Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Сопротивление человека прохождению электрического тока

    Минимальное расчетное сопротивление человека прохождению электрического тока принимают равным 1000 ом. Сопротивление организма прохождению тока зависит от возраста и состояния здоровья. У людей с заболеваниями сердца, нервной системы, легких и у пожилых людей сопротивление пониженное. Сопротивление влажной кожи, особенно при попадании на нее электролитов (кислоты, щелочи, соли), снижается на 40— 50%. Сопротивляемость кожи уменьшается при увеличении времени соприкосновения ее с источником тока и зависит от величины тока и его напряжения. Так, начальное сопротивление кожи, равное 200 000 ом, через 2 мин снижается до 80000 ом. Высокое напряжение вызывает перерождение кожного покрова и также способствует снижению его защитных свойств. [c.169]
    Величина тока, протекающего через тело пострадавшего, зависит от его сопротивления, которое может изменяться в широких пределах (от 1000 до 200 000 Ом).
По этой причине для человека может оказаться опасным напряжение от 50 В и выше. Величина сопротивления тела определяется многими факторами состоянием кожи в месте контакта с токонесущей поверхностью (сухая или влажная), площадью и местом соприкосновения, общим состоянием организма и т. д. Наиболее опасно прохождение электрического [c.9]

    Воздействие электрического тока на организм человека. Электрический ток, проходящий через тело человека, представляет большую опасность для его здоровья и жизни. Он может вызывать тяжелые ожоги, а прохождение тока через жизненно важные органы человека (мозг, сердце) вызывает паралич дыхания и остановку сердца. В последнем случае опасность представляет даже ток силой 0,01 а. Величина тока, прошедшего через тело человека, зависит от напряжения и сопротивления электрической цепи, одним звеном которой является человек. При влажной коже и плотном контакте с проводником сопротивление может быть относительно небольшим, поэтому уже невысокое напряжение может представлять опасность.

[c.15]

    Существенно влияет на исход поражения путь прохождения тока через тело человека. Наиболее опасными являются пути токаз руки — ноги, рука —рука, руки — туловище, так как в втих случаях более вероятно поражение сердца и органов дыхания менее опасен путь тока нога —нога. Опасность поражения переменным током существенно зависит от его частоты, так как с увеличением частоты изменяется величина сопротивления тела человека. Наиболее опасен ток промышленной частоты 50 Гц. Характер включения человека в замкнутую. электрическую цепь также определяет исход поражения электрическим током, о чем сказано в следующем параграфе. [c.41]

    Тело человека обладает определенным электрическим сопротивлением, которое изменяется в широких пределах (от 500 до 100 ООО Ом) и зависит от многих причин общего состояния здоровья, толщины и состояния кожного покрова и его влажности, условий окружающей среды, длительности прохождения тока и некоторых других факторов.

В расчетах по технике безопасности сопротивление человеческого тела обычно принимается равным 1000 Ом. [c.328]

    Опасность воздействия электрического тока на человека зависит от сопротивления организма человека и приложенного к нему напряжения, силы, тока, длительности его воздействия, пути прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств пострадавшего и других факторов. [c.22]

    По известному закону Ома сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Следовательно, степень опасности поражения электрическим током зависит от напряжения, при котором работает данная электрическая установка, и условий, при которых человек попал под напряжение. Величина сопротивления тела человека прохождению тока различна не только у разных людей, но и у одного и того же человека и зависит от многих условий и факторов состояния самого человека (нервное состояние, степень усталости), величины поверхности контакта, величины и продолжительности прохождения тока, рода тока, частоты переменного тока, напряжения, пути прохождения тока в организме, состояния кожи.

[c.34]

    Большая опасность поражения электрическим током, особенно при повыщенных (до 825 в) и высоких напряжениях, общеизвестна. При обслуживании электролизеров эта опасность по ряду причин усиливается. Считается безопасным, если ток, проходящий через тело человека, не превыщает 0,05 а при токе от 0,05 до 0,1 а человек может получить тяжелые травмы ток выше 0,1 а может оказаться смертельным. Проходящий ток определяется напряжением и сопротивлением тела, зависящим в свою очередь от состояния кожного покрова, площади соприкосновения с источником тока, а также от продолжительности воздействия тока на человека. Изменение сопротивления человеческого тела при прохождении через него тока разной величины связано с процессами, вызванными нагревом тела. Сопротивление тела человека при токе 0,1 ма составляет 500 000 ом, а при токе 1,0 ла —только 8000 ом. Изменение сопротивления тела в зависимости от величины напряжения связано с электрическим пробоем кожных покровов, резко снижающим величину сопротивления.

Сопротивление человеческого тела обычно измеряется десятками тысяч ом, но может снижаться и до 800—1000 ом. В последнем случае при прохождении тока более 0,05 а, уже представляющего опасность для человека, напряжение должно составлять всего 40—50 в. [c.247]

    Имеют значенйе также и индивидуальные свойства человека например, у людей с. заболеваниями сердца, легких, нервной системы, у принявших спиртные напитки сопротивление прохождению тока оказывается меньшим, и поэтому опасность поражения делается большей. Замечено также, что люди, знакомые со свойствами электричества и предполагающие возможность электрического удара, переносят его легче. / [c.222]

    Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от большого количества факторов величины тока, сопротивления тела человека, рода и частоты тока, пути прохождения тока, напряжения, длительности воздействия и др. [c.164]

    I Характер и последствия поражения человека электрическим I током зависят от величины, частоты и пути прохождения тока, продолжительности его воздействия, сопротивления тела человека, внешней среды, индивидуальных свойств организма и т.

п,. [c.186]

    Изучение действия постоянного тока на организм человека показало, что электрическое сопротивление последнего при постоянном токе всегда выше, чем при переменном. Наибольшее сопротивление прохождению тока оказывает верхний роговой слой кожи, лишенный кровеносных сосудов и нервов. Этот слой, толш,ина которого едва достигает 0,05 — 0,2 мм, при некоторых условиях может рассматриваться почти как диэлектрик. Общее сопротивление тела человека, пока роговой слой кожи цел, почти целиком зависит от величины сопротивления этого слоя. [c.65]

    Опасность воздействия электрического тока на организм человека зависит от электрического сопротивления тела, силы тока, длительности воздействия, путей прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека и некоторых других факторов. [c.10]

    Случайное прикосновение человека к частям, находящимся под напряжением, и, как следствие, прохождение через него электрического тока могут иметь самый различный исход, определяемый электрическими параметрами как сети, так и человеческого тела.

Приближенно можно считать, что степень поражения эдектриче-ским током определяется силой тока, которая является функцией напряжения, сопротивления цепи (в том числе и самого организма) (табл. 35). [c.229]

    Этот расчет условен, потому что есть еще и другие факторы, влияющие на силу тока при его прохождении через организм человека, в частности —условия подключения в электрическую сеть. Все же он достаточно характеризует опасность электротока в зависимости от напряжения и сопротивления, [c.220]

    Электрическое сопротивление тела человека зависит от многих факторов состояния кожи, общего состояния организма, участка, продолжительности прохождения тока, приложенного [c.203]

    Как известно, все тела делятся на проводники и непроводники электрического тока. Металлы, например, хорошо проводят электричество, точно так же про водниками электричества являются растворы минеральных солей, кислоты, вода и т. д. Человеческое тело также может быть отнесено к проводникам электричества. Некоторым сопротивлением прохождению тока через тело человека является кожный покров человека в том случае, если он ничем не загрязнен. Но так как кожа рабочего в условиях работы на химическом производспве может быть смочена кислыми жидкостями и руки могут быть загрязнены продуктами и частицами металла (от соприкосновения с оборудованием), тс при этих условиях тело рабочего становится хорошим проводником электричества. Земля, являясь, в свою очередь, прекрасным проводником, обладает способностью замыкаться с любым другим проводником, имеющим эле ктрический заряд. Поэтому, когда рабочий случайно коснется какой-либо токоведущей ча)сти, то через него произойдет замыкание данной токоведущей части с землей. Вследствие этого прикосновение рукой к голому рубильнику или проводу может вызвать тяжелые последствия. Электрический ток в зависимости от напряжения и места прикосновения к токоведущей части может вызвать электрический удар с возможным смертельным исходом или тяжелый ожог. Опасность представляет не только незащищенный рубильник, но иногда и рубильник, защищенный металлическим колпаком, так как при порче рубильника последний может коснуться кожуха, который, в свою очередь, окажется под напряжением.

Во избежание этого всякую поверхность (мотор, трансформатор, рубильник или аппарат), которая может оказаться под напряжением, заземляют, т. е. данную металлическую часть соединяют при помощи проволоки с землей. Для лучшего контакта места соединения токоведущей поверхности припаиваются к проволоке, отводящей ток. Заземлением достигается то, что электрический ток, проходящий по какой-нибудь поверхности, уйдет в землю, даже в том случае, если этой поверхности нечаянно коснется и человек. Происходит это потому, что ток идет по линии наименьшего сопротивления, и так как хорошая проволока служит все же лучшим проводником, чем человек, то ток уйдет в землю через про- 
[c.261]

    Поражение человека электрическим током происходит в том случае, когда он замыкает своим телом цепь электрического тока (рис. 85). Степень опасности поражения электрическим током зависит от напря ния и условий, при которых человек оказался под напряжением. Человек может случайно замкнуть своим телом два фазных или один фазный и нулевой провода и таким образом оказаться под напряжением. Сопротивлением для электрического тока в обоих случаях является только тело человека. Это значит, что тело человека пропустит ток большой силы, что нанесет ему тяжелую травму. Возможен и другой случай, когда человек случайно прикоснется к одному фазному проводу, находящемуся под напряжением. В этом случае сопротивлением для прохождения тока является тело человека, его обувь, решетка или коврики, на которых он стоит. Если машинист при этом не имеет под ногами решетки или резинового коврика, ему грозит тяжелая электротравма. Большую опасность для маишниста представляет прикосновение к токоведущим частям или незаземленному корпусу оборудования с электроприводом, оказавшемуся случайно под напряжением. [c.137]

    Электрическое сопротивление организма человека падает при увеличении тока и длительности его прохождения вследст-ви усиления местного нагрева кожи, что приводит к расширению сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению выделения пота.[c.22]


Значение сопротивления человеческого тела как проводника электрического тока

Если человек по случайности притронется к проводам или другим элементам, по которым пропущен электрический ток, его организм тоже начинает проводить электричество, что приводит к различным электротравмам. Их тяжесть зависит от множества параметров, как электросети, так и самого человеческого тела. Наши внутренности большей частью состоят из влаги (около 70 % всей массы), поэтому перенос электрических заряженных частиц происходит не электронами (как в металлах), а ионами, поэтому наше тело считается особенным видом проводника, – оно обладает переменным сопротивлением и считается электролитом.

Человеческое тело является проводником электротока

Электрическое сопротивление тела человека

При прохождении электричества через органы пострадавшего по замкнутой цепи, по физическим законам, тело начинает оказывать сопротивление.

Поскольку электропроводимость человеческих тканей определяется очень сложными биохимическими и биофизическими составляющими, которые характерны только для живой материи, то сопротивление электрическому току становится величиной переменной. Оно зависит от разных причин и является неодинаковой величиной для разных частей тела.

Так как первым, с чем сталкивается разряд тока на теле человека, является его кожа, то общее сопротивление человека в большей степени зависит от ее сопротивляемости. Охватывающий все участки тела покров состоит из двух слоев: внешнего, расположенного на глубине 0,07-0,12 мм, – эпидермиса (представляет собой пять слоев эпителия), и внутреннего – дермы, толщина которого около 2 мм. Верхушечный ороговевший слой эпидермиса не содержит капилляров, отчего он показывает наивысшие показатели сопротивляемости. В то же время другие слои внешнего и внутреннего кожных прослоек имеют намного более скромное сопротивление, поэтому именно роговая прослойка определяет сопротивляемость всего кожного покрова.

Общее сопротивление, которое оказывает электрическому току наш организм, складывается из двух сопротивлений эпидермического слоя (с каждой из сторон тела) плюс сопротивления собственно дермы и внутренностей.

Общее сопротивление составляется из сопротивления эпидермиса (2) и внутреннего сопротивления (3)

При этом сопротивление эпидермиса, в свою очередь, состоит из активного сопротивления и емкостного (накопительного), накладывающихся друг на друга. Оно определяется площадью электродов, величиной напряжения и частоты тока и в некоторых случаях может превышать десятки тыс. Ом. Величина внутреннего сопротивления тела является активноц и зависит от длины и поперечного среза зоны, по которому проходит электричество, а также от удельного объемного сопротивления внутренних органов человека и составляет в среднем пятьсот- семьсот Ом.

Значение полного сопротивления тел людей

Когда ставится задача определить электрическое сопротивление человеческого тела при переменном токе с пятидесятигерцовой частотой для анализа опасности электротравмы, оно принимается равным 1 тыс. Ом. Физиками выявлена зависимость общего сопротивления от следующих факторов:

  • состояние кожных покровов;
  • места входа электротока в тело человека;
  • значений тока и напряжения;
  • длительности воздействия электричества на организм;
  • параметров окружающей среды на момент прохождения электротока.

Состояние кожи

Очень резко падает электросопротивляемость верхнего слоя кожи при нарушении его целостности: наличие царапин, ссадин, ожогов, порезов, прыщей понижают сопротивление до внутреннего (которое максимально достигает всего семи сотен Ом).

Механические повреждения кожи уменьшают электросопротивляемость тела

Также повышает риск электротравмы и увеличивает степень ее тяжести влажная кожа, поскольку она имеет высокую удельную сопротивляемость току.

Обратите внимание! Соленая влага (как правило, пот) делает сухие ранее руки электропроводимыми на 50 процентов больше, пресная влага (дождь, другие жидкости) – на двадцать-тридцать процентов. Вода удаляет с верхнего слоя кожи жиры, минералы и кожное сало, что значительно снижает способность сопротивляться току.

Если происходит постоянное длительное по времени насыщение кожи влагой, роговой слой становится пористым и практически перестает показывать сопротивление.

Важно! При работе незащищенными от влаги руками с источниками электрического тока повышается опасность и тяжесть электротравмы при случайном попадании оператора под напряжение.

Пот, выделяемый потовыми железами дермического слоя кожи, очень хорошо проводит электричество, поэтому вспотевший работник становится открыт угрозе прохождения электротока при минимальном сопротивлении тела, что значительно отягощает последствия.

Грязная кожа (особенно металлические микрочастицы, угольные пылинки и т.д.) делает тело человека более электропроводимым.

Дополнительная информация. Работники, имеющие дело с загрязнением рук токопроводящими покрытиями (шахтеры, токари, сверлильщики металла), должны большое внимание уделять чистоте кожных покровов для защиты от поражения электрическим током.

Место приложения электротока

Зависимость сопротивления кожного покрова различается на разных зонах тела даже у одного индивида. Это происходит из-за неравномерной толщины верхнего слоя эпидермиса, различного количества потовых желез и разной интенсивности кровотока по венам и капиллярам у поверхности кожи. Самый низкий уровень электросопротивления наблюдается в районе лица, шеи, тыльной стороны предплечий и кистей, подмышек.

Значения показателей тока

При увеличении мощности тока кожа в месте входа сильнее нагревается, что вызывает рефлекторный приток крови к этому району и, как следствие, электросопротивление значительно падает.

Согласно проводимым опытам, постоянный ток, проходящий через человеческое тело, вызывает большее сопротивление, чем переменный, независимо от его частоты.

Переменный ток встречает наименьшее сопротивление тела человека

Чем длительнее воздействие электротока на кожу, тем быстрее падает ее сопротивление. Это объясняется также увеличением кровоснабжения, а также усиленным потоотделением в участке входа тока, и, как следствие, дополнительным увлажнением – в среднем за одну-две минуты сопротивляемость кожи падает на сорок процентов.

Физиологические факторы и показатели окружающей среды

Эта группа факторов не так существенна, как предыдущие, но и они оказывают влияние на величину сопротивления электроудару.

Так, женщины демонстрируют меньшее сопротивление, чем мужчины, а маленькие дети – меньше, чем возрастные люди, что объясняется различной толщиной кожи.

Высокая температура и влажность окружающей (и рабочей) среды значительно увеличивает тяжесть поражения током за счет снижения сопротивления тела.

Различные болезни (нервные, сердечные, бронхо-легочные), а также курение также ухудшают возможность человека сопротивляться воздействию электрического тока.

