Сопротивление тела человека

Тело человека является проводником электрического тока. Как уже говорилось, разные ткани тела проводят ток по разному: наибольшее сопротивление Эл. Току оказывает кожа человека. Мышечная и жировая ткани, спинной и головной мозг, а также кровь имеют по сравнению с кожой весьма малое сопротивление. То есть можно считать, что сопротивление тела человека тока определяется сопротивлением кожи человека

Как вы помните, что кожа состоит из двух основных слоев: наружного — эпидермиса и внутреннего — дермы.

Что представляет собой электрическое сопротивление тела человека это сопротивление току, проходящему по участку тела между двумя электродами, приложенными к поверхности тела человека. Состоит из двух одинаковых сопротивлений наружного слоя тела, т.е эпидермиса и одного внутреннего сопротивления тела, которое включает в себя два сопротивления внутреннего слоя кожи, т.

е дермы и сопротивления внутренних тканей тела человека.

Наружное сопротивление тела состоит их двух наружных слоев кожи, прилегающих к электродам: активного и емкостного. Емкостное сопротивление образуется в месте контакта электрода с телом человека и образует своего рода конденсатор.

Внутреннее сопротивление тела человека – сопротивление внутренних слоев кожи и внутренних тканей тела – считается активным, оно зависит от длины и поперечного сечения участка тела и не зависит от частоты тока.

Полное сопротивление тела человека складывается из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи и внутреннего сопротивления тела человека, которое включает в себя внутреннее сопротивление руки, внутреннее сопротивление корпуса и емкостное сопротивление руки.

Теперь все выше сказанное изобразим на рисунке:

В практике обычно пренебрегают емкостью, которая, как правило незначительная и считают сопротивление тела человека чисто активным и равным 1000 Ом.

От чего зависит сопротивление тела человека?

основные

— от состояния рогового слоя (порезы, царапины, ссадины, микротравмы), т.е от целостности кожи

— увлажнения кожи (при длительном увлажнении наружный слой кожи разрыхляется, насыщается влагой)

— потовыделения

-загрязнения кожи различными веществами и в особенности хорошо проводящими электрический ток (металлическая или угольная пыль, окалина).

дополнительные

— с увеличением частоты тока сопротивление тела человека падает, это объясняется тем, что в сопротивление тела человека входит электрическая емкость, сопротивление которой уменьшается с увеличением частоты.

— с увеличением силы тока и времени его прохождения сопротивление тела падает. Так как при этом усиливается местный нагрев кожи, а это приводит к расширению сосудов и, следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и к увеличению потовыделения.

Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Это может быть в результате: ошибочных действий при производстве работ вблизи или непосредственно на частях, находящихся под напряжением; неисправности защитных средств, посредством которых пострадавший прикасался к токоведущим частям и т. д.

Появления напряжения на металлических конструктивных частях Э/О(корпусах, кожухах, ограждениях), которые нормально не находятся под напряжением. Напряжение на этих частях может появиться как результат: повреждения изоляции токоведущих частей э/о(от естественного старения изоляции, электрического пробоя, в следствии механических воздействий; падения провода, находящегося под напряжением. На конструктивные части электрооборудования

Появление напряжения на отключённых токопроводящих частях, на которых производится работа. Это может быть в результате: ошибочного включения отключенной э/у под напряжение; разряд молнии непосредственно на установку или вблизи ее; наведения напряжения от влияния соседних Э/У, находящихся в работе; замыкание между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями.

Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек. Это может возникнуть в результате: замыкания фазы на землю, выноса потенциала протяжённым токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами и т.п.) неисправностей в устройствах рабочего или защитного заземления, а также повторного заземления нулевого защитного провода.

Наличие остаточного заряда. Это может быть результатом наличия элементов цепи, которые могут накапливать энергию, то есть при снятии напряжения на них остается остаточный заряд

Основные меры защиты от поражения эл.током.

— обеспечение доступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения;

— контроль за состоянием изоляции э/у

— защитное разделение сети;

Устранение опасности поражение током при появление напряжение на корпусах, кожухах и др. нетоковедущих частях э/о.Это опасность устраняется с помощью защитного заземления, зануления, защитного отключения, а также благодаря применения малых напряжений

— применение специальных защитных средств – переносных приборов и приспособлений

— организации безопасной эксплуатации э/у

Растекание тока в земле

Напряжение прикосновения

При замыкании токоведущих частей электроустановок на землю вблизи точки замыкания появляется разность потенциалов м\у отдельными точками поверхности почвы.

