рамках этой модели предполагалось, что электричество течет от плюса к минусу.
Обычный поток с электричеством, протекающим от положительной к отрицательной стороне батареи. Вы все еще увидите, как этот менталитет используется в схемах сегодня, и хотя он не совсем точен, его немного легче понять, чем электронный поток.
В конце концов, если мы вернемся к нашей аналогии с бегом, вы начинаете с положительного источника энергии и бежите, пока она не закончится. Это позитивно-негативные отношения, как и многие вещи в жизни.
Электронный поток
Electron Flow был продолжением обычного потока. Эта модель точно изображает электроны как движущиеся в противоположном направлении, от отрицательного к положительному. Поскольку электроны отрицательны по своей природе, они всегда будут вытекать из отрицательного и бесконечно пытаться найти свой путь к положительной, низковольтной стороне источника питания.
И более ток электронов течет, причем электроны текут, как в действительности, от минуса к плюсу. Имеет ли значение, каким образом вы отображаете ток, протекающий в цепи? Не совсем. Вы, вероятно, увидите, что это представлено в обоих направлениях, когда вы смотрите на различные схемы. Взгляните на диоды или транзисторы на следующей схеме, которую вы исследуете; все они будут указывать в направлении обычного потока.
Человек, стоящий за текущим – Андре-Мари Ампер
Андре-Мари Ампер совершил гораздо больше, чем просто открытие Ампера. (Источник изображения)Ампер был французским физиком и математиком. Он также был одним из основателей науки классического электромагнетизма. Вы можете поблагодарить Ampere за несколько замечательных вещей, в том числе:
- Его главное открытие, демонстрирующее, что провод, по которому течет электрический ток, может либо притягивать, либо отталкивать другой провод, по которому также протекает ток, без использования физических магнитов.
- Он также был первым, кто выдвинул идею существования частицы, которую мы все широко признаем как электрон.
- Он также организовал химические элементы по их свойствам в периодической таблице за полвека до того, как появилась современная современная периодическая таблица.
Сопротивление — это материальный мир
Наша окончательная концепция: Сопротивление.
Представьте, что вы стоите спиной на беговой дорожке. По какой поверхности вы бегаете? Если вам повезет, то вы можете путешествовать по мягкой траве или грунтовой дорожке. Или, может быть, вы предпочитаете твердость улицы или тротуара.
Независимо от того, по какому пути вы бежите, ваши ноги встречают некоторое сопротивление, когда вы продолжаете двигаться вперед. Естественно, не все пути сопротивления одинаковы. Бег по грязи оказывает большее сопротивление вашей способности бежать по сравнению с бегом по грунтовой дорожке или улице. Вот что такое сопротивление — тяга и тяга материального мира.
Сопротивление в электричестве
Через какой бы материал ни проходило электричество, оно будет сталкиваться с некоторым трением, препятствующим его движению. Проще говоря, сопротивление замедляет ток. Хотя в электрической цепи есть определенные компоненты, такие как резистор, единственной задачей которого является сопротивление электричеству, любой физический материал будет оказывать некоторое сопротивление.
Сопротивление измеряется в Ом·Ом и имеет прямое отношение к току и напряжению. Например, чем больше у вас сопротивление, тем меньший ток может течь по цепи. Это как с бегом, чем гуще грязь, тем медленнее ты будешь бежать. Обратное также работает: если вы увеличиваете напряжение, чтобы ток двигался быстрее, ваше сопротивление будет меньше влиять на вашу цепь.
Мастер сопротивления – Георг Саймон Ом
Георг Ом – человек, который объединил напряжение, ток и сопротивление в теперь уже известный закон Ома. (Источник изображения) Г-н Ом был немецким физиком и математиком, и именно в дни работы школьным учителем он начал свои исследования с использованием новой электрической батареи, изобретенной Вольтой. С помощью своего собственного оборудования Ом обнаружил, что существует прямая зависимость между напряжением, приложенным к проводнику (например, к медному проводу), и результирующим электрическим током. Это стало известно как ныне известный закон Ома, на который мы все полагаемся сегодня.
Интересно отметить, что, когда Ом представил свои открытия в своей первой книге «Математическое исследование гальванической цепи», колледжу, в котором он работал в то время, это было безразлично. Так что же сделал Ом? Он ушел в отставку и получил новую работу в Нюрнбергской политехнической школе. Именно здесь его работа, к счастью, получила заслуженное внимание.
Соединяем все вместе с законом Ома
Итак, пришло время собрать все наши концепции воедино. Вот с чем нам предстоит работать:
- Напряжение (В) — накопленная электроэнергия, которая может двигаться. Когда этот потенциал активирован, напряжение действует как своего рода давление, толкая ток по цепи.
- Ток (I) – Поток электричества в цепи. Это можно измерить непосредственно в амперах, и есть две точки зрения на то, как течет ток — обычный поток и электронный поток.
- Сопротивление (R) – Сопротивление, с которым сталкивается электричество, просто протекая через какой-либо физический материал. Это измеряется в Омах.
Это измеряется в Омах.Собирая все это вместе, мы приходим к закону Ома:
В=ИК
В этом уравнении V = напряжение, I = ток и R = сопротивление. Гибкость закона Ома впечатляет, и его можно использовать для нахождения любого из этих трех значений, когда известны только два из них. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это работает.
Использование треугольника Ома
Ознакомьтесь с треугольником Ома ниже. Он обеспечивает простое визуальное представление того, как вы можете манипулировать законом Ома, чтобы получить нужные вам ответы. Чтобы использовать его, все, что вам нужно сделать, это закрыть букву значения, которое вам нужно выяснить, а оставшиеся буквы покажут вам, как туда добраться.
«Треугольник Ома» — удобный инструмент, позволяющий точно определить, какой именно вариант закона Ома необходимо использовать. Взгляните на схему ниже. У нас есть батарея 9В, подключенная к светодиоду и резистору. Единственная проблема заключается в том, что нам нужно выяснить, каково значение резистора.
Для этого давайте посмотрим на наш треугольник Ома. Скрывая R, мы видим, что V больше I, или V делится на I. Таким образом, разделив эти два числа, мы получим значение нашего резистора. Подставим эти числа в это уравнение: R = V/I.
- Начнем с самого очевидного, напряжение нашей батареи 9 вольт.
- Глядя на техническое описание нашего светодиода, мы видим рекомендуемый максимальный ток 16 мА (миллиампер), который преобразуется в 0,016 ампер.
- Подставив эти два числа в наше уравнение, мы получим R = 9 В/0,016 А, что равно 473,68. Это означает, что нам нужен резистор на 473 Ом, чтобы наш светодиод включился!
Сопротивление бесполезно
Понять, как работают вместе напряжение, ток и сопротивление, было не так уж сложно, не так ли? Мы надеемся, что в следующий раз, когда вы отправитесь на утреннюю пробежку, у вас появится новый взгляд на электричество.