Любители подымить имеют гораздо меньшее электросопротивление

Тело человека хоть и является проводником электричества, но обладает определенной сопротивляемостью электротоку, зависящей от многих причин и факторов. Она изменяется в широких пределах, но в технике безопасности принимается среднее значение сопротивления в одну тыс. Ом.

Видео

Оцените статью:

Электрическое сопротивление человеческого тела: значение в омах

При касании человеком находящихся под напряжением проводов, токопроводящих поверхностей, клемм источников питания через его тело начинает протекать электрический ток. Величина силы тока, проходящего при этом через организм, определяется, прежде всего, такой характеристикой, как электрическое сопротивление человека. Зависящее от большого количества факторов (от наличия влаги на коже до эмоционального состояния человека) оно влияет на безопасность электромонтажных и ремонтных работ, производимых на находящемся под нагрузкой оборудовании, линиях электропередач. О том, что собой представляет сопротивление обычного человеческого тела, от чего зависит, как изменяется, пойдет речь в данной статье.

Человеческое тело – достаточно хороший проводник электрического тока

Что такое электрическое сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека – способность различных тканей, внутренних органов противостоять протеканию электрического тока. Как и в проводниках, суть данного явления заключается в том, что проходящий по материи поток свободных электронов сталкивается с атомами и молекулами вещества, снижает свою скорость и плотность. Следствие таких происходящих на молекулярном уровне процессов – снижение силы проходящего по тканям, внутренним органам организма тока, что существенно уменьшает причиняемый потоком электронов вред.

Измеряется данная характеристика в таких единицах, как кило и мегаомы (сокращенно кОм, мОм, соответственно).

На заметку. Чтобы узнать, какое у тела человека значение сопротивления в омах, используют такой прибор, как мультиметр. Процесс измерения достаточно прост и безопасен: ручку переключения диапазонов устанавливают в положение для измерения сопротивления до 2000 кОм («2000к»), зажимают кончик каждого щупа между указательным и большим пальцами левой и правой руки. Появляющееся через 2-3 секунды на дисплее значение фиксируют при помощи кнопки «hold»(«удержать»).

Мультиметр для измерения сопротивления человеческого тела

Электрическое сопротивление человеческого тела складывается из отдельных значений данной характеристики для таких тканей и органов, как:

  • Кожа;
  • Подкожная жировая прослойка;
  • Кровеносные сосуды;
  • Кровь и лимфа;
  • Костная и хрящевая ткань;
  • Мышцы;
  • Костный мозг;
  • Органы различных систем организма (пищеварительной, дыхательной, сердечно-сосудистой и т. д.).

Самое большое сопротивление имеет кожа, точнее эпидермис – состоящий из ороговевших клеток внешний слой. Содержащий мало жидкости он очень слабо проводит ток. Расположенный под эпидермисом внутренний слой кожи, называемый дермой, имеет электропроводность значительно больше, чем наружные ороговевшие клетки.

Сопротивляемость содержащих много жидкости крови, лимфы, костного мозга, а также различных внутренних органов самая низкая. Промежуточное положение по величине данной характеристики занимает костная и хрящевая ткань.

Важно! Принято считать, что электрическое сопротивление человеческого тела переменному однофазному бытовому току должно быть равным 1 кОм. При воздействии постоянного 20-24-х вольтного тока величина данной характеристики должна составлять от 3 до 100 кОм.

На данных нормативах основан расчет максимально безопасной силы – количества электронов, проходящих через ткани человеческого организма за единицу времени без причинения ему вреда.

Значение полного сопротивления тел людей

Сопротивляемость человеческого тела электрическому току непостоянна. Основными влияющими на ее величину факторами являются состояние кожных покровов, вольт-амперные характеристики тока, физиологические особенности организма, параметры окружающей среды, содержание в воздухе пылевидных частиц с высокой электропроводимостью.

Состояние кожи

Самым высоким значением сопротивления обладает сухая и чистая кожа. При появлении на ней капельной влаги, пота, частиц металлической или угольной пыли электропроводность увеличивается. Обусловлено это тем, что вода и обильный пот способствуют удалению с кожи жировой пленки, тем самым увеличивая ее электропроводность.

Также увеличивают электропроводность кожи при нарушении ее целостности участки с различными ссадинами, порезами, гематомами, мозолями, кожными сыпями, термическими и химическими ожогами, они имеют достаточно низкое сопротивление, из-за чего более подвержены действию электротока.

Влажная кожа – одна из причин электротравм и электроожогов кистей рук

Место приложения электротока

Сопротивляемость организма протеканию по нему потока заряженных частиц зависит от того, в каком месте тело соприкасается с токопроводящей поверхностью, находящимся под напряжением проводом. Небольшим электрическим сопротивлением характеризуются такие участки тела с тонким верхним слоем кожи, как:

  • Большая часть лица;
  • Шея;
  • Внешняя поверхность предплечий;
  • Тыльная часть кистей;
  • Подмышки.

При контакте данных участков с находящимися под напряжением поверхностями, оголенными проводниками сила протекающего по телу тока может, как нарушать нормальный обмен веществ и работу внутренних органов, так и приводить к летальному исходу.

Уровень сопротивляемости тканей

Самой большой сопротивляемостью протеканию тока отличаются сухая и неповрежденная кожа, ногтевая ткань. Наибольшей электропроводностью и, следовательно, низким сопротивлением характеризуются различные содержащиеся в организме жидкости: кровь, лимфа, костный мозг.

Значения показателей тока

На сопротивляемость организма влияют такие характеристики электрического тока, как:

  • Мощность – проходящий через организм ток с большим значением мощности активизирует кровообращение, тем самым сильно снижая сопротивление тела.
  • Частота – зависимость сопротивляемости тела от значения частоты протекающего по нему тока такова: переменный промышленный либо бытовой ток уменьшает сопротивление человеческого тела в разы сильнее, чем обладающий такими же вольт-амперными характеристиками постоянный.

Физиологические факторы и показатели окружающей среды

Основными физиологическими факторами, существенно влияющими на сопротивление тела, являются такие:

  • Пол – женский организм более восприимчив к электротравмам, чем мужской;
  • Возраст – способность тела пожилого человека или ребенка сопротивляться протекающему по нему току не такая высокая, как у возрастной категории от 16-18 до 50 лет.
  • Болезни и ослабленное состояние организма – больному или ослабленному организму преодолевать действие тока значительно труднее, нежели здоровому.

Угольная пыль

Значительно уменьшают сопротивляемость тела к протеканию по нему тока высокая температура воздуха и большое содержание в нем капельной влаги.

Важно! Также электропроводность человеческого тела может зависеть от наличия в воздухе мелких взвешенных частиц угольной или металлической пыли. Этот факт советуют принимать во внимание всем работающим в условиях шахт и токарных мастерских электрикам.

Таким образом, знание того, сколько составляет сопротивление человеческого тела ом, что на него влияет, позволяет принять действенные меры, способные повысить электробезопасность работ, производимых на силовых установках и линиях электропередач, находящихся под напряжением. Померить данную характеристику тела можно с помощью обычного мультиметра, при условии наличия у него соответствующего диапазона для измерения электрического сопротивления.

Видео

Чему равно сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково. Например, при токе частотой 50 Гц удельное сопротивление равно: кости – 107 Ом∙м, кожа сухая – 105 Ом∙м, крови – 1,7 Ом∙м. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела, измеренное, при напряжении 15-20 В переменного тока (50 Гц), колеблется в пределах от 1 до 10 кОм, а иногда и в более широких пределах.

Сопротивление кожи, а следовательно сопротивление тела в целом резко уменьшается при повреждении ее рогового слоя, наличие влаги на ее поверхности, интенсивном потовыделении и загрязнении.

Электрическое сопротивление тела человека зависит так же от места приложения электродов к телу, значений тока, проходящего через человека, и приложенного к телу напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока через человека и некоторых других факторов. Увеличение тока приводит к снижению сопротивления соответствующих участков кожи, за счет местного нагрева кожи и действия на центральную нервную систему (усиливается приток крови, повышается потоотделение). С ростом напряжения сопротивление тела уменьшается в десятки раз. При больших напряжениях приближается к наименьшему пределу 300 Ом. В России в качестве расчетных значений сопротивление человека равно 1000 Ом при напряжении, приложенном к телу, равное 50 В и выше и сопротивление человека равное 6000 Ом при приложенном напряжении 36 В. Опыты показывают, что сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты. Разница в значениях сопротивлений постоянному и переменному (50 Гц) током особенно велико при малых напряжениях – до 10 В. С ростом приложенного напряжения эта разница уменьшается и начиная с 40-80 В сопротивление тела человека как постоянному, так и переменному току промышленной частоты становится практически одинаковым.

На значение сопротивления тела человека влияют и другие факторы, хотя в значительно меньшей степени. Пол и возраст. У женщин, как правило, сопротивление тела меньше, чем у мужчин, а у детей – меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других — толще и грубее.

Физическое раздражение снижает сопротивление тела на 20-25%.

Повышенная температура окружающего воздуха (30-450 С) или тепловое облучение человека, вызывает некоторое понижение сопротивление тела.

Принцип работы трансформатора отбора напряжения в шкафу отбора напряжения
Обслуживание устройств АПВ
Назначение и область применения устройства автоматического повторного включения

Электрическое сопротивление человека.

Сопротивление тела у людей.

 

 

 

Тема: какое электрическое сопротивление имеет человеческое тело.

 

Человеческое тело, как и любое другое тело живого организма, имеет свойство проводить через себя электрический ток. Разные живые ткани в организме имеют различную проводимость (сопротивление). К примеру — кожа, жировая ткань, кости – имеют большое сопротивление, а кровь, мышечная масса и особенно головной и спинной мозг – малое. Кожа имеет большое удельное электрическое сопротивление, что впоследствии и определяет фактическое сопротивление человеческого тела.

 

Кожа человека, как известно, имеет два слоя:

 

наружный слой кожи (также ещё называется эпидермис) состоит из несколько слоёв, самый верхний из которых называется роговым и представляет собой множество рядов отмерших и ороговевших клеток. В чистом и сухом виде этот слой можно характеризовать как диэлектрик (он имеет очень большое электрическое сопротивление). Следующий слой эпидермиса (носит название — ростковый) гораздо тоньше рогового и имеет значительно большую электрическую проводимость (меньшее сопротивление).

 

внутренний слой кожи (называется дерма) представляет собой живую ткань. Данный слой дермы имеет малое электрическое сопротивление.

 

Электрическое сопротивление обычного человека при условии, что кожа у него чистая, сухая и неповреждённая (измеренное напряжением 15-20 Вольт) лежит в пределах 3 – 100 кОм (1кОм = 1000 Ом), в некоторых случаях и более. Сопротивление тела человека, а именно проводимость между двух электродов, которые касаются поверхности кожи, можно рассматривать как 3 сопротивления включённых последовательно: наружные слои (эпидермиса) представляют собой первое сопротивление, и внутренние слои является вторым и третьим сопротивлением, включающим в себя сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей.

 

 

 

 

Наружное сопротивление человека обладает не только активным сопротивлением, а ещё и ёмкостным, поскольку в самом месте контактирования электродов с человеческим телом образовывается некое подобие конденсатора, в роле обкладок которого являются сами электроды и ткани тела человека, хорошо проводящие электрический ток, что находятся под наружным слоем кожи, ну, а диэлектриком (изолятором между обкладками) в данном случае будет выступать наружный слой кожи (эпидермис).

 

Ёмкостная составляющая, присутствующая в сопротивлении человека обуславливает влияние, как рода электрического тока, так и его частоты на общую величину сопротивления тела. При частоте 10 – 20 кГц и свыше можно утверждать, что поверхностный слой кожи почти полностью утрачивает своё сопротивление, и общее сопротивление человека в данном случае будет состоять лишь из внутреннего сопротивления тела (сопротивление дермы и внутренних тканей).

 

Общее состояние кожи в значительной мере оказывает влияние на величину электрического сопротивления человека. При повреждении рогового слоя кожи (царапины, порезы, ссадины и т.д.) происходит снижение сопротивления человека до величины, приближенного к значению внутреннего сопротивления, а это, естественно, повышает опасность поражения электрическим током. Подобное влияние может оказываться и в случае увлажнения кожи водой или потом.

 

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм. В действительности данное электрическое сопротивление есть величина непостоянная, что имеет нелинейную характеристику и зависит от дополнительных условий, в том числе от параметров электрической цепи, состояния кожи, состояния окружающей среды, физиологии человека и т.д.

 

Так как сопротивление кожи у одного и того же человека может быть неодинаковое в разных местах и частях тела, то, естественно, на его сопротивление сильно будет влиять конкретное место прикосновения электрических контактов, а также их общая площадь. Величина электрического тока и длительность воздействия на тело оказывают прямое влияние на полное сопротивление человека: с увеличением значения тока и времени его прохождения, сопротивление будет понижаться, потому что происходит местный нагрев участков кожи, а это, само собой, ведёт к расширению сосудов, тем самым усиливая снабжение данного участка тела кровью, увеличения его потоотделение. Увеличение напряжения, воздействующее на тело человека, вызывает понижение сопротивления кожи в 10-ки раз, следовательно, и общее сопротивление человека, снижается до предела 300 – 500 Ом. А это опасно.

 

P.S. Всякие случайности хороши в том случае, когда они имеют положительный характер. Случайный удар электрическим током нельзя отнести к таковым. Следовательно, будьте внимательны и осторожны при работе с электричеством.

Электрическое сопротивление тела человека

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Значение тока через тело человека сильно влияет на тяжесть электротравм. В свою очередь, сам ток согласно закону Ома определяется сопротивлением тела человека и приложенным к нему напряжением, т.е. напряжением прикосновения.

Сопротивление тела человека является комплексной переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, окружающей среды, центральной нервной системы, физиологических факторов. Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково: кожа, кости, сухожилия и хрящи имеют относительно большое сопротивление, а мышечная ткань, кровь, лимфа, пот и особенно нервные пути, спинной и головной мозг – малое сопротивление.

Электрическое сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверхность тела, в основном определяется сопротивлением кожи. Кожа состоит из двух основных слоёв: наружного (эпидермис), и внутреннего (дерма). Эпидермис состоит из мёртвых ороговевших клеток, лишён кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина этого слоя 0,05 – 0,2 мм. В сухом и незагрязнённом состоянии его можно рассматривать как диэлектрик, обладающий большим удельным сопротивлением. Дерма состоит из волокон соединительной ткани. В этом слое находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, корни волос, потовые и сальные железы. Дерма обладает малым сопротивлением току.

Полное сопротивление тела человека есть сумма сопротивлений тканей, расположенных на пути тока. Основным фактором, определяющим величину полного сопротивления, является состояние кожного покрова в цепи тока. При сухой, чистой и неповреждённой коже сопротивление тела человека, измеренное при напряжении до 15 В, составляет 3…100 кОм. Если на участке кожи, где прикладываются электроды, удалить эпидермис, сопротивление тела составит 500…700 Ом. Если под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей, которое составит 300…500 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека зависит от ряда факторов. Его могут снизить повреждения рогового слоя, увлажнение кожи, тепловое облучение, повышенная температура воздуха.

Сопротивление наружного слоя кожи уменьшается с увеличением площади электродов и зависит от места их приложения, что объясняется различной толщиной эпидермиса, неравномерным распределением потовых желёз, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи. Повышение напряжения, приложенного к телу человека, вызывает уменьшение его сопротивления, которое при напряжениях более 200 В соответствует сопротивлению внутренних тканей (Rвн).

При оценке опасности поражения электрическим током и расчёте защитных мер в электроустановках сопротивление тела человека (Rh)принимают равным 1 кОм.

Рис. Эквивалентная схема электрического сопротивления тела человека

На рис. 4.1 приведён упрощённый вариант эквивалентной схемы цепи протекания электрического тока через тело человека.

На рисунке обозначено: 1 – электроды; 2 – эпидермис; 3 – внутренние ткани и органы тела человека, включая дерму; Ih – ток, протекающий через тело человека; Uh – напряжение, приложенное к электродам; – активная составляющая сопротивления наружного слоя кожи; – ёмкость условного конденсатора, обклад ка ми которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, расположен ные под эпидермисом, а диэлектриком – эпидермис; Rвн – активное сопротивление внутренних тканей, включая дерму.

Из схемы на рис. следует, что комплексное сопротивление тела человека определяется соотношением:

где Xн = 1/ jw Cн – величина ёмкостной составляющей сопротивления тела человека;

w=2p f , f – частота действующего тока.