I_з ток замыкания на землю

R_з— сопротивление заземлителя

Обратимся к рисунку 1

Экспериментально установлено, что на расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, в конце 10 метра – на 92%, а на расстоянии 20 метров от места замыкания на землю – практически равен нулю

При этом плотность тока равна δ = I_з/2πx² (А/м²)

х – расстояние от заземлителя

По закону Ома в дифференциальной форме (δ =σЕ, σ= 1/g)

δ =1/gЕ, где g – удельное сопротивление Ом на м

Падение напряжение на участке dх

dU=Еdх= gdх

Потенциал в точке А определится (рисунок 2 и формула)

Потенциальная кривая имеет форму гиперболы.

Если в электроустановке прошел пробой изоляции на корпус, присоединенной к заземлителю R_з, то все установки и оборудование, имеющие связь с этим корпусом, приобретают потенциал относительно земли, равный потенциалу заземлителя.φ_з= I_зR_з При прикосновении человека к корпусу э/у он приобретает потенциал заземлителя.

Одновременно ноги человека касаются точек почвы с другим потенциалом

φ

н,, величина которого зависит от расстояния этих точек от заземлителя.

В результате м/у рукой и ногами человека возникает разность потенциалов. которая называется напряжением прикосновения – Uпр= φ_з— φ_н

Зависимость напряжения прикосновения от расстояния

Рисунок 3

По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается

При х больше 20 метров φ_н равно нулю, напряжение прикосновение равно

φ_з= I_зR_з

В общем случае _з Uпр=αI_зR_з,где

коэффициент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой

φ_н и падение напряжения в сопротивлении растеканию тока по почве у ног человека, в расчетах принимают равным 1

Напряжение шага.

Человек, идущий по поверхности земли в зоне растекания тока, оказывается под напряжением, даже не касаясь каких-либо частей э/у. Это происходит потому, что удаленные от заземлителя точки почвы, которых одновременно касаются ноги человека, имеют разные потенциалы

х- расстояние от заземлителя до одной ноги

а- шаг человека (0,8м)

Рисунок 4

Разность потенциалов, под которой оказываются ноги человека, называется напряжением шага.

При напряжении шага равным 100В наступают судороги ног, и он может упасть на землю, что приведет к увеличению разности потенциалов, поскольку ток пойдет по пути руки-ноги.

Поэтому при обнаружении упавшего на землю провода не разрешается приближаться к нему ближе 6-7 м (в помещениях4-5 метров).

Защитные меры в электроустановках

Недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения достигается:

— изоляцией токоведущих частей, основная функция которой препятствовать прохождению тока нежелательными путями;

— ограждение токоведущих частей, которые бывают сплошными и сетчатыми. Сплошные ограждения обязательны для Э/У, размещаемых в местах, где могут находиться люди, не связанные с обслуживанием Э/У.

Сетчатые ограждения применяются в Э/У, доступных лишь квалифицированному персоналу;

— размещение токоведущих частей на недоступной для прикосновения высоте производится в тех случаях, когда изоляция и ограждения их оказываются невозможными или нецелесообразными. Нецелесообразно их и изолировать, т.к. изоляция проводов быстро разрушается под атмосферным воздействием. Для линий напряжение до 1000В минимальной высотой считается 6м, 7м для линий до 110кВ, 7,5 м для 150кВ и 8м для линий более высокого напряжения. Внутри производственных зданий неограждённые голые токоведущие части – троллейные провода, контактные сети должны прокладываться на высоте не менее 3,5 м от пола.

Контроль состояния изоляции Э/У

Состояние изоляции характеризуется её электрической прочностью, диэлектрическими потерями и электрическим сопротивлением.

Состояние изоляции проверяется перед вводом в эксплуатацию вновь смонтированной или вышедшей из ремонта установки, а также после длительного пребывание её в нерабочем состоянии. Кроме того, периодически проводится профилактический контроль изоляции. Существует и непрерывный (постоянный) контроль сопротивления изоляции, который осуществляется в Э/У до 1000В. В Э/У выше 1000В осуществляется все виды испытания изоляции: повышенным напряжением, определение диэлектрических потерь, измерение сопротивления. В Э/У до 1000В контроль состояния изоляции ограничивается измерением её сопротивления и испытанием изоляции некоторых элементов повышенным напряжением.

Периодическое измерение сопротивления изоляции производится, как правило, на отключенной установке с помощью омметра или мегомметра

Непрерывный контроль сопротивления изоляции сети с изолированной нейтралью можно осуществить в простейшем случае с помощью трёх вольтметров, включенных между проводами и землёй. Если сопротивление изоляции всех проводов одинаковы, то показания всех трёх вольтметров будет одинаково, и будет показывать фазное напряжение. При снижении сопротивления изоляции одного из проводов будет снижаться показания вольтметра, подключенному к этому проводу. Показания двух других вольтметров будет возрастать. В Э/У до 1000В контроль должен осуществляться не реже 1 раза в 3 года.