Для практических применений используют модуль комплексного сопротивления тела человека:

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Электрическое сопротивление человеческого тела: значение в омах

Сопротивление происходит от слова “сопротивляться”. В электронике  есть такое понятие, как Ом. Что это такое и с чем его едят? Для более развернутого ответа, давайте рассмотрим вот такую схему:

  • Буквы в кружочках – это измерительные приборы

Вольтметр служит для измерения напряжения, а амперметр – для измерения силы тока. Как ими правильно пользоваться читаем в этой статье.

Итак, если пропустить по проводу электрический ток с силой тока в 1 Ампер, а на концах этого провода у нас появится напряжение в 1 Вольт,  это значит, что наш провод обладает сопротивлением в 1 Ом.

В электротехнике и электронике сопротивление обозначается буквой R. Например, тело человека имеет сопротивление от  нескольких сотен Ом и до 100 кОм. Для расчетов берут 1 кОм.

Это зависит от многих факторов, таких как пол, возраст, состояние кожи, сила прикосновения проводников к коже, уровень алкоголя в крови и тд.

Медный провод длиной в метр и сечением в  1 мм2  имеет сопротивление 0,1 Ом.

От чего зависит сопротивление

  1. Какой из предметов будет оказывать большее сопротивление электрическому току?
  2. Садовый шланг
  3. или нефтяная магистраль?

Конечно же садовый шланг. Почему? Да потому что его диаметр намного меньше, чем у нефтяной магистрали.

  • А теперь ответьте на такой вопрос, какой шланг будет обладать большим сопротивлением, с учетом того, что их длины и диаметры равны?
  • Гофрированный
  • или гладкий?

Разумеется гофрированный. Его стенки будут препятствовать потоку воды.

И еще один нюанс. У нас есть садовый гофрированный шланг. Мы обрезали от него небольшую длину, но все равно остался еще большой моток шланга

У какого шланга будет большее сопротивление потоку воды? Думаю, у того, который длиннее.

Формула сопротивления


Как ни странно, но дела с проводом обстоят точно также. Чем тоньше и длиннее провод, тем больше его сопротивление электрическому току.

Большую роль играет также материал, из которого он изготовлен.  Различные материалы по разному проводят электрический ток.

Есть те, которые замечательно проводят ток, типа серебра, а есть те, которые почти не пропускают через себя электрический ток, типа фарфора.

Поэтому, формула будет иметь такой вид:

В технике до сих пор применяется устаревшая единица измерения удельного сопротивления Ом х мм2 /м.  Чтобы перевести  в Ом х м, достаточно умножить на 10-6, так как 1 мм2=10-6м2.

Как вы видите из таблицы выше, самым маленьким удельным сопротивлением обладает серебро, поэтому провод из серебра будет наилучшим проводником в конструировании радиоэлектронных устройств. Ну а самым распространенными и дешевыми – медь и алюминий. Именно эти два металла в основном используются во всей электронной и электротехнической промышленности.

Вещества, которые оказывают наименьшее сопротивление электрическому току и обладают очень малым сопротивлением называются проводниками, а вещества, которые обладают ну очень большим сопротивлением электрическому току и почти его не пропускают через себя, называются диэлектриками. Между ними стоит класс полупроводников.

Резисторы

В электронике уже имеются специальные радиоэлектронные компоненты. Их называют резисторами.

  1. Существуют постоянные резисторы, у которых сопротивление практически не меняется:
  2. а есть также и переменные резисторы:
  3. С помощью них можно изменять сопротивление в каком-либо определенном диапазоне.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

  • В электрических схемах постоянные резисторы обозначаются так:
  • переменные выглядят немного по-другому

Все вышеописанные резисторы можно соединять параллельно или последовательно. При параллельном соединении выводы резисторов соединятся в общих точках.

  1. В этом случае, чтобы узнать общее сопротивление всех резисторов в цепи, достаточно будет воспользоваться формулой, где значение между точками А и В (RAB) и есть то самое R общее:
  2. При последовательном соединении номиналы резисторов просто суммируются
  3. В этом случае

Резюме

Сопротивление играет главную роль в электронике и электротехнике. Любой материал во Вселенной обладает сопротивлением электрическому току. Некоторые материалы очень плохо пропускают через себя электрический ток, а некоторые материалы, такие как серебро и медь, обладают очень малым сопротивлением и отлично пропускают через себя электрический ток.

На сопротивление влияют также такие параметры, как материал, площадь поперечного сечения материала, а также его длина. Материалы, которые отлично проводят через себя электрический ток называются проводниками, а которые препятствую протеканию электрического тока – диэлектриками.

Резисторы – специальные радиоэлементы в электронике, которые обладают определенным номиналом сопротивления и выполняют различные функции.

Источник: https://www.RusElectronic.com/soprotivljenije/

3. И снова Закон Ома!

И снова Закон Ома!

Довольно часто нам приходится слышать такие фразы, как «Ударило током» или «Убило током», и ни какого упоминания о напряжении. Исходя из этого, у вас может сложиться впечатление, что для человека опасен ток, а не напряжение.

Какой-то элемент истины здесь имеет место быть.

Однако, если напряжение не представляет никакой опасности, то зачем пишутся предупреждающие таблички примерно такого содержания: «ОСТОРОЖНО — ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!»?

По большому счету принцип «опасности тока» верен. Электрический ток вызывает ожоги тканей тела, блокирует мышцы и останавливает сердце, но он не может возникнуть сам по себе. Чтобы создать поток электронов через тело человека, к нему нужно приложить напряжение. При выполнении расчетов мы так же должны учесть сопротивление, которое тело человека оказывает электрическому току.

Если с помощью Закона Ома мы выразим силу тока через известные значения напряжения и сопротивления, то получим следующее уравнение:

Сила тока, проходящего через тело человека прямопропорциональна величине напряжения, приложенного к двум его точкам, и обратнопропрорциональна сопротивлению между этими точками. Очевидно, чем больше величина напряжения, создающего поток электронов, тем легче эти электроны будут проходить через конкретную величину сопротивления.

Следовательно, высокое напряжение опасно для жизни, потому что оно создает большой ток, который может травмировать или убить человека. И наоборот, чем большее сопротивление оказывает тело электрическому току, тем медленнее будут течь через него электроны при заданной величине напряжения.

Проще говоря, опасность того или иного напряжения зависит от величины сопротивления, оказываемого телом человека потоку электронов.

Сопротивление тела не является фиксированной величиной. Оно изменяется от человека к человеку, и время от времени. На измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног основывается метод определения процентного содержания жира в организме.

Разные проценты содержания жира обеспечивают разные сопротивления, и это только одна из величин, влияющая на электрическое сопротивление тела человека.

Чтобы метод работал точно, человек за несколько часов до теста должен регулировать потребление жидкости, а это говорит о том, что гидратация является еще одним фактором, влияющим на сопротивление человеческого тела.

Сопротивление так же зависит от того, между какими частями тела мы его будем измерять: между руками, между ногами, между рукой и ногой и т.д.

Необходимо учесть и тот фактор, что прекрасными проводниками электричества являются пот, богатый солями и минералами, а также кровь, с ее высоким содержанием проводящих химических элементов.

 Таким образом, контакт между проводом и потными руками или руками с кровоточащей раной будет обладать гораздо меньшим сопротивлением, чем контакт между проводом и руками с сухой, чистой кожей.

Измеряя сопротивление своего тела чувствительным измерительным прибором, путем сжимания его щупов пальцами рук,  я получил значение 1 миллион Ом (1 МОм).

При этом прибор показывает меньшее сопротивление, когда я плотно сжимаю щупы, и большее сопротивление — когда я ослабляю пальцы. Руки мои при этом чисты и сухи.

Если бы я работал во влажной и грязной производственной среде, то сопротивление между моими руками было бы намного меньше, представляя большую угрозу поражения электрическим током.

Итак, какая же величина тока опасна для человека?. Ответ на этот вопрос зависит от нескольких факторов. Значительное влияние на то, как электрический ток воздействует на человека, оказывает химический состав его тела.

Некоторые люди очень чувствительны к току, и поэтому испытывают непроизвольное сокращение мышц даже от разряда статического электричества, который другие люди могут и не почувствовать.

Несмотря на эти различия, посредством тестов были выведены примерные значения тока (очень небольшие), которые могут оказать вредное воздействие на организм человека. Все значения в таблице даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампера):

«Гц» является сокращенным обозначением единицы измерения Герц, которая служит мерой скорости чередования направлений переменного тока. Эта мера иначе известна как частота.

Так, заголовок «60 Гц АС» одного из столбцов таблицы означает что все значения этого столбца относятся к переменному току, который чередуется с частотой 60 циклов в секунду (1 цикл равен периоду времени, в течении которого поток электронов сначала движется в одном направлении, а потом в другом).

Последняя колонка, с надписью «10 кГц АС», относится к переменному току, который совершает десять тысяч циклов в секунду.

Следует иметь ввиду, что все вышеприведенные цифры являются приблизительными, поскольку реакция на ток  людей с разным химическим составом тела будет различной. Существует предположение, что достаточно пропустить переменный ток величиной в 17 миллиампер через грудь человека, чтобы при определенных условиях вызвать у него аритмию сердца.

Большинство данных таблицы, касающихся аритмии сердца, взяты из опытов над животными. И это естественно, ведь никто не будет проводить такие эксперименты на людях, в связи с чем имеющиеся данные весьма приблизительны.

Если вас интересует вопрос, почему женщины более восприимчивы к электрическому току чем мужчины, то здесь мы вам не поможем — для нас это тоже загадка.

Теперь давайте предположим, что я взялся сухими и чистыми руками за контакты источника напряжения переменного тока частотой 60 Гц. Какое напряжение должно быть у этого источника, чтобы создать ток величиной 20 миллиампер (при таком токе я не смогу самостоятельно отпустить контакты источника)? Ответ на этот вопрос можно найти в Законе Ома (U = IR):

  • U = IR
  • U = (20 мA)(1 МОм)
  • U = 20,000 вольт, или 20 кВ

Имейте в виду, что это сценарий «лучшего случая» с точки зрения электробезопасности (чистая, сухая кожа), а полученная величина напряжения, с огромной долей вероятности, вызовет оцепенение человека.

Гораздо меньшее напряжение потребуется для вызова болевых ощущений.

Следует учесть так же и тот момент, что физиологические эффекты воздействия различных токов на разных людей могут значительно отличаться, поэтому наши расчеты являются только приблизительной оценкой действительности.

Если я смочу пальцы своих рук водой, имитируя пот, то сопротивление моего тела между руками составит всего 17000 Ом (17 кОм). Обратите внимание, что в нашем случае с тонкими металлическими щупами измерительного прибора контактирует по одному пальцу каждой руки. Повторно вычислив напряжение, необходимое для получения тока величиной 20 мА, мы получим следующее значение:

  1. U = IR
  2. U = (20 мA)(17 kОм)
  3. U = 340 вольт

В этом случае достаточно напряжения 340 вольт, чтобы создать ток 20 миллиампер через тело человека. Однако, смертельный удар током можно получить и от меньшего напряжения если увеличить площадь контакта, уменьшив тем самым его сопротивление.

Примером такого контакта служит кольцо на пальце (золото обернутое вокруг пальца создает превосходный контакт для поражения электрическим током) или большой металлический предмет, такой как труба или ручка инструмента.

Сопротивление организма при этом понизится до 1000 Ом (10 кОм), что создаст реальную угрозу поражения низкими значениями напряжения:

  • U = IR
  • U = (20 мA)(1 kОм)
  • U = 20 вольт

Таким образом, чтобы создать ток величиной 20 мА и вызвать оцепенение человека, достаточно напряжения 20 вольт. Ранее мы упомянули предположение, что сила тока 17 мА, пропущенная через грудь человека, при определенных условиях может вызвать аритмию сердца. Так вот, если сопротивление между руками человека будет равно 1 кОм, то для создания этого опасного условия потребуется всего 17 вольт:

  1. U = IR
  2. U = (17 мA)(1 kОм)
  3. U = 17 вольт

В этих расчетах мы показали вам «наихудший» сценарий для напряжения переменного тока частотой 60 Гц и отличной проводимости человеческого тела. Данный пример дает наглядную картину опасности даже небольших значений напряжения.

Понизить сопротивление человеческого тела до 1000 Ом можно не только путем воздействия рассмотренных выше экстремальных факторов (например плотным контактом золотого кольца с пальцем).

Оно может уменьшиться при длительном воздействии напряжения (например, когда человек под действием тока не может разжать руку, и только крепче сжимает проводник).

Одновременно с уменьшением сопротивления увеличивается сила тока при фиксированном напряжении.

Ниже приведены примерные значения сопротивлений точек контакта человека с различными предметами в различных условиях:

  • Контакт пальца с проводом: от 40 000 Ом до 1 000 000 Ом (сухой палец), от 4 000 Ом до 15 000 Ом (влажный палец).
  • Контакт руки с проводом: от 15 000 Ом до 50 000 Ом (сухая рука), от 3 000 Ом до 5 000 Ом (влажная рука).
  • Контакт руки с металлическими плоскогубцами: от 5 000 Ом до 10 000 Ом (сухая рука), от 1 000 Ом до 3 000 Ом (влажная рука).
  • Контакт с ладонью: от 3 000 Ом до 8 000 Ом (сухая ладонь), от 1 000 Ом до 2 000 Ом (влажная ладонь).
  • Контакт (обхват) одной руки с 1,5-дюймовой металлической трубой: от 1 000 Ом до 3 000 Ом (сухая рука), от 500 Ом до 1 500 Ом (влажная рука).
  • Контакт (обхват) двух рук с 1,5-дюймовой металлической трубой: от 500 Ом до 1 500 Ом (сухие руки), от 250 Ом до 750 Ом (влажные руки).
  • Контакт руки, погруженной в проводящую жидкость, с этой жидкостью: от 200 Ом до 500 Ом.
  • Контакт ноги, погруженной в проводящую жидкость, с этой жидкостью: от 100 Ом до 300 Ом.         

Обратите внимание на значения сопротивлений в двух случаях с 1,5-дюймовой металлической трубой. Если трубу обхватить двумя руками, то сопротивление будет ровно в два раза меньше, чем при обхвате этой же трубы одной рукой.

Две руки, сжимающие металлическую трубу, увеличивают площадь контакта в два раза по сравнению с одной рукой. Это очень важное обстоятельство: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях. В этом случае электроны текут из трубы в тело (или наоборот) по двум параллельным маршрутам.

Как вы увидите позже, общее сопротивление параллельной цепи всегда меньше (или равно) любого из сопротивлений этой цепи.

В промышленности пороговым значением опасного напряжения считается, как правило, напряжение величиной 30 вольт. Осторожный человек должен рассматривать любое напряжение, превышающее это значение, как опасное.

Работая с электричеством он должен содержать свои руки чистыми и сухими, а так же снять все металлические украшения, которые представляют опасность и при более низких значениях напряжения.

Такие украшения, выступая в качестве контактов между двумя точками цепи, способны провести достаточный ток, чтобы сжечь кожу.

Опасными могут быть и напряжения менее 30 вольт, если они достаточны чтобы вызвать неприятные ощущения, в результате которых человек может совершить резкое движение и вступить в контакт с другим, более высоким напряжением или иным источником повышенной опасности.

Автор статьи вспоминает, как однажды он ремонтировал свой автомобиль в жаркий летний день. По причине теплой погоды он был в шортах, и работая с аккумуляторной батареей прислонился оголенной частью ног к хромированному бамперу машины.

Когда он коснулся металлическим ключом положительного контакта 12-вольтовой батареи, то почувствовал покалывание в точке контакта ноги с бампером.

Таким образом, надежный контакт с металлом и потная кожа позволили почувствовать удар током  от электрического потенциала значением всего-лишь 12 вольт.

К счастью, в этом случае ничего плохого не случилось.

Но, если бы двигатель автомобиля был запущен, и воздействие тока почувствовала рука а не нога, то автор, возможно, рефлексивно дернул бы ее в сторону вращающегося вентилятора или уронил бы ключ на клеммы аккумулятора (вызвав тем самым короткое замыкание и сноп искр). Этот пример иллюстрирует еще один важный урок электробезопасности — электрический ток может послужить косвенной причиной травмирования.

Очень важное значение имеет путь, по которому ток течет через тело человека.

Благодаря тому, что электрический ток оказывает влияние на все мышцы организма находящиеся на его пути, в том числе и на такие жизненно-важные, как сердце и легкие, наиболее опасным будет такой ток, который проходит через грудь человека. Это сценарий возможен в том случае, если человек соприкоснется с источником напряжения двумя руками.

В целях недопущения такого сценария, при работе со схемой (находящейся под напряжением) желательно использовать только одну руку, засунув вторую при этом в карман (чтобы случайно ничего ей не тронуть).

Конечно, безопаснее было бы работать с обесточенной схемой, но на практике это не всегда возможно. Если схема находится под напряжением, то работать с ней предпочтительнее правой рукой. А почему правой, спросите вы.

Во-первых, если человек правша (каких большинство), то ему удобнее будет работать именно этой рукой, а во-вторых — сердце расположено в левой части грудной клетки.

Лучшей защитой от удара электрическим током является сопротивление, которое может быть добавлено к телу при помощи изолированных инструментов, перчаток, сапог и других приспособлений.

Как вы уже знаете, ток в цепи равен напряжению деленному на общее сопротивление потоку электронов.

Наибольший эффект сопротивления будут иметь при расположении их таким образом, чтобы создать только один путь для потока электронов (подробнее на этом мы остановимся в последующих статьях):

Ниже представлена эквивалентная схема человека, экипированного перчатками и сапогами:

В этом случае суммарное (общее) сопротивление сапог, тела и перчаток потоку электронов будет больше, чем сопротивление каждого из компонентов по отдельности.

Безопасность является одной из причин, по которой электрические провода покрываются пластмассовой или резиновой изоляцией, которая значительно увеличивает сопротивление между проводником и прикоснувшемуся к нему человеком. Однако покрывать изоляцией высоковольтные провода линий электропередач слишком дорого, поэтому безопасность в этом случае достигается путем подвешивания их на столбы высоко над землей.

Краткий обзор:

  • Электрический ток оказывает вредное воздействие на организм человека. Чем больше напряжение, тем больший и опасный ток оно производит. Уменьшить силу тока может сопротивление. Высокое сопротивление является хорошей защитой от удара электрическим током.
  • Напряжение величиной выше 30 вольт способно создать опасный ток.
  • Не нужно надевать металлические украшения при работе с электрическими схемами. Кольца, ремешки часов, ожерелья, браслеты и другие подобные вещи обеспечивают отличный электрический контакт с телом человека и способны провести достаточный ток, чтобы вызвать ожог кожи даже при низких напряжениях.
  • Опасность несет и такое низкое напряжение, которое непосредственно не может поразить человека. Его может быть достаточно, чтобы человек отдернул руку и вступил в контакт с другим, находящимся вблизи источником опасности.
  • В целях предотвращения прохождения опасного тока через грудь человека, работать с запитанной схемой необходимо одной рукой (по возможности — правой).  

Источник: http://www.radiomexanik.spb.ru/3.-elektrobezopasnost/3.-i-snova-zakon-oma.html

Электрическое сопротивление человека. Сопротивление тела у людей

Тема: какое электрическое сопротивление имеет человеческое тело

Кожа человека, как известно, имеет два слоя:

наружный слой кожи (также ещё называется эпидермис) состоит из несколько слоёв, самый верхний из которых называется роговым и представляет собой множество рядов отмерших и ороговевших клеток.

В чистом и сухом виде этот слой можно характеризовать как диэлектрик (он имеет очень большое электрическое сопротивление).

Следующий слой эпидермиса (носит название — ростковый) гораздо тоньше рогового и имеет значительно большую электрическую проводимость (меньшее сопротивление).

внутренний слой кожи (называется дерма) представляет собой живую ткань. Данный слой дермы имеет малое электрическое сопротивление.

Электрическое сопротивление обычного человека при условии, что кожа у него чистая, сухая и неповреждённая (измеренное напряжением 15-20 Вольт) лежит в пределах 3 — 100 кОм (1кОм = 1000 Ом), в некоторых случаях и более.

Сопротивление тела человека, а именно проводимость между двух электродов, которые касаются поверхности кожи, можно рассматривать как 3 сопротивления включённых последовательно: наружные слои (эпидермиса) представляют собой первое сопротивление, и внутренние слои является вторым и третьим сопротивлением, включающим в себя сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей.

Ёмкостная составляющая, присутствующая в сопротивлении человека обуславливает влияние, как рода электрического тока, так и его частоты на общую величину сопротивления тела.

При частоте 10 — 20 кГц и свыше можно утверждать, что поверхностный слой кожи почти полностью утрачивает своё сопротивление, и общее сопротивление человека в данном случае будет состоять лишь из внутреннего сопротивления тела (сопротивление дермы и внутренних тканей).

Общее состояние кожи в значительной мере оказывает влияние на величину электрического сопротивления человека. При повреждении рогового слоя кожи (царапины, порезы, ссадины и т.д.

) происходит снижение сопротивления человека до величины, приближенного к значению внутреннего сопротивления, а это, естественно, повышает опасность поражения электрическим током.

Подобное влияние может оказываться и в случае увлажнения кожи водой или потом.

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм.

В действительности данное электрическое сопротивление есть величина непостоянная, что имеет нелинейную характеристику и зависит от дополнительных условий, в том числе от параметров электрической цепи, состояния кожи, состояния окружающей среды, физиологии человека и т.д.

P.S. Всякие случайности хороши в том случае, когда они имеют положительный характер. Случайный удар электрическим током нельзя отнести к таковым. Следовательно, будьте внимательны и осторожны при работе с электричеством.

Источник: https://electrohobby.ru/elektr-soprot-chelov-soprot-tel.html

Сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом

  • МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
  • по выполнению лабораторных работ по курсу
  • «Безопасность жизнедеятельности»
  • для студентов всех специальностей
  • ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
  • Красноярск, 2012 г.
  • УДК

Рецензент: Калинин А.А., к.т.н., профессор, академик МАН экологии и безопасности.

Оценка эффективности способов защиты человека от поражения электрическим током. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов всех специальностей/ составили Емец А.А., Красноярск, 2012, 19 с.

  1. Печатается по решению
  2. Редакционно-издательского совета университета
  3. Ó СФУ, 2012
  4. Печатается в авторской редакции
  5. Лабораторные работы
  6. « Оценка эффективности способов защиты человека от поражения электрическим током»
  7. Цель работы— изучение количественных и качественных характеристик защитного заземления, защитного зануления и устройства защитного отключения (УЗО), как средств защиты человека от поражения электрическим током.
  8. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
  9. ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
  10. Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту работающих от воздействия электрического тока.
  11. Поражение человека электрическим током может произойти при прикосновениях:
  12. — к токоведущим частям, находящимся под напряжением;
  13. — отключенным токоведущим частям, на которых остался заряд или появилось напряжение в результате случайного включения;
  14. — к металлическим нетоковедущим частям электроустановок после перехода на них напряжения с токоведущих частей.
  15. Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от ряда факторов, в том числе и от:
  16. — электрического сопротивления тела человека,
  17. — величины и длительности протекания через него тока,
  18. — рода и частоты тока,
  19. — схемы включения человека в электрическую цепь,
  20. — состояния окружающей среды
  21. — индивидуальных особенностей организма.
  • Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопро­тивления кожи и сопротивления внутренних тканей.
  • При расчетах
  • сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом.
  • Сила тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше сила тока, тем опаснее последствия.

Сила тока, протекающего через тело человек, при которой человек начинает ощущать проходящий через него ток, называется пороговым ощутимым током. Обычно, при частоте токапромышленной частоты 50 Гц пороговым ощутимым является значение 0,5…1,5 мА.

Ток силой 10… 15 мА вызывает сильные и непроизвольные судороги мышц, которые человек не в состоянии преодолеть, т. е. он не может разжать руку, которой касается токоведущей части, отбросить от себя провод, оказываясь как бы прикованным к токоведущей части. Такой ток называется пороговым неотпускающим.

При силе тока 20…25 мА у человека происходит судорожное сокращение мышц грудной клетки, затрудняется и даже прекращается дыхание, что может привести к смерти вследствие прекращения работы легких.

Ток силой 100 мА является смертельно опасным, так как он в этом случае оказывает непосредственное влияние на мышцы сердца, вызывая его остановку или фибрилляцию (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать.

Длительность протекания тока через тело человека определяет исход поражения им, так как с течением времени резко возрастает сила тока вследствие уменьшения сопротивления тела, и также потому, что в организме человека накапливаются отрицательные последствия воздействия тока.

  1. Опасность электрических сетей.
  2. На производстве используются следующие виды электрических сетей:
  3. — трехфазные электрические сети с изолированной нейтралью;
  4. — трехфазные электрические сети с заземленной нейтралью;
  5. — однофазные электрические сети.
  6. Опасность трехфазных электрических сетей с изолированнойнейтралью.

Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление — сопротивление утечки, равное сумме сопротивлений изоляции и пути тока на землю (рис 5.10).

Для упрощения анализа можно принять их равными, т. е.

Са=Св= Сс и rА = rВ = rС = r

При прикосновении человека к одному из фазных проводов (однофазное сопротивление) исправной сети проводимость этого провода относительно земли уменьшается и происходит смещение нейтрали. Ток через человека в этом случае выражается зависимостью:

где — фазное напряжение сети; — сопротивление цепи человека (Rч = rтч + rод + rоб + rоп), rтч — сопротивление тела человека; rод— сопротивление одежды 0,5…1 кОм для влажной ткани и 10…15 кОм — для сухой; rоб

Источник: https://megaobuchalka.ru/10/3826.html

Чему равно сопротивление тела человека | Режимщик

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково.

Например, при токе частотой 50 Гц удельное сопротивление равно: кости – 107 Ом∙м, кожа сухая – 105 Ом∙м, крови – 1,7 Ом∙м.

При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела, измеренное, при напряжении 15-20 В переменного тока (50 Гц), колеблется в пределах от 1 до 10 кОм, а иногда и в более широких пределах.

Сопротивление кожи, а следовательно сопротивление тела в целом резко уменьшается при повреждении ее рогового слоя, наличие влаги на ее поверхности, интенсивном потовыделении и загрязнении.

Электрическое сопротивление тела человека зависит так же от места приложения электродов к телу, значений тока, проходящего через человека, и приложенного к телу напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока через человека и некоторых других факторов.

Увеличение тока приводит к снижению сопротивления соответствующих участков кожи, за счет местного нагрева кожи и действия на центральную нервную систему (усиливается приток крови, повышается потоотделение). С ростом напряжения сопротивление тела уменьшается в десятки раз.

При больших напряжениях приближается к наименьшему пределу 300 Ом. В России в качестве расчетных значений сопротивление человека равно 1000 Ом при напряжении, приложенном к телу, равное 50 В и выше и сопротивление человека равное 6000 Ом при приложенном напряжении 36 В.

Опыты показывают, что сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты. Разница в значениях сопротивлений постоянному и переменному (50 Гц) током особенно велико при малых напряжениях – до 10 В.

С ростом приложенного напряжения эта разница уменьшается и начиная с 40-80 В сопротивление тела человека как постоянному, так и переменному току промышленной частоты становится практически одинаковым.

На значение сопротивления тела человека влияют и другие факторы, хотя в значительно меньшей степени. Пол и возраст. У женщин, как правило, сопротивление тела меньше, чем у мужчин, а у детей – меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других — толще и грубее.

Физическое раздражение снижает сопротивление тела на 20-25%.

Повышенная температура окружающего воздуха (30-450 С) или тепловое облучение человека, вызывает некоторое понижение сопротивление тела.

Принцип работы трансформатора отбора напряжения в шкафу отбора напряжения Обслуживание устройств АПВ Назначение и область применения устройства автоматического повторного включения

Источник: http://elektro-rezhim.ru/soprotivlenie-tela-cheloveka/

25) Электрическое сопротивление тела человека. Электрическое сопротивление тела человека

Тело
человека является проводником
электрического тока. Различные ткани
тела оказывают току разное сопротивление:
кожа, кости, жировая ткань — большое, а
мышечная ткань, кровь и особенно спинной
и головной мозг — малое. Кожа обладает
очень большим удельным сопротивлением,
что является главным фактором, определяющим
сопротивление всего тела человека.

Кожа
состоит из двух основных слоёв: наружного,
называемого эпидермисом, и внутреннего,
являющегося собственно кожей и носящего
название дермы. Наружный слой кожи —
эпидермис, в своё очередь имеет несколько
слоёв, из которых самый верхний называется
роговым и состоит из многих рядов
ороговевших клеток.

В
сухом и незагрязнённом виде роговой
слой можно рассматривать как диэлектрик.
Другие слои эпидермиса (ростковый слой)
в несколько раз тоньше рогового слоя и
обладает значительно меньшим
сопротивлением.

Внутренний
слой кожи — дерма является живой тканью.
Электрическое сопротивление дермы
невелико.

Сопротивление
тела человека при сухой, чистой и
неповреждённой коже (измеренное при
напряжении до 15-20 В) колеблется в пределах
примерно от 3000 до 100 000 Ом, а иногда и
более.

Сопротивление тела человека, то
есть сопротивление между двумя
электродами, наложенными на поверхность
тела, можно условно считать состоящим
из трёх последовательно включённых
сопротивлений: двух одинаковых наружных
слоя кожи (эпидермиса), составляющих в
совокупности так называемое наружное
сопротивление тела человека, и одного,
называемого внутренним сопротивлением
тела, включающим в себя два сопротивления
внутреннего слоя кожи (дермы) и
сопротивление внутренних тканей тела.

Наружное
сопротивление тела обладает не только
активным сопротивлением, но и ёмкостным,
так как в месте прикосновения электродов
к телу человека образуются как бы
конденсаторы, обкладками которых
являются электроды и хорошо проводящие
токи ткани тела человека, лежащие под
наружным слоем кожи, а диэлектриком —
наружный слой (эпидермис). Внутреннее
сопротивление тела считается чисто
активным.

Обычно
при переменном токе промышленной частоты
учитывают лишь активное сопротивление
тела человека и принимают его равным
1000 Ом. В действительности это сопротивление
— величина переменная, имеющая нелинейную
зависимость от множества факторов, в
том числе от состояния кожи, параметров
электрической цепи, физиологических
факторов и состояния окружающей среды.

Состояние
кожи

— очень сильно сказывается на величине
сопротивления тела человека.

Так,
повреждение рогового слоя, в том числе
порезы, царапины, ссадины и другие
микротравмы, могут снизить полное
сопротивление тела до значения, близкого
к величине внутреннего сопротивления,
что безусловно увеличивает опасность
поражения человека током. Такое же
влияние оказывает и увлажнение кожи
водой или за счёт пота, а также загрязнение
кожи проводящей пылью или грязью.

Поскольку
у одного итого же человека сопротивление
кожи неодинаково на разных участках
тела, то на сопротивление в целом
сказывается место приложения контактов,
а также их площадь.

Величина тока и
длительность его прохождения через
тело оказывают непосредственное влияние
на полное сопротивление: с ростом тока
и времени его прохождения сопротивление
падает, поскольку при этом усиливается
местный нагрев кожи, что приводит к
расширению её сосудов, а следовательно
к усилению снабжения этого участка
кровью и увеличению потовыделения.

Повышение
напряжения, приложенного к телу человека,
вызывает уменьшение в десятки раз
сопротивления кожи, а следовательно, и
полного сопротивления тела человека,
приближающегося в пределе к своему
наименьшему значению — 300-500 Ом.

Наличие
ёмкостной составляющей в сопротивлении
тела человека обусловливает влияние
рода и частоты тока на величину полного
сопротивления.

Так, при частоте 10-20 кГц
и более можно считать, что наружный слой
кожи практически утрачивает сопротивление
электрическому току, и полное сопротивление
кожи состоит только из внутреннего
сопротивления тела человека (то есть
из сопротивлений дермы и внутренних
тканей тела).

Источник: https://studfile.net/preview/5301451/page:16/

Сколько в Омах сопротивление у человеческого тела?

Войти через mail.ru
Виктор

  • 500 Ом, если без кожи.
  • Расчётное 1 кОм, практически — до 1 МОм.

Илья

Уточнить ты не сможешь, ибо человек не конкретный металл, сопротивление кожи всегда меняется. Зависить от возраста, от влажности, от настроение, от температуры тело. Вообщем начинается от 100 Ом, до 10 МОм

Андрей

Сопротивл ение у каждого чел овека разное и зависит от состояния чел овека. В среднем по правил ам расчета по ел ектробезопасности 1000 Ом.

Обычно 10кОм -максимум 500 кОм. Расчетное сопротивление для человека берется 1 кОм. Оно может быть у пьяного или сильно переживающего человека, с мокрыми руками, сильно потеющего, поврежденной кожей. Сопротивление имеет как активную составляющую, так и реактивную. Ток лентяй и течет где ему легче.