Применение малого напряжения

При производстве работ с помощью ручных переносных электроинструментов (дрели, рубанки и т.д.), а также при пользовании ручной переносной лампой человек имеет длительный контакт с корпусом этого электрооборудования. В результате для него резко повышается опасность поражения током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе, особенно когда работа производится в помещении с повышенной опасностью. Среди мер, устраняющих эту опасность, наиболее эффективной мерой является применение для питания малого напряжения – не более 42В. В особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях работы применяется напряжение 12В. Такими особо неблагоприятными условиями являются: теснота, соприкосновение работающего с большими металлическими заземлениями, наличие сырости.

Часто как источники малых напряжений применяются понижающие трансформаторы. Слабое место этих трансформаторов — возможность перехода высшего напряжения первичной обмотки на вторичную обмотку. В этом случае прикосновение к токоведущим частям или к незаземлённому корпусу, оказавшемуся под напряжением, в сети малого напряжения равноценно такому же прикосновению в сети высшего напряжения. С целью уменьшения опасности при переходе первичного напряжения на сторону вторичного малого напряжения корпус трансформатора , а также один из выводов, нейтраль или средняя точка вторичной обмотки должны быть заземлены. Стр. 137 Кн.

Защитное разделение сетей.

Разветвленная сеть большой протяжённости имеет значительную ёмкость и небольшое сопротивление исправной изоляции. Ток замыкания на землю в такой сети может достичь большой величины. В сетях напряжением до 1000В большой протяжённости прикосновение к фазе становится опасным , так как человек оказывается под напряжением, близким к фазному.

Если единую, сильно разветвлённую сеть с большой ёмкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут обладать незначительной ёмкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения значительно снизится. Ток через человека, прикоснувшегося к одной из фаз, будет определяться высоким сопротивлением фаз относительно земли

Ih = 3U/ Rиз

И если в сети напряжением 380В Rиз > 63кОм, а сопротивление цепи человека 1кОм, ток через человека не превысит 10мА.

Поскольку основная цель этой защиты – уменьшить величину тока замыкания на землю за счёт высоких сопротивлениё фаз относительно земли, не допускается заземление нейтрали или обратного провода за разделительным трансформатором или преобразователем.

Педагогическое сообщество «Урок.рф»

Скрыть поздравление

Посмотреть все поздравления

Танченко Татьяна Владимировна

С наступающим Новым годом!!! Всех благ!

12+  Свидетельство СМИ ЭЛ № ФС 77 — 70917 Лицензия на образовательную деятельность №0001058

Пользовательское соглашение     Контактная и правовая информация

 

Педагогическое сообщество УРОК.РФ

Бесплатные всероссийские конкурсы

Бесплатные сертификаты за публикации

Нужна помощь? Инструкции для новых участников

Бесплатная   онлайн-школа для 1-4 классов

Всё для аттестацииПубликация в сборникеВебинарыЛэпбукиПрофтестыЗаказ рецензийНовости

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ!

Педагогическое сообщество «УРОК. РФ» предназначено для работников школьного, дошкольного и дополнительного образования, а также для всех специалистов, занимающихся образовательной и воспитательной деятельностью.

Педагогическое сообщество «УРОК.РФ» – это сайт, созданный учителями для учителей!

Узнать больше о сайте

Новости

• Итоги конкурсов детского творчества от учебного центра «Урок»
• Итоги Осенней серии конкурсов от учебного центра «Урок»
• Открыт этап регистарции в интеллектуально-творческом марафоне для школьников
• Стартовал блиц-конкурс на лучшую статью с призами от Учебного центра «Урок»

Все новостиАнонсы мероприятий

Новое

5

#Головоломка #УМК И. Л. Андреева, О. В. Волобуева и др. #Школьное образование #Все учителя #Учебно-дидактические материалы #ФГОС #История #7 класс

Повторение и обобщение знаний по теме «Бунташный век» 7 класс

Сегодня в 15:11Перепелицина Людмила Юрьевна0

Опубликовано в группе «Дополнительные материалы к уроку»

---

3

#Школьное образование #Учитель-предметник #Классный руководитель #Организатор внеклассной и внешкольной работы #Внеклассное мероприятие #Методические разработки #ФГОС #Русский язык #Литература #9 класс #8 класс #7 класс

Внеклассное мероприятие для обучающихся 8 – 9 классов «СЛАБОЕ ЗВЕНО»

Сегодня в 14:52Светлана Скоробогатова 0

---

1

#Школьное образование #Учитель-предметник #Классный руководитель #Организатор внеклассной и внешкольной работы #Внеклассное мероприятие #Методические разработки #ФГОС #Литература #8 класс #7 класс #6 класс