Если вы взяли 2 щупа в руки то он покажет сопротивление между рукой-плечами- 2 рукой. Ток через ноги не потечет в этом случае. Так что работай с током обычно только правой рукой, даже если ты левша. И не лезь к высокому напряжению. Это обычно считают более 42 В опасно для жизни и сила тока более 0,1 А.

Eugene

Оно разное для различных участков тела. В среднем при расчете электробезопасности его принимают равным 1 кОм. Самым большим сопротивлением обладает верхний слой кожи (3..

20 кОм) Сопротивление человека Для расчёта величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм [5]. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела.

В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, нелинейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА.

Удельное сопротивление тела человека весьма значительно (около 15 кОм) . Поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении.

Однако при наличии сырости сопротивление тела человека резко снижается и безопасным может считаться напряжение только ниже 12 В.

Другие вопросы из категории «Наука, Техника, Языки»

Источник: https://sprashivalka.com/tqa/q/18027055

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 2

Электрическое сопротивление тела человека может меняться РІ широких пределах — РѕС‚ 100000 РґРѕ 300 РћРј.

Оно зависит от приложенного напряжения, длительности, прохождения тока и др.

Нервные, сердечные Рё легочные заболевания, влажность кожи также понижают электрическую сопротивляемость тела человека.  [16]

Электрическое сопротивление тела человека изменяется от 800 до 100000 Ом.

РћРЅРѕ зависит РѕС‚ РјРЅРѕРіРёС… факторов: состояния Р·РґРѕСЂРѕРІСЊСЏ, нервной системы, психического состояния — влажности кожи, состояния одежды, РѕР±СѓРІРё Рё РґСЂСѓРіРёС… причин.  [17]

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей.

 [18]

Электрическое сопротивление тела человека изменяется РІ широком диапазоне-РѕС‚ 400 РґРѕ 100000 РћРј. Р—Р° опасную силу тока РЅР° основании последних исследований принимают 0 01 Рђ.  [19]

Электрическое сопротивление тела человека изменяется от 800 до 100000 Ом.

РћРЅРѕ зависит РѕС‚ РјРЅРѕРіРёС… факторов: состояния Р·РґРѕСЂРѕРІСЊСЏ, нервной системы, психического состояния, влажности кожи, состояния одежды, РѕР±СѓРІРё Рё РґСЂСѓРіРёС… причин.  [20]

Электрическое сопротивление тела человека РїСЂРё СЃСѓС…РѕР№ неповрежденной коже находится РІ пределах 10000 — 100 000 РѕРј.

Величина этого сопротивления определяется в основном сопротивлением внешнего рогового слоя кожи и при влажной коже может снизиться до тысяч ом.

РџСЂРё снятом СЂРѕРіРѕРІРѕРј слое кожи сопротивление уменьшается РґРѕ 800 — 1000 РѕРј.  [21]

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей.

Кожа, РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј верхний ее слой толщиной 0 2 РјРј, состоящий РёР· мертвых ороговевших клеток, обладает большим сопротивлением, которое определяет общее сопротивление тела человека.  [22]

Электрическое сопротивление тела человека нелинейно.

Эта нелинейность чрезвычайно сложна: как уже указывалось, она зависит от физических, биофизических и биохимических факторов и о ней мало что достоверно известно.

Поэтому приходится делать СЂСЏРґ допущений Рё прежде всего считать РїСЂРё первом рассмотрении, что электрическое сопротивление тела человека линейно, Р° затем уже РїРѕ мере накопления экспериментального материала вносить необходимые уточнения. Основанием для такого допущения служит то, что большая часть биохимических Рё биофизических процессов проявляется РЅРµ РІ первое же мгновение после электротравмы, Р° РїРѕ истечении некоторого времени. РћР± этом свидетельствуют хотя Р±С‹ кривые СЂРёСЃ. 6 — 6, показывающие изменение электрического сопротивления тела человека РїРѕРґ влиянием физических раздражителей. Р�Р· этих кривых РІРёРґРЅРѕ, что изменение наступает РІ течение РјРёРЅСѓС‚, тогда как РїСЂРё оценке электрической цепи РІ процессе расследования несчастных случаев приходится решать РІРѕРїСЂРѕСЃ Рѕ переходных процессах, длительность которых РЅРµ превышает миллисекунд.  [23]

Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и сопротивления внутренних тканей.

 [24]

Величина электрического сопротивления тела человека изменяется от 800 до 100 000 Ом.

РћРЅР° зависит РѕС‚ РјРЅРѕРіРёС… факторов: состояния Р·РґРѕСЂРѕРІСЊСЏ, нервной системы, психического состояния, влажности кожи, состояния одежды, РѕР±СѓРІРё Рё РґСЂСѓРіРёС… причин.  [25]

�зучение электрического сопротивления тела человека сильно продвинулось вперед, когда в исследовательский обиход были внедрены измерения сопротивлений на высоких частотах.

Эти измерения впервые показали, что электрическое сопротивление внутренних органов является преимущественно активным сопротивлением, Р° емкостная составляющая полного сопротивления обусловлена РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј сопротивлением кожи.  [26]

�змерения электрического сопротивления тела человека обычно проводятся обстоятельно, но противоречия не сглаживаются.

Называется общее значение сопротивления в омах, но не указываются ни площади поверхностей электродов, ни силы, с которыми они давили на кожу.

Если сообщается Рѕ сопротивлении РїСЂРё петле СЂСѓРєР° — СЂСѓРєР°, то РЅРµ уточняется, РІ какой части СЂСѓРєРё — тыльной или ладонной — произошел контакт.  [27]

Зависимость электрического сопротивления тела человека Рё тока, проходящего через него, РѕС‚ величины приложенного напряжения показаны РЅР° СЂРёСЃ. 26, РіРґРµ 1 Рё 2 — переменный ток СЃ частотой 50 Гц; 3 Рё 4 — постоянный ток.  [28]

Р�зучение электрического сопротивления тела человека сильно продвинулось Р• — перед, РєРѕРіРґР° РІ исследовательский РѕР±РёС…РѕРґ были внедрены измерения сопротивлений РЅР° высоких частотах.

Эти измерения впервые показали, что электрическое сопротивление внутренних органов является преимущественно активным сопротивлением, Р° емкостная составляющая полного сопротивления обусловлена РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј сопротивлением кожи.  [29]

�змерения электрического сопротивления тела человека обычно проводятся обстоятельно, но противоречия не сглаживаются.

Называется общее значение сопротивления в омах, но не указываются ни площади поверхностей электродов, ни силы, с которыми они давили на кожу.

Если сообщается Рѕ сопротивлении РїСЂРё петле СЂСѓРєР° — СЂСѓРєР°, то РЅРµ уточняется, РІ какой части СЂСѓРєРё — тыльной или ладонной — произошел контакт.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id457960p2.html

Проведение электрического тока к телу человека и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель данной статьи – объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с высоковольтными ожогами, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с высоковольтными ожогами, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током – смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током – повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли до остановки дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больший ток, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к повреждению глубоких тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация – еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа в чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут ответить. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток течет по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение отключено, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (приблизительно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к стороне грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуется 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка контактирует с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного, находящегося под напряжением объекта есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница в напряжении между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то и другое.

Дуга высокого напряжения подразумевает прохождение электричества через воздух. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если дуга или провод под напряжением контактирует с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам повреждения, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося объекта.

Горение от вспышки при отсутствии тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги высоковольтного контакта будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, проходит через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, ожидается, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, непрерывные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , который проводил измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, – это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути тока включают руку в руку, руку к ноге и от передней части груди до задней части груди.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при низковольтном разряде, является неспособность отпустить. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать ее, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически все случаи неспособности отпускать связаны с переменным током. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект ужесточает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отказаться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (стр. 57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом попадания электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает сопротивление кожи на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Действие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные мышечные сокращения, существует диапазон текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для возникновения тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что ток 10 мА может вызывать тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны величины тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других смертельных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока, падает в воду. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель – у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны – север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot and Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) провод заземления источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 мкм / см наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальное тестирование показало, что при 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становится вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено находилось на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами аварии и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Серия учебных курсов по электричеству и электронике для ВМФ Модуль 1 – Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения – проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный вариант] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу кузова В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

3.4: Закон Ома (снова) – Workforce LibreTexts

Принцип «текущее убивает» по существу верен. Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть доступное напряжение, чтобы заставить электроны проходить через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.

Взяв закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выразив его через ток для заданных напряжения и сопротивления, мы получим следующее уравнение:

Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками этого тела, деленному на электрическое сопротивление, оказываемое телом между этими двумя точками.Очевидно, что чем больше напряжения доступно, чтобы заставить электроны течь, тем легче они будут проходить через любое заданное сопротивление. Следовательно, опасность высокого напряжения: высокое напряжение означает возможность протекания через ваше тело большого количества тока, который может вас травмировать или убить. И наоборот, чем большее сопротивление тело оказывает току, тем медленнее электроны будут течь при любом заданном напряжении. Насколько опасно напряжение, зависит от того, какое полное сопротивление в цепи препятствует потоку электронов.

Сопротивление тела не является фиксированной величиной. Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже метод измерения содержания жира в организме, основанный на измерении электрического сопротивления между пальцами рук и ног. Различное процентное содержание жира в организме дает разное сопротивление: всего одна переменная, влияющая на электрическое сопротивление в теле человека. Чтобы методика работала точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.

Сопротивление тела также зависит от того, как происходит контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от ступни к ступне, от руки к локтю и т. Д.? Пот, богатый солями и минералами, является отличным проводником электричества, будучи жидкостью. То же самое и с кровью с таким же высоким содержанием проводящих химикатов. Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.

Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю сопротивление приблизительно 1 миллион Ом (1 МОм) двумя руками, держась за металлические щупы измерителя между пальцами.Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я сильно сжимаю щупы, и большее сопротивление, когда я держу их слабо. Я сижу за компьютером и печатаю эти слова, мои руки чистые и сухие. Если бы я работал в жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, представляя меньшее сопротивление смертоносному току и большую опасность поражения электрическим током.

А какой ток вреден? Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов.Химический состав тела человека оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольное сокращение мышц из-за ударов статического электричества. Другие могут получить большие искры от разряда статического электричества и почти не почувствовать его, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, с помощью тестов были разработаны приблизительные руководящие принципы, которые показывают, что для проявления вредных эффектов требуется очень небольшой ток (опять же, информацию об источнике этих данных см. В конце главы).Все текущие значения даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампер):

Таблица воздействия электричества на тело

«Гц» – это единица измерения Гц, , мера того, насколько быстро изменяется переменный ток, величина, также известная как частота . Таким образом, столбец цифр, обозначенный «60 Гц переменного тока», относится к току, который меняется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда электроны текут в одном направлении, а затем в другом) в секунду.Последний столбец, обозначенный «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) возвратно-поступательных циклов каждую секунду.

Имейте в виду, что эти цифры являются приблизительными, поскольку люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному. Было высказано предположение, что ток через грудную клетку всего 17 мА переменного тока достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большинство наших данных относительно индуцированной фибрилляции получены в результате испытаний на животных.Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях непрактично, поэтому имеющиеся данные отрывочны. О, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины, как правило, более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины! Исходит из испытаний на животных.

Предположим, я положил обе руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов, или чередование назад и вперед, в секунду). Сколько напряжения потребуется в этом чистом, сухом состоянии кожи, чтобы произвести ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома (E = IR), чтобы определить это: необходимо ли в этом чистом, сухом состоянии кожи производить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома (E = IR), чтобы определить это:

E = IR

E = (20 мА) (1 МОм)

E = 20 000 вольт или 20 кВ

Имейте в виду, что это «лучший случай» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности, и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка.Чтобы вызвать болезненный шок, потребуется гораздо меньше! Также имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно отличаться от человека к человеку, и что эти расчеты являются приблизительными только оценками.

Обрызгав пальцы водой, чтобы имитировать пот, я смог измерить сопротивление рук в руках всего 17 000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что это касается только одного пальца каждой руки, касающегося тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 мА, мы получим эту цифру:

E = IR

E = (20 мА) (17 кОм)

E = 340 вольт

В этом реалистичном состоянии потребуется всего 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать ток 20 миллиампер.Тем не менее, все еще возможно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При условии значительно более низкого сопротивления тела, увеличенного за счет контакта с кольцом (полоса золота, обернутая по окружности пальца, является отличной точкой контакта для поражения электрическим током) или полного контакта с большим металлическим предметом, таким как труба или металл рукояткой инструмента сопротивление корпуса может упасть до 1000 Ом (1 кОм), что приведет к тому, что даже более низкое напряжение будет представлять потенциальную опасность:

E = IR

E = (20 мА) (1 кОм)

E = 20 вольт

Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы вызвать ток в 20 миллиампер через человека: достаточно, чтобы вызвать столбняк.Помните, было высказано предположение, что сила тока всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашной в 1000 Ом для создания этого опасного состояния потребуется всего 17 вольт:

E = IR

E = (17 мА) (1 кОм)

E = 17 вольт

Для электрических систем семнадцать вольт – это не так уж и много. Конечно, это «наихудший» сценарий с напряжением переменного тока 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он действительно показывает, насколько низкое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.

Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, не должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа при контакте с золотым кольцом). Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего крепче держать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта. То, что начинается как легкий шок – ровно настолько, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить ее, может перерасти в нечто достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а сила тока соответственно увеличивается.

Research предоставило приблизительный набор цифр для электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях (информацию об источнике этих данных см. В конце главы):

  • Провод, касающийся пальцем: от 40 000 Ом до 1 000 000 Ом в сухом состоянии, от 4 000 Ом до 15 000 Ом во влажном состоянии.
  • Провод, удерживаемый рукой: от 15 000 Ом до 50 000 Ом в сухом состоянии, от 3 000 Ом до 5 000 Ом во влажном состоянии.
  • Металлические плоскогубцы в руке: от 5000 Ом до 10000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 3000 Ом во влажном состоянии.
  • Контакт ладонью: от 3000 Ом до 8000 Ом в сухом состоянии, от 1000 Ом до 2000 Ом во влажном состоянии.
  • 1,5-дюймовая металлическая труба, захваченная одной рукой: от 1000 Ом до 3000 Ом в сухом состоянии, от 500 Ом до 1500 Ом во влажном состоянии.
  • 1,5-дюймовая металлическая труба, захватываемая двумя руками: от 500 Ом до 1500 кОм в сухом состоянии, от 250 Ом до 750 Ом во влажном состоянии.
  • Рука, погруженная в токопроводящую жидкость: от 200 Ом до 500 Ом.
  • Опора, погруженная в проводящую жидкость: от 100 Ом до 300 Ом.

Обратите внимание на значения сопротивления в двух условиях для металлической трубы диаметром 1,5 дюйма. Сопротивление, измеренное при захвате трубы двумя руками, составляет ровно половину сопротивления при захвате трубы одной рукой.

Двумя руками площадь соприкосновения с телом вдвое больше, чем с одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях. Если держать трубку двумя руками, электроны имеют два параллельных пути, по которым они проходят от трубки к телу (или наоборот).

Как мы увидим в более поздней главе, параллельных цепей всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.

В промышленности 30 вольт обычно считается консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен расценивать любое напряжение выше 30 В как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от поражения электрическим током. При этом, по-прежнему, держать руки в чистоте и сухости и снимать все металлические украшения при работе с электричеством – это отличная идея. Даже при более низком напряжении металлические украшения могут представлять опасность, поскольку проводят ток, достаточный для ожога кожи, при контакте между двумя точками в цепи.Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких ожогов пальцев из-за замыкания между точками в низковольтной и сильноточной цепи.

Кроме того, напряжение ниже 30 может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятное ощущение, которое может вызвать вздрагивание и случайное соприкосновение с более высоким напряжением или другой опасностью. Я вспоминаю, как однажды жарким летним днем ​​работал над автомобилем. Я был в шортах, моя голая нога касалась хромированного бампера автомобиля, когда я затягивал контакты аккумулятора.Когда я прикоснулся металлическим ключом к положительной (незаземленной) стороне 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в точке, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей вспотевшей кожи позволило почувствовать шок всего лишь при напряжении 12 вольт электрического потенциала.

К счастью, ничего плохого не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался в моей руке, а не ноге, я мог бы рефлекторно толкнуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора ( выдача больших величин тока через гаечный ключ с большим количеством сопутствующих искр).Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; этот электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас подпрыгивать или спазмировать части вашего тела в опасную для вас сторону.

Ток, проходящий через человеческое тело, имеет значение, насколько он опасен. Ток будет влиять на все мышцы, находящиеся на его пути, а поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, пути удара, проходящие через грудную клетку, являются наиболее опасными.Это делает путь электрического тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и смертельного исхода.

Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать с цепями под напряжением, находящимися под напряжением, только одной рукой, а вторую руку держать в кармане, чтобы случайно ни к чему не прикоснуться. Конечно, всегда безопаснее работать в цепи, когда она отключена, но это не всегда практично или возможно. При работе одной рукой, как правило, предпочтение отдается правой руке по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), а сердце обычно находится слева от центра в грудной полости.

Для левшей этот совет может быть не лучшим. Если такой человек недостаточно скоординирован с правой рукой, он может подвергнуть себя большей опасности, используя ту руку, с которой ему меньше всего комфортно, даже если электрический ток, протекающий через эту руку, может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность между сотрясением одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки для работы лучше всего оставить на усмотрение человека.

Лучшая защита от ударов цепи под напряжением – это сопротивление, а сопротивление может быть добавлено к телу с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи является функцией доступного напряжения, деленного на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены так, что электроны могут двигаться только по одному пути:

.

Теперь мы рассмотрим эквивалентную схему для человека в изолированных перчатках и ботинках:

Поскольку электрический ток должен проходить через ботинок и корпус и перчатку, чтобы замкнуть цепь обратно к батарее, общая сумма ( сумма ) этих сопротивлений противодействует потоку электронов в большей степени, чем любое другое. сопротивлений рассматривается индивидуально.

Безопасность – одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и тем, кто или что-либо может с ним контактировать. К сожалению, было бы непомерно дорого заключать проводники линии электропередачи в достаточную изоляцию, чтобы обеспечить безопасность в случае случайного контакта, поэтому безопасность поддерживается за счет того, что эти линии держат достаточно далеко вне досягаемости, чтобы никто не мог случайно прикоснуться к ним.

Обзор

  • Ущерб для тела зависит от силы электрического тока.Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи. Сопротивление противостоит току, поэтому высокое сопротивление является хорошей защитой от ударов.
  • Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные электрические токи.
  • Металлические украшения определенно плохо носить при работе с электрическими цепями. Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают отличный электрический контакт с вашим телом и сами могут проводить ток, достаточный для возникновения ожогов кожи даже при низком напряжении.
  • Низкое напряжение может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы напрямую вызвать поражение электрическим током. Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее отпрянуть и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
  • При необходимости работы в цепи под напряжением, лучше всего выполнять работу одной рукой, чтобы предотвратить смертельный путь электрического тока из рук в руки (через грудную клетку).

экспериментов по изучению сопротивления человеческого тела постоянному току I

Примечание редактора – Документ, на котором основана эта статья, был первоначально представлен на симпозиуме IEEE Product Safety Engineering Society 2018, где был признан лучшим докладом симпозиума.Он перепечатан здесь, с разрешения, из материалов Международного симпозиума IEEE Product Safety Engineering Society по разработке соответствия продукции требованиям 2018 года. Авторские права 2018 IEEE.


Физиологические эффекты поражения электрическим током в основном индуцируются током [1], поэтому ограничения по току часто устанавливаются в стандартах безопасности для защиты человеческого тела от опасности поражения электрическим током [2]. Однако для определенных стандартов или приложений часто предпочтительны пределы напряжения.В таких случаях импеданс человеческого тела можно использовать для оценки предельного напряжения на основе безопасных пределов тока. Кроме того, импеданс человеческого тела можно использовать для построения моделей электрических цепей, представляющих пути проводимости через человеческое тело, для оценки токов прикосновения. Например, согласно UL 101 [2], импеданс человеческого тела моделируется сопротивлением 1500 Ом, подключенным параллельно конденсатору 0,22 мкФ, включенному последовательно с другим резистором на 500 Ом. Такая измерительная схема используется для оценки силы тока прикосновения при воздействии шока на уровне восприятия для синусоидального переменного тока частотой 60 Гц.

Применение

постоянного тока, особенно с опасным напряжением, становится все более распространенным из-за более широкого использования возобновляемых источников энергии (например, фотоэлектрических), систем накопления энергии и т. Д. Следовательно, полезно проанализировать сопротивление человеческого тела при постоянном токе, чтобы лучше понять его влияние на физиологические эффекты поражения электрическим током для приложений постоянного тока. В стандарте IEC 60479-1 [3] указано сопротивление человеческого тела постоянному току для сопротивления человеческого тела от 25 В до 1000 В. Однако значения сопротивления постоянному току, включенные в [3], были основаны на экспериментальных данных, проведенных только при 25 В, а остальные значений, математически экстраполированных на основе сопротивления человеческого тела переменному току.Это делает предположение, что импеданс тела изменяется одинаково с постоянным током, как и с переменным током, что может или не может быть так. Кроме того, сопротивления корпуса постоянному току, приведенные в [3], относятся только к сухим условиям. Насколько известно авторам, в настоящее время отсутствуют данные о сопротивлении человеческого тела постоянному току во влажных условиях, основанные непосредственно на экспериментальных наблюдениях. Для влажных условий предполагается, что значения сопротивления корпуса постоянному току, указанные в стандарте IEC [3], идентичны сопротивлению корпуса переменному току во влажных условиях при каждом напряжении.Опять же, это делает предположения, которые не имеют твердого подтверждения экспериментальными данными.

Поскольку постоянный ток при опасном напряжении и возможность воздействия на человека таких опасностей становится все более распространенным явлением, необходимо иметь исчерпывающие данные об импедансе человеческого тела при постоянном токе. Такой набор данных потребует, чтобы измерения на многих людях имели какую-либо статистическую значимость (например, 50 или более). Конечная цель авторов – разработать типичные значения импеданса тела постоянного тока на основе экспериментальных данных, аналогичные тем, которые доступны в настоящее время для переменного тока.

Тем не менее, пока неясно, какой уровень влияния будут иметь различные параметры измерения, а также на сегодняшний день неясно, насколько воспроизводимым будет любое данное измерение для любого конкретного человека. Авторы пришли к выводу, что поэтому было преждевременно продвигаться вперед с крупномасштабной экспериментальной программой с участием значительного числа людей-добровольцев до того, как было установлено лучшее понимание согласованности измерений на каком-либо конкретном человеке. Например, было неясно, достижимы ли воспроизводимые значения при измерении одного и того же человека в разное время в одних и тех же условиях испытаний.Насколько известно авторам, ни в одной предыдущей работе это не оценивалось. Кроме того, не было обнаружено никаких опубликованных данных о влиянии контактного материала на тестирование импеданса человеческого тела, которое, как предполагается, влияет на измеренный импеданс тела и может лучше объяснить взаимосвязь измеренного импеданса тела и приложенного напряжения. (В [3] сообщалось, что сопротивление тела линейно уменьшается по мере увеличения приложенного напряжения.) Рассмотрев эти неизвестные эффекты на измерение импеданса тела постоянного тока, авторы сделали первый шаг к дальнейшему пониманию этих факторов; результаты которого представлены здесь.Поэтому более масштабную программу испытаний пришлось отложить до проведения в качестве второго этапа нашей работы.

Первоначальная работа, о которой сообщается здесь, исследовала влияние трех переменных теста (контактный материал, влажные или сухие условия и время дня) на трех испытуемых. Материалы для контактов из меди и алюминия использовались для лучшего понимания потенциального влияния на измеренный импеданс тела и для проверки гипотезы о том, что нелинейное поведение, наблюдаемое в поведении импеданса тела, аналогично тому, что наблюдается в контактах металл-полупроводник.[6] Влажные и сухие условия использовались для оценки влияния на измеренный импеданс тела, а также для определения относительной повторяемости измерений при каждом условии. В целях безопасности эта работа ограничила объем исследования до напряжений 60 В. и ниже.

Рисунок 1: Схема измерения силы восприятия тока прикосновения


Обзор порога ударного напряжения постоянного тока

Существует четыре различных физиологических эффекта электрического шока для постоянного или переменного тока: восприятие, неспособность расслабиться, фибрилляция желудочков и ожог.Согласно экспериментам, проведенным Далзилом в 1940-х годах [1], порог поражения электрическим током постоянного тока выше, чем переменного тока. Другими словами, человеческое тело менее уязвимо для поражения электрическим током при постоянном токе по сравнению с сигналами переменного тока 50/60 Гц аналогичной величины. Что касается предела напряжения, предел постоянного тока составляет 60 В в сухих условиях и 30 В во влажных условиях, как указано в UL 1310, [4] с целью защиты от неспособности отпустить ударные воздействия. Этот предел был выбран с целью защитить 95% населения, включая детей.Обратите внимание, что этот предел определяется на основе пути от руки к обеим ногам: для других путей тока допустимый предел напряжения может быть другим. Чтобы собрать более широкий диапазон экспериментальных данных, в этой работе предел напряжения был установлен на уровне 60 В вместо 30 В как для сухих, так и для влажных условий, хотя 60 В является пределом невозможности отпускания только в сухих условиях. . Однако следует отметить, что эти пределы были установлены с учетом интересов детей, и в этой работе испытуемыми были только взрослые (и поэтому они могут выдерживать более высокие напряжения).В целях безопасности и комфорта испытуемых каждый испытуемый мог разорвать цепь в любое время во время испытания, оторвав руку от электрода (рис. 2), если ощущение восприятия становилось слишком неудобным. Ток был ограничен до уровня ниже 20 мА, как за счет настройки ограничения тока на блоке питания, так и за счет включения быстродействующего предохранителя на 20 мА, установленного последовательно с источником тока для испытуемого.

Рисунок 2: Фотография экспериментальной установки с субъектом


Оборудование и экспериментальная установка

Модель BK Precision 9183B использовалась для подачи постоянного тока во время испытаний.Во время теста выходное напряжение блока питания контролировалось портативным компьютером. Модель Dewetron DEWE-50-USB2-8 использовалась для сбора данных, включая выходное напряжение и ток от источника постоянного тока. Подключения по току и напряжению к металлическим пластинам были физически разделены, чтобы минимизировать влияние контактного сопротивления. Сопротивление тела рассчитывалось по показаниям напряжения и тока по закону Ома.

На рис. 2 показана экспериментальная установка, на которой испытуемый находится в нужном положении во время тестирования.Испытуемый стоял на металлической пластине, которую чередовали между медью и алюминием. Испытуемым было предложено встать на тарелку босиком. Каждый испытуемый кладет правую руку на металлическую пластину из того же материала, что и пластина у ступней. Перед каждым сеансом тестирования руки очищали спиртовой салфеткой для удаления поверхностных масел и грязи, а также для сушки рук. Не было предпринято никаких усилий, чтобы очистить или высушить ноги. Размер металлической пластины для контакта рук составлял 100 мм на 100 мм.Этот размер определяется как «большая площадь контакта» в стандарте IEC 60479-1 [2]. Согласно этому стандарту ожидается, что большая площадь контакта приведет к наименьшему сопротивлению к телу, что считается «наихудшим случаем» по сравнению с аналогичным определением «средних» и «малых» площадей контакта. В этой работе предполагается большая площадь контакта или «наихудший случай», поскольку наихудшие условия представляют наибольший интерес для приложений, связанных с безопасностью.

Известно, что на сопротивление человеческого тела влияет уровень влажности поверхности кожи [3].В этой работе поверхность рук тестировалась в двух условиях: сухой и имитирующий влажный пот и воду. Концентрация натрия в поте находится в диапазоне от 6 до 85 мэкв. на л [5], что эквивалентно от 13,8 мг / дл до 195,5 мг / дл. Для этой работы выбирается концентрация натрия на верхнем пределе этого диапазона, так как это приведет к наименьшему сопротивлению и, следовательно, к «наихудшему» риску электробезопасности. Тест проводился с соленостью 80 мг-экв на 1 л воды, что приблизительно соответствует 95-му процентилю максимальной концентрации натрия 85 мг-экв.Это соответствует 1,85 г NaCl на литр воды. Человеческий пот также содержит калий и другие соли, но эти концентрации намного ниже, чем концентрация натрия [5]; поэтому в этом исследовании не учитывались эффекты калия.

Как показано на Рисунке 2, на тыльную сторону руки были приложены два мешка, каждый из которых был заполнен 0,5 кг металлической дроби. Испытуемые были проинструктированы расслабить руки с намерением, чтобы давление оказывалось только весом мешков.Это была попытка контролировать переменное давление на металлические пластины, которое может влиять на сопротивление контакту с телом.

Результаты

Напряжение питания подавалось линейно от 0 В до 60 В, линейно нарастало со скоростью 1 В / с. Ток был ограничен до 20 мА, и когда ток или напряжение достигали предела, источник питания переключался на источник постоянного тока на 20 мА. Каждое испытание продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто 60 В или пока испытуемый не уберет руку с пластины из-за дискомфорта.На рис. 3 показан пример измеренных напряжения и тока в сухих условиях для одного испытуемого. В этом случае приложенное напряжение постоянного тока достигало 60 В, затем снова снижалось до 0 В, при этом наблюдаемый ток составлял около 12 мА при приложенном напряжении 60 В. На рисунке 3 ось x – это временной шаг, который – это выборочный подсчет измерений, выполненных в течение 60-секундного теста.

Рисунок 3: Пример измеренного выхода и тока в сухих условиях для одного объекта

Тест 1 Тест 2 Тест 3 Тест 4
Рука Сухой Сухой мокрый мокрый
Материал электрода Медь Алюминий Алюминий Медь

Таблица 1: Условия испытаний

Были измерены четыре комбинации условий испытаний: Таблица 1 показывает условия, которые использовались для каждого испытания.Для каждого условия теста и каждого добровольца тест повторялся 20 раз в течение нескольких недель. На рисунке 4 показаны результаты прямоугольной диаграммы для измеренного тока для каждого из четырех тестов и трех добровольцев при приложенном напряжении 25 В. Верхний край внешнего прямоугольника светло-голубого цвета представляет первый квартиль (Q1), а нижний край представляет третий квартиль (Q3). Таким образом, эта внешняя часть графика представляет собой межквартильный диапазон (IQR) или средние 50% наблюдений.Внутреннее поле представляет собой доверительный интервал 95%. Вертикальные линии представляют собой верхние и нижние усы, которые простираются наружу, чтобы указать самые низкие и самые высокие значения в наборе данных (за исключением выбросов). Горизонтальная линия в рамке представляет собой среднее значение; кружок с крестиком представляет собой среднее значение.

Рисунок 4: Ток (мА) при 25 В для трех добровольцев и четырех условий испытаний


Данные на Рисунке 4 показывают, что изменчивость сопротивления тела во влажных условиях (тесты 3 и 4) была значительно меньше, чем наблюдаемая для сухих условий (тесты 1 и 2).Более того, сопротивление влажного состояния было ниже, чем соответствующего сухого состояния, что означает, что влажное состояние является худшим случаем (то есть более опасным) с точки зрения безопасности. Поскольку консерватизм обычно предпочтительнее при анализе безопасности, и тот факт, что данные о влажных условиях демонстрируют меньшую изменчивость, результаты предполагают, что в будущем тестирование импеданса тела будет проводиться только во влажных условиях.

На рис. 5 показан график измеренного тока для обоих тестов 3 (алюминий) и 4 (медь, оба проводились с использованием влажной кожи) при 5В.Было замечено, что металлический электрод влиял на измеряемый ток. Для всех испытуемых медь показывала более высокий измеренный ток при 5 В и 10 В, причем этот эффект, как было обнаружено, уменьшался с увеличением напряжения. Следует отметить, что это вряд ли связано с более высокой электропроводностью меди по сравнению с алюминием, поскольку конфигурация с четырьмя датчиками, используемая для измерения сопротивления, включает в измерение только контакт металла с кожей и не включает объемное сопротивление металла. контакт.Кроме того, любой вклад в объемное сопротивление будет наблюдаться при всех напряжениях и не будет уменьшаться при увеличении напряжения.