Открытый урок по чтению в 7 классе: «Снежная королева»

Сегодня в 14:45Светлана Скоробогатова 0

---

2

#Школьное образование #Учитель-предметник #Выступление #Публикации #Русский язык

Отчёт по самообразования:«Применение новых образовательных технологий в преподавании русского языка и чтения»

Сегодня в 14:39Светлана Скоробогатова 0

---

3

#Школьное образование #Учитель-предметник #Выступление #Публикации #Русский язык

Выступление на методическом объединении по теме самообразования: «Использование игровых технологий на уроках русского языка и развития речи»

Сегодня в 14:29Светлана Скоробогатова 1

---

3

#Школьное образование #Учитель-предметник #Презентация #Учебно-методические материалы #Литература #11 класс

Презентация посвящена творчеству американского писателя Джека Лондона, содержит краткие сведения о разных периодах творчества и о произведениях писателя, написанных в эти периоды. Предназначена для обзорного изучения творчества Джека Лондона.

Сегодня в 13:47Ядгарова Саодат Зафаровна 1

---

0

#Школьное образование #Организатор внеклассной и внешкольной работы #Все учителя #Конспект открытого внеклассного мероприятия #Материалы для педагогической практики

Сентябрь встречает нас у школьного порога.

Сегодня в 13:21Крайняя Наталья Владимировна 0

---

0

#Среднее профессиональное образование #Классный руководитель #Методист #Все учителя #Выступление #Публикации

В статье анализируется основное понятие: одарённость,раскрывается значение людей, обладающими различными способностями для развития современного общества и государства в целом. Перечисляются основные виды одарённости и области их применения. Раскрывается важность педагогической деятельности в выявлении и развитии одаренной молодежи. Рассматривается опыт исследования одаренных обучающихся в профессиональном образовании.

Сегодня в 12:57Бадалина Галина Ивановна 0

---

0

#Среднее профессиональное образование #Учитель-предметник #Все учителя #Статья #Публикации

Вопросы активизации познавательной деятельности обучащихся отно-сятся к числу наиболее актуальных проблем современной педагогической науки и практики. Реализация принципа активности в обучении имеет боль-шое значение, т.к. обучение и развитие носят деятельностный характер, и от качества учения как деятельности зависит результат обучения, развития и воспитания обучающихся.

Сегодня в 12:42Галактионова Ирина Александровна 0

---

7

#Из пластилина #Лепка #День народного единства #Поделка #Художественная и декоративно-прикладная деятельность #Школьное образование #Изобразительное искусство #Труд #1 класс

Работа выполнена ученицей 2 года обучения с УУО. Работу выполняла в основном самостоятельно

Сегодня в 12:33Юлмухаметова Гульсира Хубихужовна0

Опубликовано в группе «Работы наших учеников!!!»

---

Каков порядок величины электрического сопротивления человека

Если вы видите это сообщение, это означает, что JavaScript отключен в вашем браузере , включите JS , чтобы это приложение заработало.
Получение изображения
Пожалуйста, подождите …

Предыдущий вопрос вопроса

Вопрос:

Ответ:

Связанный ответ

मानव श श000 प= ओमмобильный के= ओमмобильный

Подробнее связанный вопрос и ответы

3,0K Like

3,0K просмотр

1,5K Акции

3,0K Like

3,0K просмотров

1,5K Shares

3,0K Like

9004. 0.0.0K. Акции

3,0K Like

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K Нравится

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K IME

3,0KINS

3,0K. НРАВИТСЯ

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K, как

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K нравятся

3,0K.

1.5K Шарес

1,5K Акции

3,0K Like

3,0K просмотр

1,5K Акции

3,0K Like

3,0K Piews

1,5K Shares

3,0K Like

1,5K Shares

3,0K Like

9001K 3,000 3 900K.

3.0k НРАВИТСЯ

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K нравятся

3,0K Просмотр

1,5K Акции

3,0K LIKE

3.0K VIEW

1,5K Акции

3,0K Like

3,0K Просмотры

1,5K Акции

3,0K любят

3,0K View

1,5K. , Doubtnut не владеет и не контролирует характер и содержание этих вопросов. Doubtnut не несет ответственности за какие-либо расхождения относительно дублирования контента по этим вопросам.

Опасность поражения электрическим током и человеческий организм | Физика II |

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Давать определение термической опасности, опасности поражения электрическим током и короткого замыкания.
• Объясните, какое влияние на организм человека оказывают различные уровни тока.

Есть две известные опасности электричества — термическая и ударная. Термическая опасность — это опасность, при которой чрезмерное потребление электроэнергии вызывает нежелательные тепловые эффекты, например возгорание в стене дома. А Опасность поражения электрическим током возникает при прохождении электрического тока через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до летального исхода с остановкой сердца. В этом разделе эти опасности и различные факторы, влияющие на них, рассматриваются в количественном выражении. Электробезопасность: в разделе «Системы и устройства» рассматриваются системы и устройства для предотвращения опасности поражения электрическим током.

Термические опасности

Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей скорость ее безопасного рассеивания. Классическим примером этого является короткое замыкание низкоомный путь между клеммами источника напряжения. Пример короткого замыкания показан на рис. 1. Изоляция проводов, ведущих к электроприбору, износилась, что привело к соприкосновению двух проводов. Такой нежелательный контакт с высоким напряжением называется коротким . Поскольку сопротивление короткого замыкания, r , очень мало, мощность, рассеиваемая в коротком замыкании, P = В ² / r , очень велика. Например, если В составляет 120 В, а r составляет 0,100 Ом, тогда мощность составляет 144 кВт, намного больше, чем у типичного бытового прибора. Тепловая энергия, поступающая с такой скоростью, очень быстро повысит температуру окружающих материалов, плавя или, возможно, воспламеняя их.

Рис. 1. Короткое замыкание — это нежелательный путь с низким сопротивлением через источник напряжения. а) Изношенная изоляция проводов тостера позволяет им соприкасаться с малым сопротивлением r. С P = V ² /r , тепловая мощность создается так быстро, что шнур плавится или сгорает. (б) Схема короткого замыкания.

Одним особенно коварным аспектом короткого замыкания является то, что его сопротивление может фактически уменьшиться из-за повышения температуры. Это может произойти, если короткое замыкание создает ионизацию. Эти заряженные атомы и молекулы могут свободно двигаться и, таким образом, уменьшают сопротивление r . Поскольку P = V ² / r , мощность рассеивается при коротких подъемах, что, возможно, приводит к большей ионизации, большей мощности и т.д. Высокие напряжения, такие как 480 В переменного тока, используемые в некоторых промышленных приложениях, сами по себе представляют эту опасность, потому что более высокие напряжения создают более высокую начальную выработку энергии при коротком замыкании.

Еще одна серьезная, но менее серьезная термическая опасность возникает, когда провода, питающие пользователя, перегружены слишком большим током. Как обсуждалось в предыдущем разделе, мощность, рассеиваемая в питающих проводах, составляет P = I ² R _w , где R _w — сопротивление проводов, а I — ток, протекающий по ним. Если либо I , либо R _w слишком велики, провода перегреваются. Например, изношенный шнур прибора (с некоторыми оборванными плетеными проводами) может иметь R _w  = 2,00 Ом , а не 0,100 Ом, как должно быть. Если через шнур проходит ток 10,0 А, то P  =  I ² R _w  = 200 Вт рассеивается в шнуре — намного больше, чем безопасно. Точно так же, если провод с сопротивлением 0,100 Ом предназначен для передачи нескольких ампер, но вместо этого проводит 100 А, он сильно перегреется. Мощность, рассеиваемая в проводе, в этом случае составит 90 157 P  90 158 = 1000 Вт. Для ограничения чрезмерных токов используются плавкие предохранители и автоматические выключатели. (См. рис. 1 и рис. 2.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.

Рис. 1. (а) Предохранитель представляет собой металлическую полоску с низкой температурой плавления, которая при перегреве чрезмерным током необратимо разрывает соединение цепи с источником напряжения. (b) Автоматический выключатель представляет собой автоматический, но восстанавливаемый электрический выключатель. Показанный здесь имеет биметаллическую полосу, которая изгибается вправо и в паз при перегреве. Затем пружина толкает металлическую полосу вниз, разрывая электрическое соединение в точках.

Рис. 2. Схема цепи с плавким предохранителем или автоматическим выключателем. Предохранители и автоматические выключатели действуют как автоматические выключатели, которые размыкаются, когда постоянный ток превышает желаемые пределы.

Предохранители и автоматические выключатели для типичных бытовых напряжений и токов изготовить относительно просто, но для больших напряжений и токов возникают особые проблемы. Например, когда автоматический выключатель пытается прервать поток высоковольтного электричества, через его точки может проскакивать искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь. Большие автоматические выключатели, используемые в системах распределения электроэнергии, используют изолирующий газ и даже используют струи газа для гашения таких искр. Здесь переменный ток безопаснее постоянного, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.

Опасность поражения электрическим током

Электрические токи, проходящие через людей, производят чрезвычайно разнообразные эффекты. Электрический ток можно использовать для блокирования болей в спине. Изучается возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности в парализованных конечностях, что, возможно, позволит парализованным людям ходить. Телевизионные инсценировки, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (массивно нерегулярное, часто фатальное, биение сердца), более чем распространены. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что электрический ток вызывает фибрилляцию сердца. Кардиостимулятор использует электрические разряды, чтобы заставить сердце биться правильно. Некоторые смертельные удары током не вызывают ожогов, но бородавки можно безопасно сжечь электрическим током (хотя сейчас более распространено замораживание жидким азотом). Конечно, существуют последовательные объяснения этих разрозненных эффектов. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются

1. Сумма тока I
2. Путь, пройденный текущим
3. Продолжительность шока
4. Частота f тока ( f =0 для постоянного тока)

В Таблице 1 приведены последствия поражения электрическим током в зависимости от силы тока при типичном случайном поражении. Эффекты для удара, который проходит через туловище тела, имеет продолжительность 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.

Рис. 3. Электрический ток может вызывать мышечные сокращения с различными эффектами. а) пострадавшего «отбрасывает» назад непроизвольными сокращениями мышц, разгибающими ноги и туловище. б) Жертва не может отпустить провод, стимулирующий все мышцы руки. Те, что смыкают пальцы, сильнее тех, что их разжимают.

Таблица 1. Эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока ^[2]

Ток (мА)	Эффект
1	Порог ощущения
5	Максимальный безвредный ток
10–20	Начало устойчивого мышечного сокращения; не может отпустить на время шока; сокращение грудных мышц может привести к остановке дыхания во время шока
50	Начало боли
100–300+	Возможна фибрилляция желудочков; часто со смертельным исходом
300	Возникновение ожогов в зависимости от концентрации тока
6000 (6 А)	Возникновение стойкого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может прийти в норму; используется для дефибрилляции сердца

Наши тела являются относительно хорошими проводниками из-за воды в наших телах. Учитывая, что большие токи будут протекать через секции с меньшим сопротивлением (что будет обсуждаться далее в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля является естественным поглотителем электронов. Ношение изолирующей обуви, требование многих профессий, препятствует пути электронов, создавая большое сопротивление на этом пути. Всякий раз, когда вы работаете с мощными инструментами (дрелями) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не создаете пути для тока (особенно через сердце).

Очень слабые токи проходят через тело безвредно и неощутимо. Это случается с вами регулярно без вашего ведома. Порог чувствительности составляет всего 1 мА, и, хотя удары неприятны, они, по-видимому, безвредны при токах менее 5 мА. В большом количестве правил безопасности в качестве максимально допустимого разряда используется значение 5 мА. При токе от 10 до 20 мА и выше ток может стимулировать устойчивые мышечные сокращения так же, как это делают обычные нервные импульсы. Люди иногда говорят, что их отшвырнуло через всю комнату от удара током, но на самом деле произошло то, что определенные мышцы сократились, толкая их не по их собственному выбору. (См. рис. 3(а).) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», показанный на рис. 3(б). Мышцы, смыкающие пальцы, сильнее размыкающих, поэтому рука непроизвольно смыкается на проволоке, бьющей по ней током. Это может продлить шок на неопределенный срок. Это также может представлять опасность для человека, пытающегося спасти пострадавшего, поскольку рука спасателя может сомкнуться вокруг запястья пострадавшего. Обычно лучший способ помочь пострадавшему — это сильно ударить кулаком/ударом/сотрясением изолятором или бросить изолятор в кулак. Современные электрические заборы, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы позволить людям, которые прикасаются к ним, освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.

Более сильные токи могут повлиять на сердце. Его электрические схемы могут быть нарушены, так что он бьется нерегулярно и неэффективно в состоянии, называемом «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за недостаточного кровообращения. Порог для фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА. При силе тока около 300 мА и выше удар может вызвать ожоги в зависимости от концентрации тока — чем больше концентрация, тем больше вероятность ожогов.

Очень сильные токи заставляют сердце и диафрагму сокращаться на время разряда. И сердце, и дыхание останавливаются. Интересно, что оба часто возвращаются к нормальному состоянию после шока. Электрические паттерны на сердце полностью стираются таким образом, что сердце может начать заново с нормальным биением, в отличие от постоянных нарушений, вызванных меньшими токами, которые могут привести к фибрилляции желудочков сердца. Последнее чем-то похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью их стирает. Телевизионные инсценировки удара электрическим током, используемого для вывода жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показывают большие лопасти. Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.

Ток является основным фактором, определяющим тяжесть шока (учитывая, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, фиксированы, например, в таблице и предыдущем обсуждении). Большее напряжение более опасно, но поскольку I = V/R , сила удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, у человека с сухой кожей сопротивление около 200 кОм. Если он вступает в контакт с напряжением 120 В переменного тока, через него безвредно проходит ток I = (120 В)/(200 кОм) = 0,6 мА. Один и тот же промокший человек может иметь сопротивление 10,0 кОм, и те же 120 В будут производить ток 12 мА, что выше порога «не могу отпустить» и потенциально опасно.

Большая часть сопротивления тела находится в его сухой коже. Во влажном состоянии соли переходят в ионную форму, что значительно снижает сопротивление. Внутренняя часть тела имеет гораздо более низкое сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если сопротивление кожи удается обойти, например, с помощью внутривенной инфузии, катетера или открытых электродов кардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этом состоянии токи, составляющие примерно 1/1000 от перечисленных в таблице 1 , вызывают аналогичные эффекты. Во время операции на открытом сердце можно использовать токи силой до 20 мкА, чтобы успокоить сердце. Строгие требования электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне неблагоприятным положением пациентов, чувствительных к микрошокам. Разрыв в коже уменьшил его сопротивление, поэтому то же самое напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.

Рис. 4. График средних значений порога чувствительности и тока «не могу отпустить» в зависимости от частоты. Чем ниже значение, тем более чувствителен организм к этой частоте.

Другими факторами, помимо тока, которые влияют на тяжесть удара, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, на сердце не влияет электрический удар через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая истина, что чем дольше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рисунке 4 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на удар. Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов в зависимости от частоты. Чем ниже требуемый ток, тем более чувствителен организм к этой частоте. По иронии судьбы, тело наиболее чувствительно к частотам около 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току ( f = 0), мягко подтверждая утверждения Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность. На все более и более высоких частотах тело становится все менее чувствительным к любым воздействиям, связанным с нервами. Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут возбуждаться или стимулироваться. На очень высоких частотах электрический ток распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь повторить это дома с переменным током частотой 60 Гц!) В некоторых зрелищных демонстрациях электричества, когда дуги высокого напряжения проходят по воздуху и над телами людей, используются высокие частоты и слабые токи. (См. рис. 5.) Устройства и методы электробезопасности подробно обсуждаются в книге «Электробезопасность: системы и устройства».

Рис. 5 Опасна ли эта электрическая дуга? Ответ зависит от частоты переменного тока и потребляемой мощности. (кредит: Khimich Alex, Wikimedia Commons)

Резюме раздела

• Опасности поражения электрическим током бывают термическими (чрезмерная мощность) и электрическим током (ток через человека).
• Тяжесть удара определяется силой тока, путем, продолжительностью и частотой переменного тока.
• В таблице 1 перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
• На рис. 5 представлена ​​зависимость порогового тока для двух опасностей от частоты.

Концептуальные вопросы

1. С помощью омметра учащийся измеряет сопротивление между различными точками на своем теле. Он обнаружил, что сопротивление между двумя точками на одном и том же пальце примерно такое же, как сопротивление между двумя точками на противоположных руках — и то, и другое составляет несколько сотен тысяч ом. Кроме того, сопротивление уменьшается, когда большее количество кожи соприкасается с щупами омметра. Наконец, сопротивление резко падает (до нескольких тысяч Ом), когда кожа мокрая. Объясните эти наблюдения и их значение в отношении кожи и внутреннего сопротивления человеческого тела.
2. Каковы две основные опасности электричества?
3. Почему короткое замыкание не представляет опасности поражения электрическим током?
4. От чего зависит тяжесть шока? Можете ли вы сказать, что определенное напряжение опасно без дополнительной информации?
5. Для выжигания бородавок используется электрифицированная игла, при этом цикл завершается, когда пациент сидит на большой прикладной пластине. Почему эта тарелка большая?
6. Некоторые операции выполняются с помощью электрического тока высокого напряжения, проходящего от металлического скальпеля через разрезаемую ткань. Учитывая природу электрических полей на поверхности проводников, почему вы ожидаете, что большая часть тока будет течь от острого края скальпеля? Как вы думаете, используется переменный ток высокой или низкой частоты?
7. Некоторые устройства, часто используемые в ванных комнатах, такие как фены, часто имеют сообщения о безопасности, гласящие: «Не используйте, когда ванна или раковина полны воды». Почему это так?
8. Нам часто советуют не щелкать электрические выключатели мокрыми руками, сначала высушить руки. Нам также рекомендуется никогда не лить воду на электрический огонь. Почему это так?
9. Перед началом работ на линии электропередачи монтеры касаются линии тыльной стороной руки в качестве окончательной проверки того, что напряжение равно нулю. Почему тыльной стороной ладони?
10. Почему сопротивление влажной кожи намного меньше, чем сухой, и почему кровь и другие телесные жидкости имеют низкое сопротивление?
11. Может ли человек, получающий внутривенную инфузию (IV), быть чувствительным к микрошоку?
12. Принимая во внимание малые токи, которые вызывают опасность поражения электрическим током, и большие токи, которые прерывают автоматические выключатели и предохранители, как они играют роль в предотвращении опасности поражения электрическим током?

Задачи и упражнения

1. а) Какая мощность рассеивается при коротком замыкании 240 В переменного тока через сопротивление 0,250 Ом? б) Какой ток течет?

2. Какое напряжение возникает при коротком замыкании мощностью 1,44 кВт через сопротивление 0,100 Ом?

3. Найдите силу тока через человека и определите вероятное воздействие на него, если он прикоснется к источнику переменного тока 120 В: (а) если он стоит на резиновом коврике и оказывает общее сопротивление 300 кОм; б) если она стоит босиком на мокрой траве и имеет сопротивление всего 4000 кОм.

4. Принимая ванну, человек касается металлического корпуса радиоприемника. Путь через человека к водосточной трубе и земле имеет сопротивление 4000 Ом. Какое наименьшее напряжение на корпусе радиоприемника может вызвать фибрилляцию желудочков?

5. По глупости пытаясь выловить горящий кусок хлеба из тостера металлическим ножом для масла, человек попадает в контакт с напряжением 120 В переменного тока. Он даже не чувствует этого, так как, к счастью, носит обувь на резиновой подошве. Каково минимальное сопротивление пути, по которому ток проходит через человека?

6. (а) Во время операции ток силой всего 20,0 мкА, приложенный непосредственно к сердцу, может вызвать фибрилляцию желудочков. Если сопротивление открытого сердца составляет 300 Ом, при каком наименьшем напряжении возникает такая опасность? (b) Подразумевает ли ваш ответ, что необходимы особые меры предосторожности в отношении электробезопасности?

7. а) Чему равно сопротивление короткого замыкания 220 В переменного тока, создающего пиковую мощность 96,8 кВт? б) Какой была бы средняя мощность, если бы напряжение было 120 В переменного тока?

8. Сердечный дефибриллятор пропускает ток 10,0 А через туловище пациента в течение 5,00 мс, пытаясь восстановить нормальное биение. а) Сколько заряда прошло? б) Какое напряжение было приложено, если рассеялось 500 Дж энергии? в) Каково было сопротивление пути? г) Найдите повышение температуры, вызванное 8,00 кг пораженной ткани.

9. Integrated Concepts  Короткое замыкание в шнуре прибора на 120 В имеет сопротивление 0,500 Ом. Рассчитайте повышение температуры 2,00 г окружающих материалов, предполагая, что их удельная теплоемкость составляет 0,200 кал/г ⋅ ºC и что прерыватель цепи отключает ток за 0,0500 с. Это может нанести вред?

10. Температура увеличивается на 860ºC. Очень вероятно, что это навредит.

11. Создайте свою собственную задачу Рассмотрим человека, работающего в среде, где через его тело могут проходить электрические токи. Составьте задачу, в которой вы вычисляете сопротивление изоляции, необходимое для защиты человека от вреда. Среди вещей, которые следует учитывать, — напряжение, которому может подвергаться человек, вероятное сопротивление тела (сухое, влажное и т. д.) и допустимые токи (безопасные, но ощутимые, безопасные и неощутимые, …).

Glossary

thermal hazard:

a hazard in which electric current causes undesired thermal effects

shock hazard:

when electric current passes through a person

short circuit:

also known as a «короткий» путь с низким сопротивлением между клеммами источника напряжения

чувствительный к микрошоку:

состояние, при котором сопротивление кожи человека обойдено, возможно, с помощью медицинской процедуры, что делает человека уязвимым для поражения электрическим током при токах около 1/1000 обычно требуемого уровня

Избранные решения задач и упражнений

1. (а) 230 кВт (б) 960 А

3. (а) 0,400 мА, без эффекта (б) 26,7 мА, мышечное сокращение на время разряда (не могу отпустить)

5. 1,20 × 10 ⁵  Ом

7. (a) 1,00 Ом (b) 14,4 кВт

---

1. За «средний мужчина подвергался воздействию тока через туловище в течение 1 с переменным током частотой 60 Гц. Значения для женщин составляют 60-80% от перечисленных». ↵
2. За «средний мужчина подвергается воздействию тока через туловище в течение 1 с переменным током 60 Гц. Значения для женщин составляют 60–80% от перечисленных». ↵

Лицензии и ссылки

Контент по лицензии CC, совместно используемый ранее

• College Physics. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/college-physics/pages/1-introduction-to-science-and-the-realm-of-physics-physical-quantities-and-units.