Рисунок 5: Коробчатая диаграмма измеренного тока для Теста 3 и Теста 4 (влажные условия) при 5 В


Метод дисперсионного анализа (ANOVA) может облегчить определение значимости фактора для конкретного выходного параметра. В этом исследовании он использовался для определения статистической значимости металлического материала электрода при измерении сопротивления тела как функции напряжения.На рисунке 6 показаны значения R , рассчитанные для влияния материала электрода на измеряемый ток: более высокое значение R предполагает большее влияние на выходной параметр. Было обнаружено, что значение R высокое при низких напряжениях, затем быстро падает при увеличении напряжения с 10 В до 20 В. Это говорит о том, что обнаружено, что металлический электрод оказывает статистически значимое влияние на измеренный импеданс при напряжениях ниже 20 В. , что согласуется с наличием барьера Шоттки на границе раздела металл-скин.[6]

Рисунок 6: Значение R (в процентах), рассчитанное с помощью дисперсионного анализа ANOVA во влажных условиях, оценивающее влияние электродного материала на каждого из трех добровольцев.


На рисунке 7 показано среднее значение сопротивления напряжения для испытания 4 (влажное состояние, медный электрод). Было замечено, что сопротивление тела обычно уменьшалось с увеличением напряжения прикосновения. Также было обнаружено, что сопротивление тела имеет нелинейную зависимость от напряжения, что соответствует стандарту IEC 60479-1.В стандарте IEC 60479-1 отмечается это нелинейное поведение, а также упоминается дальнейшее увеличение по мере того, как происходит электрический пробой кожи [3]. Природа этого нелинейного поведения не описана в IEC 60479-1. Авторы предполагают, что эту нелинейность можно объяснить в контексте барьера Шоттки, где контакт кожи с металлической пластиной образует переход металл-полупроводник, что приводит к неомическому вольт-амперному поведению. Тогда разница в измеренном сопротивлении между алюминием и медью будет зависеть от работы выхода (которая для двух металлов составляет примерно 4.3 и 4,7 эВ соответственно) [6]. Измерения с использованием дополнительных металлических поверхностей помогли бы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, например, проведение измерений с использованием материалов с более низкой работой выхода (например, магний, 3,7 эВ) и более высокой работой выхода (например, никель и платина, 5,2 и 5,7 эВ, соответственно. ), оба потенциальных объекта будущей работы.

Рисунок 7: Среднее значение сопротивления в зависимости от напряжения для Теста 4 (влажные условия)


Коэффициент вариации (CV) представляет собой отношение стандартного отклонения к среднему, что полезно для сравнения степени вариации измеренного сопротивления для каждого отдельного добровольца.Поскольку установление повторяемости измерения импеданса тела для одного и того же человека было ключевой целью этой работы, CV помогает количественно оценить эту изменчивость. На рисунке 8 показана CV для всех трех добровольцев, использующих медные электроды во влажных условиях (тест 4), сравнивая относительные различия данных среди добровольцев. Было замечено, что волонтер № 3 продемонстрировал гораздо больший разброс в сопротивлении тела по сравнению с двумя другими добровольцами (это также можно наблюдать на Фигуре 4). Для волонтера No.2, измеренное сопротивление тела было менее согласованным при более низких напряжениях, но по мере увеличения напряжения более 20 В CV сопротивления тела снижается примерно до 10%, что согласуется с данными добровольца № 1.

Рисунок 8: Коэффициент вариации для трех добровольцев, использующих медь во влажных условиях


Для дальнейшего исследования большего разброса, наблюдаемого в результатах добровольца № 3, данные были разделены по времени суток (утро и полдень). Утро определяется как измерения, проводимые в течение обычного рабочего дня до 12:00 по местному времени, а после полудня – как измерения, завершенные после 12:00.Во время этой работы, как правило, каждый день выполняли два измерения каждого испытуемого: одно утром и одно днем. За отсчетом времени понималось время, когда результаты теста были завершены и сохранены в компьютере. На рисунке 9 показан коэффициент вариации для утра (а) и после полудня (б). Как и в случае, показанном на Рисунке 8, на Рисунке 9 также показаны данные с медными электродами и кожей во влажных условиях. Интересно отметить, что CV значительно различается для волонтера No.3 между утром и днем, тенденция, которая была последовательной для этого объекта во всех приложенных напряжениях, используемых в этом исследовании. Разница для двух других добровольцев между утром и днем ​​оказалась менее значительной, особенно для добровольца № 1. Следует отметить, что для тестов, проводимых утром, разброс данных для добровольца № 3 фактически был ниже, чем для добровольца № 1. для добровольца № 2 – при напряжении менее 25 В. И утром, и днем ​​CV уменьшается с увеличением напряжения.Точная природа статистически значимых различий в утренних и дневных данных для добровольца № 3 в настоящее время неизвестна. Поскольку эта разница в поведении наблюдалась при 20 измерениях в течение нескольких недель, маловероятно, что проблемы были вызваны ошибкой измерения и, скорее, связаны с каким-либо метаболическим или другим состоянием организма, затронутым в полдень (т. Е. Во время обеда). Другая, хотя и менее вероятная, возможность – это какое-то неосознанное изменение в поведении добровольца No.3 между утром и днем, хотя было бы сложно повлиять на такое изменение постоянно в течение 20 тестовых сессий. Независимо от причины, здесь важна не конкретная причина, а общее влияние на сопротивляемость организма. Эти наблюдения действительно предполагают, что будущие измерения, возможно, придется проводить как утром, так и после обеда, и соответствующее время измерения должно быть отмечено для каждого испытуемого для будущих исследований.

Рисунок 9: Коэффициент вариации с использованием медных электродов во влажных условиях (тест 4), (а) утро (б) полдень


Заключение

Данные показали влияние материала контакта на измеряемое сопротивление тела и может быть связано с образованием барьера Шоттки, аналогичного тому, что наблюдается в приборах типа металл-полупроводник.Это могло бы объяснить природу неомического поведения, которое давно известно для импеданса человеческого тела, хотя для подтверждения этой гипотезы необходимы дальнейшие исследования. Результаты показывают, что обязательно указать состав контактных материалов, используемых для измерения импеданса тела, вместе с результатами, и что для обоих контактов следует использовать только один тип контактного материала.

Влажные условия показали более стабильные результаты испытаний на сопротивление тела, чем в сухих условиях.Учитывая это, а также тот факт, что влажные условия демонстрируют меньшее сопротивление тела, чем соответствующее сухое состояние, будущая работа будет сосредоточена на использовании только влажных условий. Это исследование также продемонстрировало, что измеренное сопротивление может значительно различаться в разное время дня, а именно утром и днем, как было исследовано здесь. Также было замечено, что эта вариация относительно времени суток наблюдалась не у всех испытуемых и имела неизвестное происхождение. Независимо от причины, результаты показывают, что время суток является потенциальной переменной для импеданса тела, и его необходимо продолжать включать в будущие исследования, желательно для получения данных в разное время суток для одного и того же добровольца.Когда этот эффект времени суток отделен от данных, можно заметить, что коэффициент вариации имеет тенденцию составлять около 10%, причем более высокие значения наблюдаются при более низких напряжениях.

Экспериментальная работа, описанная здесь, показывает, что импеданс человеческого тела, измеренный для конкретного испытуемого и проведенный в одних и тех же условиях испытаний, будет повторяться с течением времени. Ожидается, что данные будут нормально распределены со стандартными отклонениями примерно 10% от среднего значения для большинства испытуемых и условий, хотя для некоторых испытуемых возможна большая вариабельность (особенно из-за изменений из-за времени суток, но пока неизвестно. происхождение).

Эти результаты подтверждают, что данные более широкой выборки добровольцев, вероятно, будут репрезентативными для сопротивления тела постоянного тока каждого человека в пределах предсказуемого уровня неопределенности, даже если на добровольце был проведен только один сеанс измерения. Однако измерения, проведенные несколько раз на дополнительных добровольцах, будут полезны для лучшего понимания влияния переменных теста на людей. Это говорит о том, что в будущей работе часть добровольцев будет предложено вернуться для повторных измерений в течение нескольких дней, в то время как более широкую популяцию можно попросить принять участие только в одной или двух тестовых сессиях (желательно в двух, одна из которых проводится утром, а другая – в одной. второй в тот же день).Для дальнейшего изучения природы неохмического контактного поведения трех исходных испытуемых попросят повторить тестирование с использованием дополнительных контактных материалов. Дополнительных испытуемых также могут попросить провести тесты с использованием нескольких контактных материалов. Предполагается, что для всех испытаний будут использоваться только влажные условия, поскольку измеренные токи были выше, а изменчивость данных была ниже. Ожидается, что испытания будут продолжены с тем же путем тока тела (правая рука к обеим ногам), хотя было бы полезно провести дополнительные исследования с другими путями тока тела.


Список литературы
    1. C.F. Далзил, Э. Огден и К. Эбботт, «Влияние частоты на отпускаемые токи», Труды Американского института инженеров-электриков,
      тома. 62 1943.
    2. UL 101, «Ток утечки для устройства», Underwriters Laboratories Inc.
    3. Технический комитет 64 МЭК, рабочая группа 4, «Воздействие электрического тока на людей и домашний скот –
      Часть 1: Общие аспекты», IEC 60479-1.
    4. UL 1310, «Блок питания класса II», Underwriters Laboratories LLC.
    5. И. Шварц и др., «Экскреция натрия и калия в человеческом поте», осеннее собрание Американского физиологического общества, стр. 114-119, Мэдисон, Висконсин.
    6. Р. Стейм, Ф. Рене Коглер и Кристоф Дж. Брабек, «Интерфейсные материалы для органических солнечных элементов»,
      J. Mater. Chem., 2010, 20, 2499-2512.
    7. Р. Т. Тунг, (2014). «Физика и химия высоты барьера Шоттки», Обзоры прикладной физики , 1 (1).

Хай Цзян получил докторскую степень.D. и магистр электротехники Дейтонского университета (Огайо). В настоящее время он является старшим инженером-исследователем и глобальным экспертом по поражению электрическим током и токам утечки в Underwriters Laboratories (UL). Цзян является старшим членом IEEE Society и профессиональным инженером в США. Он также является основным назначенным инженером (инженер по стандартам UL) по току утечки UL101 для устройств. С Цзянем можно связаться по адресу [email protected]

Пол У.Бразис младший . является менеджером по исследованиям и заслуженным членом технического персонала UL по корпоративным исследованиям в UL LLC (Нортбрук, Иллинойс, США). Он имеет опыт работы в области электрических и тепловых характеристик, электронных материалов и физики устройств, получил степень бакалавра, магистра и доктора в области электротехники в 1995, 1997 и 2000 годах соответственно в Северо-Западном университете (Эванстон, Иллинойс, США). Бразис присоединился к UL в 2008 году и возглавляет группу электрических и механических исследований. С ним можно связаться по адресу [email protected]

Опасности поражения электрическим током и человеческое тело

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите термическую опасность, опасность поражения электрическим током и короткого замыкания.
  • Объясните, какое влияние различные уровни тока оказывают на организм человека.

Есть две известные опасности, связанные с электричеством – термическая и ударная. Тепловая опасность – это опасность, при которой чрезмерная электрическая мощность вызывает нежелательные тепловые эффекты, такие как начало пожара в стене дома.Опасность поражения электрическим током возникает, когда электрический ток проходит через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до смертельного, вызывающего остановку сердца. В этом разделе количественно рассматриваются эти опасности и различные факторы, влияющие на них. Электробезопасность: Системы и устройства будут рассматривать системы и устройства для предотвращения поражения электрическим током.

Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей ее безопасное рассеивание.Классическим примером этого является короткое замыкание , цепь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения. Пример короткого замыкания показан на рисунке 1. Изоляция проводов, ведущих к прибору, изношена, что позволило двум проводам войти в контакт. Такой нежелательный контакт с высоким напряжением называется коротким замыканием . Поскольку сопротивление короткого замыкания r очень мало, мощность, рассеиваемая коротким замыканием, P = В 2 / r , очень велика.Например, если В, составляет 120 В, а r составляет 0,100 Ом, тогда мощность составляет 144 кВт, что на намного больше, чем у обычного бытового прибора. Тепловая энергия, передаваемая с такой скоростью, очень быстро поднимет температуру окружающих материалов, плавя или, возможно, воспламеняя их.

Рис. 1. Короткое замыкание – это нежелательный путь с низким сопротивлением через источник напряжения. (a) Изношенная изоляция проводов тостера позволяет им соприкасаться с низким сопротивлением r.Поскольку P = V 2 / r , тепловая энергия создается так быстро, что шнур плавится или горит. (б) Схема короткого замыкания.

Один особенно коварный аспект короткого замыкания заключается в том, 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 перемещаться и, таким образом, снижают сопротивление r . Поскольку P = V 2 / r , мощность, рассеиваемая при кратковременных повышениях, может вызвать большую ионизацию, большую мощность и т. Д.Высокое напряжение, такое как 480 В переменного тока, используемое в некоторых промышленных приложениях, подвержено этой опасности, потому что более высокие напряжения создают более высокую начальную выработку энергии за короткое время.

Другая серьезная, но менее драматическая тепловая опасность возникает, когда провода, по которым подается питание к пользователю, перегружены слишком большим током. Как обсуждалось в предыдущем разделе, мощность, рассеиваемая в проводах питания, составляет P = I 2 R w , где R w – сопротивление проводов, а I – сопротивление проводов. через них протекает ток.Если значение I или R w слишком велико, провода перегреваются. Например, изношенный шнур электроприбора (с порванными некоторыми из его плетеных проводов) может иметь R w = 2,00 Ом, а не 0,100 Ом, как должно быть. Если через шнур проходит ток 10,0 А, то в шнуре рассеивается P = I 2 R w = 200 Вт – гораздо больше, чем можно. Точно так же, если провод с сопротивлением 0,100 Ом предназначен для передачи нескольких ампер, а вместо этого имеет ток 100 А, он сильно перегреется.Мощность, рассеиваемая в проводе, в этом случае составит P = 1000 Вт. Для ограничения чрезмерных токов используются предохранители и автоматические выключатели. (См. Рисунок 1 и рисунок 2.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.

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

Рис. 2. Схема цепи с 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 относительно просты в изготовлении, но предохранители для больших напряжений и токов вызывают особые проблемы.Например, когда автоматический выключатель пытается прервать поток высоковольтного электричества, через его точки может проскочить искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь. В крупных автоматических выключателях, используемых в системах распределения электроэнергии, используется изолирующий газ и даже для гашения таких искр используются струи газа. Здесь переменный ток более безопасен, чем постоянный, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.

Электрические токи, протекающие через людей, производят чрезвычайно разнообразные эффекты.Электрический ток можно использовать для блокирования боли в спине. Возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности парализованных конечностей, что, возможно, позволит людям с параличом нижних конечностей ходить, изучается. Телевизионные драматизации, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (чрезвычайно нерегулярное, часто со смертельным исходом, сердцебиение), более чем обычны. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что ток вызывает фибрилляцию сердца. Электрокардиостимулятор 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 с использованием жидкого азота). Конечно, этим разрозненным эффектам можно найти последовательные объяснения. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются

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

В таблице 1 приведены эффекты поражения электрическим током в зависимости от тока для типичного случайного поражения электрическим током.Эффекты относятся к сотрясению, которое проходит через туловище, длится 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.

Рис. 3. Электрический ток может вызывать мышечные сокращения с различными эффектами. (а) Пострадавший «отбрасывается» назад из-за непроизвольных сокращений мышц, разгибающих ноги и туловище. (б) Пострадавший не может отпустить проволоку, которая стимулирует все мышцы руки. Смыкающие пальцы сильнее, чем разжимающие.

Таблица 1.Эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока
Ток (мА) Эффект
1 Порог ощущения
5 Максимальный безопасный 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 Начало ожога в зависимости от концентрации тока
6000 (6 А) Начало устойчивого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может вернуться 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 (подробнее будет обсуждаться в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля – ​​естественный сток электронов. Ношение изолирующей обуви – требование во многих профессиях – препятствует прохождению электронов, обеспечивая на этом пути большое сопротивление. При работе с мощными инструментами (сверлами) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не обеспечиваете путь для прохождения тока (особенно через сердце).

Очень слабые токи проходят через тело безвредно и не чувствуются. Это происходит с вами регулярно без вашего ведома. Порог ощущения составляет всего 1 мА, и, хотя он и неприятен, разряды, по-видимому, безвредны для токов менее 5 мА. Во многих правилах безопасности значение 5 мА является максимально допустимым током. Ток от 10 до 20 мА и выше может стимулировать длительные мышечные сокращения так же, как обычные нервные импульсы. Иногда люди говорят, что они были сбиты с толку от шока, но на самом деле произошло то, что некоторые мышцы сократились, толкая их не по их собственному выбору.(См. Рис. 3 (а).) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», проиллюстрированный на рис. 3 (b). Мышцы, закрывающие пальцы, сильнее, чем мышцы, открывающие их, поэтому рука непроизвольно смыкается на проводе, сотрясающем ее. Это может продлить шок на неопределенное время. Это также может быть опасно для человека, пытающегося спасти жертву, потому что рука спасателя может сомкнуться на запястье жертвы. Обычно лучший способ помочь пострадавшему – это сильно ударить кулаком / ударом / встряхнуть изолятором или бросить изолятор в кулак.Современные электрические ограждения, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы люди, прикоснувшиеся к ним, могли освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.

Сильные токи могут повлиять на сердце. Его электрические паттерны могут быть нарушены, так что он будет биться нерегулярно и неэффективно в состоянии, которое называется «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за нарушения кровообращения. Порог фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА.При токе около 300 мА и выше разряд может вызвать ожоги, в зависимости от концентрации тока – чем более концентрированный, тем выше вероятность ожога.

Очень большие 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 в сердце полностью стираются, так что сердце может начать заново при нормальном биении, в отличие от постоянного нарушения, вызванного меньшими токами, которые могут вызвать фибрилляцию желудочков в сердце.Последнее похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью стирает его. В телесериалах о поражении электрическим током, используемом для выведения жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показаны большие лопасти. Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.

Ток является основным фактором, определяющим серьезность удара (при условии, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, являются фиксированными, например, в таблице и в предыдущем обсуждении).Более высокое напряжение более опасно, но, поскольку I = V / R , серьезность удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, у человека с сухой кожей сопротивление составляет около 200 кОм. Если он соприкасается с 120-В переменного тока, через него безвредно проходит ток I = (120 В) / (200 кОм) = 0,6 мА. Тот же человек, намоченный насквозь, может иметь сопротивление 10,0 кОм, и те же 120 В будут производить ток 12 мА – выше порога «не отпускать» и потенциально опасен.

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 меньшее сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если обойти сопротивление кожи, например, с помощью внутривенной инфузии, катетера или открытого электрокардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этом состоянии токи около 1/1000 от перечисленных в таблице 1 производят аналогичные эффекты.Во время операции на открытом сердце можно использовать ток до 20 мкА, чтобы успокоить сердце. Строгие требования к электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне менее уязвимыми пациентами, чувствительными к микрошоку. Разрыв кожи уменьшил его сопротивление, поэтому одно и то же напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.

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

Другими факторами, помимо силы тока, которые влияют на серьезность разряда, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, сердце не поражается электрическим током через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая правда, что чем больше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рисунке 4 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на ударную нагрузку.Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов как функцию частоты. Чем ниже необходимый ток, тем чувствительнее тело к этой частоте. По иронии судьбы, тело наиболее чувствительно к частотам, близким к обычным частотам 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току ( f = 0), что мягко подтверждает утверждения Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность. На все более высоких частотах организм становится все менее чувствительным к любым воздействиям, затрагивающим нервную систему.Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут активироваться или стимулироваться. Электрический ток на очень высоких частотах распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь делать это дома с переменным током 60 Гц!) Некоторые из зрелищных демонстраций электричества, в которых дуги высокого напряжения проходят по воздуху и над телами людей, используют высокие частоты и малые токи. (См. Рис. 5.) Устройства и методы электробезопасности подробно описаны в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Рис. 5 Опасна ли эта электрическая дуга? Ответ зависит от частоты переменного тока и мощности. (Источник: Химич Алекс, Wikimedia Commons)

Сводка раздела

  • Существует два типа опасности поражения электрическим током: термическая (чрезмерная мощность) и поражение электрическим током (электрический ток через человека).
  • Сила удара определяется током, длиной пути, продолжительностью и частотой переменного тока.
  • В таблице 1 перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
  • На рис. 5 показан график порогового тока для двух опасностей в зависимости от частоты.

Концептуальные вопросы

  1. С помощью омметра ученик измеряет сопротивление между различными точками своего тела. Он обнаружил, что сопротивление между двумя точками на одном пальце примерно такое же, как сопротивление между двумя точками на противоположных руках – обе составляют несколько сотен тысяч Ом. Кроме того, сопротивление уменьшается, когда большее количество кожи контактирует с щупами омметра. Наконец, наблюдается резкое падение сопротивления (до нескольких тысяч Ом), когда кожа влажная.Объясните эти наблюдения и их значение для 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. Электрифицированная игла используется для выжигания бородавок, при этом цепь замыкается путем усаживания пациента на большую пластину приклада.Почему эта тарелка большая?
  6. Некоторые операции выполняются при прохождении электричества высокого напряжения 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. На некоторых устройствах, которые часто используются в ванных комнатах, например в фенах, есть сообщения о безопасности, в которых говорится: «Не используйте, когда ванна или раковина наполнены водой.«Почему это так?
  8. Нам часто советуют не щелкать выключателем мокрыми руками, сначала вытрите руки. Также рекомендуется никогда не поливать электрический огонь водой. Почему это так?
  9. Перед работой на линии электропередачи линейные монтеры будут касаться линии тыльной стороной руки в качестве окончательной проверки нулевого напряжения. Почему тыльная сторона руки?
  10. Почему сопротивление влажной кожи намного меньше, чем сопротивление сухой, и почему кровь и другие жидкости организма имеют низкое сопротивление?
  11. Может ли человек, получающий внутривенное вливание (в / в) быть чувствительным к микрошоку?
  12. Принимая во внимание небольшие 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.(a) Сколько мощности рассеивается при коротком замыкании 240 В переменного тока через сопротивление 0,250 Ом? б) Какой ток течет?

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

3. Найдите ток, протекающий через человека, и определите вероятное воздействие на него, если он коснется источника переменного тока напряжением 120 В: (а) если он стоит на резиновом коврике и предлагает полное 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 радио может вызвать фибрилляцию желудочков?

5. Глупо пытаясь выудить горящий кусок хлеба из тостера металлическим ножом для масла, человек контактирует с напряжением 120 В переменного тока. Он даже не чувствует этого, потому что, к счастью, на нем туфли на резиновой подошве. Какое минимальное сопротивление пути, по которому ток проходит через человека?

6.(а) Во время операции ток величиной всего 20,0 мкА, приложенный непосредственно к сердцу, может вызвать фибрилляцию желудочков. Если сопротивление обнаженного сердца составляет 300 Ом, какое наименьшее напряжение представляет эту опасность? (b) Означает ли ваш ответ, что необходимы особые меры предосторожности при работе с электричеством?

7. (a) Каково сопротивление короткого замыкания 220 В переменного тока, которое генерирует пиковую мощность 96,8 кВт? (b) Какой была бы средняя мощность, если бы напряжение составляло 120 В переменного тока?

8.Дефибриллятор сердца пропускает 10,0 А через туловище пациента в течение 5,00 мс в попытке восстановить нормальное сердцебиение. а) Сколько заряда прошло? (б) Какое напряжение было приложено, если было рассеяно 500 Дж энергии? (c) Какое сопротивление было на пути? (d) Найдите повышение температуры в 8,00 кг пораженной ткани.

9. Integrated Concepts Короткое замыкание в шнуре электроприбора на 120 В имеет сопротивление 0,500 Ом. Рассчитайте превышение температуры 2,00 г окружающих материалов, принимая их удельную теплоемкость равной 0.200 кал / г ºC и что автоматическому выключателю требуется 0,0500 с для отключения тока. Это может быть опасно?

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

11. Создайте свою проблему Представьте себе человека, работающего в среде, где электрические токи могут проходить через ее тело. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете сопротивление изоляции, необходимое для защиты человека от повреждений. Среди факторов, которые следует учитывать, – это напряжение, которому может подвергнуться человек, вероятное сопротивление тела (сухое, влажное,…) и допустимые токи (безопасные, но ощутимые, безопасные и неощутимые,…).

Глоссарий

термическая опасность:
опасность, при которой электрический ток вызывает нежелательные тепловые эффекты
опасность поражения электрическим током:
при прохождении электрического тока через человека
короткое замыкание:
, также известный как «короткий» путь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения
чувствительность к микрошоку:
состояние, при котором сопротивление кожи человека обходится, возможно, с помощью медицинской процедуры, что делает человека уязвимым для поражения электрическим током при токах около 1/1000 обычно необходимого уровня

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 230 кВт (б) 960 А

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

5. 1,20 × 10 5 Ом

7. (а) 1,00 Ом (б) 14,4 кВт


лабораторий для студентов среднего и продвинутого уровней

по физике 516 и 616: лаборатории для студентов среднего и продвинутого уровней

Электрический ток повреждает организм тремя способами:

  1. вредит или мешает нормальному функционированию нервная система и сердце
  2. подвергает тело сильному нагреву, вызывая ожоги
  3. заставляет мышцы сокращаться

Помните, это поток убивает!

Это электрический ток, который наносит ущерб.Ток равен напряжению, разделенному на сопротивление (I = V / R), , но напряжение не является надежным признаком опасности, потому что сопротивление тела варьируется настолько широко, что невозможно предсказать, сколько тока будет протекать через тело при заданном напряжении.

Фактическое сопротивление тела варьируется в зависимости от состояния тела. кожа (влажная или сухая) в местах контакта. Сопротивление кожи может варьироваться от 1000 Ом для влажной кожи до более 500 000 Ом для сухой кожи. Однако однажды кожа прорвана (например, в результате выгорания кожи или проволока, протыкающая кожу) Корпус имеет сопротивление току не более 500 Ом.

Путь через тело имеет прямое отношение к опасности шока. Ток переход от пальца к локтю через руку может вызвать только болезненные ощущения. шок, но тот же самый ток, проходящий от руки к ноге или через грудь из рук в руки вполне может оказаться фатальной. Поэтому практика используя только одну руку (держа одну руку за спиной) во время работы над высоковольтные цепи – хорошая привычка безопасности. Еще лучше было бы отключите все источников питания от оборудования, о котором вы собираетесь отремонтировать.Не полагайтесь на изолированные рукоятки инструментов, обувь на резиновой подошве и т. Д., чтобы защитить тебя.

A.C. более опасен, чем D.C.

Считается, что A.C. в четыре-пять раз опаснее, чем D.C. вещь, A.C. вызывает более сильные мышечные сокращения. Во-вторых, это стимулирует потоотделение, что снижает сопротивление кожи. По этим линиям, важно отметить, что сопротивление быстро падает с продолжение контакта. Потоотделение и сгорание кожных масел и даже сама кожа объясняет это.Вот почему это чрезвычайно важно как можно быстрее освободить пострадавшего от контакта с током по возможности (но не подвергая себя опасности) перед восхождением ток достигает уровня, вызывающего фибрилляцию.

Частота переменного тока во многом влияет на человеческий организм. К сожалению, 60 циклов – это самый вредный диапазон. На это частота, всего 25 вольт может убить. С другой стороны, у людей есть выдерживает 40000 вольт при частоте около миллиона циклов / сек или около того без фатальные последствия.

(PDF) Расчет сопротивления человеческого тела на промышленной частоте с использованием анатомической числовой модели человека

402 Katsuaki Aga et al. / Энергетические процедуры 89 (2016) 401-407

кузов. Но можно легко определить ток контакта, если известно полное сопротивление тела между двумя точками контакта

. Поражение электрическим током, особенно ток, протекающий через сердце, очень опасен, поскольку может вызвать затруднение дыхания, судороги и остановку сердца [1].Сообщалось о некоторых измерениях внутреннего сопротивления человеческого тела для типичного пути тока

[2, 3]. Однако, поскольку измерения проводились на конкретном пути

, сопротивление между двумя произвольными точками контакта не может быть определено из отчетов. Исходя из этого

, мы намерены в этом исследовании исследовать импеданс численной модели человеческого тела, которая была

, часто используемая для электромагнитной дозиметрии [4]. Установив электрические свойства такой числовой модели человеческого тела

, можно оценить импеданс между произвольными точками на поверхности тела.Импеданс человеческого тела равен

, выраженный как внутреннее сопротивление, последовательно соединенное с импедансом кожи. В низкочастотном диапазоне импеданс кожи

сильно меняется в зависимости от площади контакта и влажности поверхности. Поэтому в качестве первого шага мы рассматриваем только внутреннее сопротивление человеческого тела

.

Также известно, что характеристики импеданса изменяются, когда есть изменения в организме, такие как увеличение телесного жира на

и распространение опухоли. Это означает, что такие числовые модели человека могут использоваться для диагностики посредством

с использованием измерений импеданса с соответствующей конфигурацией электродов.

В данной статье мы вычисляем импеданс человеческого тела между левым запястьем и левой лодыжкой на числовой модели человека

в качестве примера. Затем рассчитанные результаты сравниваются с результатами измерений, о которых ранее сообщалось

.

2. Численная процедура

2.1. Числовая модель человека

Для численных расчетов использовалась реалистичная численная модель взрослого мужчины (Дюк, рост 1,74 м, вес 70 кг, размер вокселя 2 мм),

, включающая 77 тканей и органов [4].Модель разработана IT IS

Foundation и используется в основном для электромагнитной дозиметрии в широком диапазоне частот. Значения как проводимости, так и диэлектрической проницаемости

(то есть комплексной проводимости), соответствующие данной ткани, могут быть присвоены отдельному вокселю

модели. В области тела около 8 миллионов вокселей. Комплексные значения проводимости, использованные в расчете

, основаны на измерениях Gabriel et al. [5, 6], которые обычно используются в дозиметрических расчетах

.База данных доступна в Интернете [7].

2.2. Численный метод

Численный расчет проводится с использованием метода конечных разностей скалярных потенциалов (SPFD) [8]. На рисунке 1 показана эквивалентная схема

в вокселизированной модели. Поскольку проводимость и диэлектрическая проницаемость каждой ткани известны, используя импеданс Z

и неизвестный потенциал V в центре каждого воксела, ток I, текущий от соседнего воксела (i-1, j)

к целевому вокселю (i, j) может быть выражено как:

jiji

jiji

ZZ

VV

I

,, 1

,, 1

 (1)

Согласно действующему закону Кирхгофа, сумма тока, протекающего в целевой воксель из четырех соседних

вокселей, может быть установлена ​​равной нулю.Это приводит к системным уравнениям, относящимся ко всем вокселям, когда по крайней мере два электрода, к

, электрические потенциалы которых заданы заранее, прикреплены к поверхности модели. Здесь количество

неизвестных значений

совпадает с количеством вокселей. Решая уравнения методом последовательной релаксации

, можно получить электрическое поле в каждом вокселе и ток, протекающий между любыми двумя соседними вокселями.

Наконец, сопротивление человеческого тела между электродами может быть получено с помощью тока, протекающего между ними.

% PDF-1.4 % 224 0 объект > эндобдж xref 224 98 0000000016 00000 н. 0000003246 00000 н. 0000003331 00000 н. 0000003606 00000 н. 0000004254 00000 н. 0000004770 00000 н. 0000004817 00000 н. 0000004895 00000 н. 0000004971 00000 н. 0000006810 00000 н. 0000007095 00000 н. 0000007143 00000 н. 0000007180 00000 н. 0000007233 00000 н. 0000007281 00000 н. 0000007329 00000 н. 0000007377 00000 н. 0000007726 00000 н. 0000007774 00000 н. 0000007822 00000 н. 0000007870 00000 н. 0000007917 00000 п. 0000007964 00000 п. 0000008115 00000 п. 0000008162 00000 н. 0000008209 00000 н. 0000008256 00000 н. 0000008794 00000 н. 0000009278 00000 н. 0000009355 00000 н. 0000009729 00000 н. 0000010265 00000 п. 0000010797 00000 п. 0000010957 00000 п. 0000011356 00000 п. 0000011733 00000 п. 0000011995 00000 п. 0000015162 00000 п. 0000015441 00000 п. 0000019596 00000 п. 0000019976 00000 п. 0000020297 00000 п. 0000021168 00000 п. 0000028120 00000 п. 0000028660 00000 п. 0000029065 00000 н. 0000029479 00000 п. 0000030224 00000 п. 0000030614 00000 п. 0000031193 00000 п. 0000032031 00000 н. 0000032272 00000 н. 0000032602 00000 п. 0000032691 00000 п. 0000034552 00000 п. 0000034823 00000 п. 0000035205 00000 п. 0000035356 00000 п. 0000036098 00000 п. 0000036470 00000 п. 0000036521 00000 п. 0000036596 00000 п. 0000036914 00000 п. 0000037754 00000 п. 0000038120 00000 п.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *