Действие оказываемое эл током на организм человека. Влияние электрического тока на организм человека

10.10.2019

Электрический ток очень схож с потоком воды, только вместо ее молекул, движущихся вниз по реке, заряженные частицы движутся по проводнику.

Для того чтобы электрический ток протекал через тело, оно должно стать частью электрической цепи.

Постоянный и переменный ток

Степень поражающего действия электрического тока на организм человека будет зависеть от его вида.

Если ток протекает только в одном направлении, он называется постоянным (DC).

Если ток меняет направление, он называется переменным (AC). Переменный ток - лучший способ передачи электроэнергии на большие расстояния.

AC с тем же напряжением, что и DC, является более опасным и вызывает худшие последствия. Действие электрического тока на организм человека в этом случае может вызвать эффект "замораживание мышцы руки". То есть произойдет настолько сильное сокращение мышц (тетания), которое человек будет не в состоянии преодолеть.

Пути получения удара

Прямой контакт с электричеством произойдет, когда кто-то коснется токопроводящей части, например, неизолированного провода. В частных домах это возможно в редких случаях. Косвенный контакт возникает, когда происходит взаимодействие с какой-либо техникой или электроприбором, а из-за неисправности или нарушении правил хранения и эксплуатации корпус устройства может ударить током.

Интересный факт: почему птицы никогда не подвергаются электрическому удару от сидения на кабелях?

Это потому, что между пернатой и кабелем электропередач не возникает разницы напряжений. Ведь земли она не касается, как и другого кабеля. Отсюда совпадает напряжение птицы и кабеля. Но если вдруг крыло птицы коснется, допустим, металлической обмотки на столбе, удар тока не заставит себя ждать.

Сила удара и его последствия

Рассмотрим действие электрического тока на организм человека кратко:

	Эффект
	Не воспринимается
	Вызывает покалывание
	Небольшой шок. Не больно. Человек легко отпустит источник тока. Непроизвольная реакция может привести к косвенным травмам
6-25 мА (женщины)	Болезненные потрясения. Потеря контроля мышц
9-30 мА (мужчины)	"Неотпускающий" ток. Человек может быть отброшен от источника питания. Сильная непроизвольная реакция может привести к недобровольным травмам
От 50 до 150 мА	Сильная боль. Остановка дыхания. Реакции мышц. Возможная смерть
	Фибрилляция сердца. Повреждение нервных окончаний. Вероятная смерть
	Сердечная остановка, сильные ожоги. Смерть наиболее вероятна

Когда ток протекает через тело, нервная система испытывает электрический шок. Интенсивность удара зависит главным образом от силы тока, его пути, проходящего через тело, и продолжительности контакта. В крайних случаях шок вызывает перебои в обычной работе сердца и легких, приводящие к бессознательному состоянию или смерти. Виды действия электрического тока на организм человека подразделяются в зависимости от того, какие осложнения ток нанес организму.

Электролиз

Тут все просто: удар током поспособствует изменению химического состава крови и других жидкостей в организме. Что в дальнейшем скажется на работе всех систем в целом. Если постоянный ток проходит через ткани тела в течение нескольких минут, начинается изъязвление. Такие язвы, хотя обычно не смертельны, могут быть болезненными и лечиться долго.

Ожоги

Термическое действие электрического тока на организм человека проявляется в виде ожогов. Когда электрический ток проходит через любое вещество, имеющее электрическое сопротивление, выделяется тепло. Количество тепла зависит от рассеиваемой мощности.

Электрические ожоги часто оказываются наиболее заметны вблизи участка входа тока в тело, хотя довольно часто возникают и внутренние ожоги, которые, если они не смертельны, могут вызывать долговременную и болезненную травму.

Мышечные судороги

Раздражая и возбуждая живые ткани, электрический разряд поступает к мышце, мышца противоестественно и судорожно начинает сжиматься. Происходят различные нарушения в работе организма. Так проявляется биологическое действие электрического тока на организм человека. Длительное непроизвольное сокращение мышц, вызванное внешним электрическим стимулом, несет за собой одно неблагоприятное последствие, когда человек, который держит электрический объект, не может его отпустить.

Остановка дыхания и сердца

Мускулы между ребрами (межреберные мышцы) должны многократно сокращаться и расслабляться, чтобы человек дышал. Таким образом, длительное сокращение этих мышц может препятствовать дыханию.

Сердце - это мускулистый орган, который должен постоянно сокращаться и расслабляться, чтобы выполнять свою функцию в качестве насоса для перекачки крови. Длительное сокращение сердечной мускулатуры будет препятствовать данному процессу и приведет к его остановке.

Фибрилляция желудочков

Желудочки - это камеры, ответственные за перекачку крови из сердца. При ударе током мускулатура желудочков будет претерпевать нерегулярные, несогласованные подергивания, в результате перестанет работать "насосная" функция в сердце. Этот фактор может оказаться фатальным, если не будет исправлен за очень короткий промежуток времени.

Фибрилляция желудочков может быть вызвана очень небольшими электрическими раздражителями. Достаточно тока 20 мкА, проходящего непосредственно через сердце. Именно по этой причине большинство смертей обусловлено возникновением фибрилляции желудочков.

Факторы естественной защиты

У тела есть собственное сопротивление действиям, оказываемым электрическим током на организм человека в виде кожи. Однако оно зависит от множества факторов: от части тела (более толстая или более тонкая кожа), влажности кожи и площади тела, на которую оказывается вредное воздействие. Сухая и влажная кожа имеют очень разные значения сопротивления, но не являются единственным аспектом, который следует учитывать при поражении электрическим током. Порезы и глубокие ссадины способствуют значительному снижению сопротивляемости. Конечно же, сопротивление кожи будет зависеть и от мощности поступаемого тока. Но все-таки существует немало случаев, когда из-за высокой сопротивляемости кожи человек, кроме неприятного удара током, не получал ни единой электротравмы. Действие электрического тока на организм человека не приносило никаких нежелательных последствий.

Как предотвратить поражение электрическим током

Предотвращение ударов электрическим током, особенно в обыденной жизни, является обязательным условием для безопасной жизни. Используется изоляция для любых токоведущих частей. Например, кабели представляют собой изолированные электрические провода, что позволяет их использование без риска каких-либо электрических ударов, а выключатели света, заключенные в коробки, предотвращают доступ к находящимся под напряжением деталям.

Существуют специальные низковольтные аппараты, которые обеспечивают дополнительную защиту от получения электрического удара.

Могут обеспечивать дополнительную электробезопасность. Действие электрического тока на организм человека в этом случае будет нулевым. Данное устройство в случае нежелательной утечки за несколько секунд отключит поврежденный участок электропроводки или неисправный электроприбор, чем не только спасет человека от получения тока, но и убережет от пожара.

Дифавтомат, помимо описанных выше возможностей, обладает защитой от перегрузок и короткого замыкания.

Важно убедиться, что любая электрическая работа, проводимая в доме, осуществляется квалифицированным специалистом-электриком, у которого есть технические знания и опыт, чтобы обеспечить безопасность работы.

Сила электричества в живых существах

Электрохимическая энергия производится в каждой клетке каждого живого организма. Нервная система животного или человека посылает свои сигналы посредством электрохимических реакций.

Практически каждый электрохимический процесс и его технологическое применение играют определенную роль в современной медицине.

В фильме о Франкенштейне используется специфическое действие электрического тока на организм человека. Сила электричества превращает мертвого мужчину в живого монстра. Хотя использование электричества в таком контексте все еще невозможно, электрохимические силы необходимы для того, чтобы наши тела функционировали. Понимание этих сил очень помогло развитию медицины.

Действие электрического тока: первые эксперименты

С 1730 года, после опытов Стивена Грея по передаче электрического тока на расстояние, в течение следующих пятидесяти лет другие исследователи обнаружили, что прикосновение электрически заряженного стержня может привести к сокращению мускулов мертвых животных. Типичным примером влияния электрического тока на биологический объект является ряд экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он посылал электрический ток через нервы в лапку лягушки, и это вызывало сокращение мышц и движение конечности.

В конце девятнадцатого века некоторые врачи начали изучать действие электрического тока на организм человека, но не мертвого, а живого! Это позволило им сделать более подробные карты мышечной системы, которые ранее были недоступны.

Электротерапия и фокусы

В течение восемнадцатого и начала девятнадцатого столетий электрический ток использовался повсеместно. Врачи, ученые и шарлатаны, не всегда отличающиеся друг от друга, использовали электрохимические удары, чтобы лечить любую болезнь, особенно паралич и радикулит.

Тогда же появились специфические шоу, одновременно ужасающие и приводящие в дикий восторг. Суть таковых состояла в том, чтобы оживить труп. Преуспел в этом деле Джованни Альдини, который с помощью электрического тока делал так, чтобы мертвец "оживал": открывал глаза, шевелил конечностями, приподнимался.

Ток в современной медицине

Действие электрического тока на организм человека, помимо лечения (как пример, физиотерапия), также может быть использовано для раннего обнаружения проблем со здоровьем. Специальные устройства записи теперь превращают естественную электрическую активность тела в диаграммы, которые затем используют доктора для анализа отклонений. Врачи теперь диагностируют сердечные аномалии с помощью электрокардиограмм (ЭКГ), нарушения мозга с помощью электроэнцефалограмм (ЭЭГ) и потери нервной функции с помощью электромиограмм (ЭМГ).

Жизнь благодаря электрическому току

Одним из наиболее драматических применений электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда показана как «запуск» сердца, которое уже перестало работать.

Действительно, запуск кратковременного импульса значительной величины может иногда (но очень редко) перезапускать сердце. Однако чаще дефибрилляторы используются для коррекции аритмии и восстановления его нормального состояния. Современные автоматизированные внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем вычислять силу тока, необходимую для пациента на основе этих факторов. Многие общественные места теперь имеют дефибрилляторы, для того чтобы электрический ток и его действие на организм человека в этом случае предотвратил смерти, вызванные дисфункцией сердца.

Следует также упомянуть искусственные кардиостимуляторы, которые контролируют сокращения сердца. Эти устройства имплантируются под кожу или под мышцы груди пациента и передают импульсы электрического тока около 3 В через электрод и сердечную мышцу. Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут работать в течение 14 лет, прежде чем их нужно будет заменить.

Действие электрического тока на организм человека стало обыденным и не только в медицине, но и физиотерапии.

Чем опасен электрический ток? Как электрический ток действует на человека

Факт действия электрического тока на человека был установлен в последней четверти XVIII века. Опасность этого действия впервые установил изобретатель электрохимического высоковольтного источника напряжения В. В. Петров. Описание первых промышленных электротравм появилось значительно позже: в 1863 г. - от постоянного тока и в 1882 г. - от переменного.

Электрический ток, электротравмы и электротравматизм

Под электротравмой понимают травму, вызванную действием электрического тока или электрической дуги .

Электротравматизм характеризуют такие особенности: защитная реакция организма появляется только после попадания человека под напряжение, т. е. когда электрический ток уже протекает через его организм; электрический ток действует не только в местах контактов с телом человека и на пути прохождения через организм, но и вызывает рефлекторное действие, проявляющееся в нарушении нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы, дыхания и т. д. Электротравму человек может получить как при непосредственном контакте с токоведущими частями, так и при поражении напряжением прикосновения или шага, через электрическую дугу.

Электротравматизм по сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым, и особенно летальным, исходом занимает одно из первых мест. Наибольшее число электротравм (60-70 %) происходит при работе на электроустановках напряжением до 1000 В. Это объясняется широким распространением таких электроустановок и сравнительно низким уровнем электротехнической подготовки лиц, эксплуатирующих их. Электроустановок напряжением свыше 1000 В в эксплуатации значительно меньше, и обслуживает их , что и обусловливает меньшее количество электротравм.

Причины поражения человека электрическим током следующие: прикосновение к неизолированным токоведущим частям; к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением вследствие повреждения изоляции; к неметаллическим предметам, оказавшимся под напряжением; поражение током напряжения шага и через дугу.

Виды поражений человека электрическим током

Электрический ток , протекающий через организм человека, воздействует на него термически, электролитически и биологически. Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов; электролитическое - разложением органических жидкостей, в том числе и крови; биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц.

Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы - это местные поражения тканей и органов: электрические ожоги, электрические знаки и электрометаллизация кожи.

Электрические ожоги возникают в результате нагрева тканей человека протекающим через него электрическим током силой более 1 А. Ожоги могут быть поверхностные, когда поражаются кожные покровы, и внутренние - при поражении глубоколежащих тканей тела. По условиям возникновения различают контактные, дуговые и смешанные ожоги.

Электрические знаки представляют собой пятна серого или бледно-желтого цвета в виде мозоли на поверхности кожи в месте контакта с токоведущими частями. Электрические знаки, как правило, безболезненны и с течением времени сходят.

Электрометаллизация кожи - это пропитывание поверхности кожи частицами металла при его разбрызгивании или испарении под действием электрического тока. Пораженный участок кожи имеет шероховатую поверхность, окраска которой определяется цветом соединений металла, попавшего на кожу. Электрометаллизация кожи не представляет собой опасности и с течением времени исчезает, как и электрические знаки. Большую опасность представляет металлизация глаз.

К электрическим травмам, кроме того, относятся механические повреждения в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц при протекании тока (разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервов, вывихи суставов, переломы костей), а также электроофтальмия - воспаление глаз в результате действия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц. По исходу электрические удары условно разделяют на пять групп: без потери сознания; с потерей сознания, но без нарушения сердечной деятельности и дыхания; с потерей сознания и нарушением сердечной деятельности или дыхания; клиническая смерть и электрический шок.

Клиническая, или «мнимая», смерть - это переходное состояние от жизни к смерти. В состоянии клинической смерти сердечная деятельность прекращается и дыхание останавливается. Длительность клинической смерти 6...8 мин. По истечении этого времени происходит гибель клеток коры головного мозга, жизнь угасает и наступает необратимая биологическая смерть. Признаки клинической смерти: остановка или фибрилляция сердца (и, как следствие, отсутствие пульса), отсутствие дыхания, кожный покров синеватый, зрачки глаз резко расширены из-за кислородного голодания коры головного мозга и не реагируют на свет.

Электрический шок - это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма на раздражение электрическим током. При шоке возникают глубокие расстройства дыхания, кровообращения, нервной системы и других систем организма. Сразу после действия тока наступает фаза возбуждения организма: появляется реакция на боль, повышается артериальное давление и др. Затем наступает фаза торможения: истощается нервная система, снижается артериальное давление, ослабевает дыхание, падает и учащается пульс, возникает состояние депрессии. Шоковое состояние может длиться от нескольких десятков минут до суток, а затем может наступить выздоровление или биологическая смерть.

Пороговые значения электрического тока

Электрический ток различной силы оказывает различное действие на человека. Выделены пороговые значения электрического тока: пороговый ощутимый ток - 0,6...1,5 мА при переменном токе частотой 50 Гц и 5... 7 мА при постоянном токе; пороговый неотпускающий ток (ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник) - 10...15 мА при 50 Гц и 50...80 мА при постоянном токе; пороговый фибрилляционный ток (ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца) - 100 мА при 50 Гц и 300 мА при постоянном электрическом токе.

От чего зависит степень действия электрического тока на организм человека

Исход поражения также зависит от длительности протекания тока через человека. С увеличением длительности нахождения человека под напряжением эта опасность увеличивается.

Индивидуальные особенности организма человека значительно влияют на исход поражения при электротравмах. Например, неотпускающий ток для одних людей может быть пороговым ощутимым для других. Характер действия тока одной и той же силы зависит от массы человека и его физического развития. Установлено, что для женщин пороговые значения тока примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин.

Степень действия тока зависит от состояния нервной системы и всего организма. Так, в состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, болезни (особенно болезней кожи, сердечно-сосудистой системы, нервной системы и др.) и опьянения люди более чувствительны к протекающему через них току.

Значительную роль играет и «фактор внимания». Если человек подготовлен к электрическому удару, то степень опасности резко снижается, в то время как неожиданный удар приводит к более тяжелым последствиям.

Существенно влияет на исход поражения путь тока через тело человека. Опасность поражения особенно велика, если ток, проходя через жизненно важные органы - сердце, легкие, головной мозг, - действует непосредственно на эти органы. Если ток не проходит через эти органы, то его действие на них только рефлекторное и вероятность поражения меньше. Установлены наиболее часто встречающиеся пути тока через человека, так называемые «петли тока». В большинстве случаев цепь тока через человека возникает по пути правая рука - ноги. Однако утрату трудоспособности более чем на три рабочих дня вызывает протекание тока по пути рука - рука - 40 %, путь тока правая рука - ноги - 20 %, левая рука - ноги - 17 %, остальные пути встречаются реже.

Что опаснее - переменный или постоянный электрический ток?

Опасность переменного тока зависит от частоты этого тока. Исследованиями установлено, что токи в диапазоне от 10 до 500 Гц практически одинаково опасны. С дальнейшим увеличением частоты значения пороговых токов повышаются. Заметное снижение опасности поражения человека электрическим током наблюдается при частотах более 1000 Гц.

Постоянный ток менее опасен и пороговые значения его в 3 - 4 раза выше, чем переменного тока частотой 50 Гц. Однако при разрыве цепи постоянного тока ниже порогового ощутимого возникают резкие болевые ощущения, вызываемые током переходного процесса. Положение о меньшей опасности постоянного тока по сравнению с переменным справедливо при напряжениях до 400 В. В диапазоне 400...600 В опасности постоянного и переменного тока частотой 50 Гц практически одинаковы, а с дальнейшим увеличением напряжения относительная опасность постоянного тока увеличивается. Это объясняется физиологическими процессами действия на живую клетку.

Следовательно, действие электрического тока на организм человека многообразно и зависит от многих факторов.

Электрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает - ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается - ток в цепи есть, и т. д.

Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.

Тепловое действие электрического тока

При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.

В простейшем случае, если, скажем, через нихромовую проволоку пропустить электрический ток, то она нагреется. Данное явление используется в нагревательных приборах: в электрочайниках, в кипятильниках, в обогревателях, электроплитках и т. д. В электродуговой сварке температура электрической дуги вообще доходит до 7000°С, и металл легко плавится, - это тоже тепловое действие тока.

Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания ().

Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.

Химическое действие электрического тока

Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока - это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) - положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.

Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом - отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.

Скажем, при электролизе медного купороса (CuSO4), катионы меди Cu2+ с положительным зарядом движутся к отрицательно заряженному катоду, где они получают недостающий заряд, и становятся нейтральными атомами меди, оседая на поверхности электрода. Гидроксильная группа -OH отдаст электроны на аноде, и в результате выделится кислород. Положительно заряженные катионы водорода H+ и отрицательно заряженные анионы SO42- останутся в растворе.

Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности - это и т.д.

В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:

Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.

Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.

Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими зарядами, в частности - заряженными частицами (электронами, ионами). Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи взаимно притягиваются.

Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, - магнитное взаимодействие, а уж потом - механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.

В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах (например, в промышленных).

В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.

Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.

Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет - до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.

Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя . Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.

Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются.

Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.

На этом принципе основана , где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.

Поражающее действие электрического тока на организм человека принято называть электротравматизмом. Необходимо принять во внимание, что этому виду производственных травм свойственно большое число исходов с тяжелыми и даже летальными последствиями. Ниже представлен график, демонстрирующий процентное соотношение между ними.

Как показывает статистика, наибольший процент электротравм (от 60 до 70%) приходится на эксплуатацию электрооборудования до 1000 вольт. Такой показатель объясняется как распространенностью установок данного класса, так и слабой подготовкой рабочего персонала.

В большинстве случаев получение электротравм связано с нарушением норм безопасности и незнанием элементарных законов электротехники. Например, электробезопасность не допускает использовать пенные огнетушители как первичные средства пожаротушения электрооборудования.

Охрана труда требует, чтобы все, кто работает с электрооборудованием, в обязательном порядке проходили инструктаж электробезопасности. Где рассказывается об опасности электротока, какие меры необходимо предпринимать при электротравмах, а также способы оказания необходимой в этих случаях помощи.

Заметим, что количество электротравм значительно ниже среди лиц, обслуживающих электрооборудование с напряжением свыше 1000В, это указывает на хорошую подготовку таких специалистов.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

Есть несколько доминирующих причин, от которых зависит характер повреждений при электротавме:

Виды воздействия

Электроток силой от 0,5 до 1,5 мА считается минимальным для восприятия человеком, когда происходит превышение этого порогового значения, начинает появляться ощущение дискомфорта, которое выражается в непроизвольном сокращении мышечной ткани.

При 15 мА и более полностью теряется контроль над мышечной системой. В этом состоянии без посторонней помощи оторваться от электрического источника не представляется возможным, поэтому данную пороговую величину силы электротока называют неотпускаемой.

При силе электротока, переходящей рубеж 25 мА, происходит паралич мышц, отвечающих за работу дыхательной системы, что грозит удушьем. Если этот порог существенно превышается, наступает фибрилляция (сбой сердечного ритма).

Видео: действие электрического тока на организм человека

Ниже приведена таблица, где указана допустимая величина напряжения, тока и времени их воздействия.

Электротравмы могут произвести следующие виды воздействий:

тепловое, появляются ожоги различной степени, которые могут нарушить работу как кровеносных сосудов, так и внутренних органов. Обратим внимание, что термическое проявление действия электротока наблюдается при большинстве электротравм;
воздействие электролитического характера становится причиной изменения физического и химического состава тканей, вследствие расщепления крови и прочих жидкостей организма;
физиологическое, приводит к судорожным сокращениям мышечных тканей. Заметим, что биологическое действие электротока также нарушает работу и других важных органов, например, сердца и легких.

Виды электротравм

Воздействие электротока вызывает следующие характерные повреждения:

электроожоги, могут возникнуть вследствие прохождения электротока или быть вызваны электрической дугой. Заметим, что такие электротравмы встречаются чаще всего (около 60%);
появление на коже овальных пятен серого или желтого цвета в местах прохождения электротока. Омертвевший слой кожного покрова огрубевает, через какое-то время такое образование, называемое электрическим знаком, самостоятельно сходит;
проникновение мелких частиц металла (оплавившегося от КЗ или электродуги) в кожный покров. Такой вид травмы называют металлизацией кожи. Для пораженных участков характерен темно-металлический оттенок, прикосновение к нему вызывает болезненные ощущения;
световое действие, становится причиной электроофтальмии (воспалительного процесса глазной оболочки) из-за ультрафиолетового излучения, характерного для элетродуги. Для защиты достаточно использовать специальные очки или маску;
механическое воздействие (электрический удар) происходит вследствие непроизвольного сокращения мышечной ткани, в результате этого может случиться разрыв кожного покрова или других органов.

Заметим, что из всех описанных выше электротравм наибольшую опасность представляют последствия электрического удара, их разделяют по степени воздействия:

вызывают сокращения мышечной ткани, при этом пострадавший не теряет сознания;
судорожные сокращения мышечных тканей, сопровождается потерей сознания, кровеносная и дыхательная системы продолжают функционировать;
происходит паралич дыхательной системы и нарушение сердечного ритма;
наступление клинической смерти (дыхание отсутствует, сердце останавливается).

Шаговое напряжение

Учитывая нередкие случаи поражения от шагового напряжения, имеет смысл рассказать подробнее о механизме его воздействия. Обрыв линии электропередач, или нарушение целостности изоляции в проложенном под землей кабеле приводят к образованию вокруг проводника опасной зоны, в которой происходит «растекание» тока.

При попадании в эту зону можно подвергнуться воздействию напряжения шага, его величина зависит от разности потенциалов между местами, где человек касается земли. На рисунке наглядно продемонстрировано как это происходит.

На рисунке отмечено:

1 – электропроводка;
2 – место падения оборвавшегося провода;
3 – человек, попавший в зону растекания электротока;
U 1 и U 2 – потенциалы в точках, где ноги соприкасаются с землей.

Напряжение шага (V ш)определяется следующим выражением: U 1 -U 2 (В).

Как видно из формулы, чем больше будет расстояние между ступнями, тем значительней разность потенциалов и выше V ш. То есть, при попадании на участок, где происходит «растекание» электротока, для выхода из него нельзя делать большие шаги.

Как необходимо действовать, оказывая помощь при электротравмах

Первая помощь при поражении электрическим током заключается в определенной последовательности действий:

Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током. Виды поражения электрическим током. Сопротивление тела человека.

Электрические установки представляют большую потенциальную опасность для человека, так как в процессе эксплуатации не исключены случаи прикосновения к частям находящимся под напряжением.

Особенностью поражения электрическим током является:

отсутствие внешних признаков грозящей опасности, которые человек мог бы заблаговременно обнаружить: увидеть, услышать, обонять и т. п. В большинстве случаев человек включается в электрическую сеть либо руками (путь тока "рука-рука"), либо рукой и ногами (путь тока "рука-ноги"). Проходящий при этом ток приводит к серьезным повреждениям центральной нервной системы и таких жизненно важных органов, как сердце и легкие.

тяжесть исхода электротравм. Временная потеря трудоспособности при электротравмах, как правило, продолжительна. Так, при поражении в сетях напряжением 220/380 В она составляет в среднем 30 дней. В целом на электротравмы приходится 12-16 % всех случаев производственного травматизма со смертельным исходом.

токи промышленной частоты 10-25 мА способны вызвать интенсивные судороги мышц, в результате наступает неотпускающий эффект, т. е. "приковывание" человека к токоведущим частям, при котором пострадавший самостоятельно не может освободиться от воздействия электрического тока. Длительное же протекание такого тока может привести к тяжелым последствиям.

воздействие тока на человека вызывает резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания. При работе на высоте это может привести к падению человека. В результате возникает опасность механического травмирования, причиной которого является воздействие тока.

специфическая опасность поражения электрическим током заключается в том, что токоведущие части электроустановок, оказавшиеся под напряжением в результате повреждения изоляции, не подают каких-либо сигналов, которые предупреждали бы человека об опасности. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при протекании последнего через тело человека.

Воздействия тока на организм человека

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него тепловое, химическое, механическое и биологическое воздействие.

Тепловое воздействие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве тканей и биологических сред, что вызывает в них функциональные расстройства. Химическое воздействие выражается в разложении органической жидкости, крови и проявляется в изменении их физико-химического состава; механическое приводит к разрыву мышечных тканей; биологическое заключается в способности тока раздражать и возбуждать живые ткани организма.

Любое из перечисленных воздействий тока может привести к травме. Травму, вызванную воздействием электрического тока или электрической дуги, называют электротравмой (ГОСТ 12.1.009-76).

Виды поражения электрическим током

На практике электротравмы условно разделяют на местные и общие. Местные электротравмы вызывают местное повреждение организма - электрический ожог, электрический знак, металлизацию кожи частицами расплавившегося под действием электрической дуги металла, механические повреждения, вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока, и электроофтальмию (воспаление наружных оболочек глаз под воздействием электрической дуги).

Общие электротравмы, чаще называемые электрическим ударом, вызывают нарушение нормальной деятельности наиболее жизненно важных органов и систем организма или приводят к поражению всего организма.

Факторы, влияющие на тяжесть поражения электрическим током

К данным факторам относятся: сила, длительность воздействия тока, его род (постоянный, переменный), пути прохождения, а также факторы окружающей среды и др.

Сила тока и длительность воздействия. Увеличение силы тока приводит к качественным изменениям воздействия его на организм человека. С увеличением силы тока четко проявляются три качественно отличные ответные - реакции организма: ощущение, судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного и болевой эффект для постоянного тока) и фибрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию организма человека, получили названия ощутимых, неотпускающих и фибрилляционных, а их минимальные значения принято называть пороговыми.

Экспериментальные исследования показали, что человек ощущает воздействие переменного тока промышленной частоты силой 0,6-1,5 мА и постоянного тока силой 5-7 мА. Эти токи не представляют серьезной опасности для организма человека, а так как при их воздействии возможно самостоятельное освобождение человека, то допустимо их длительное протекание через тело человека.

В тех случаях, когда поражающее действие переменного тока становится настолько сильным, что человек не в состоянии освободиться от контакта, возникает возможность длительного протекания тока через тело человека. Такие токи получили название неотпускающих, длительное воздействие их может привести к затруднению и нарушению дыхания. Численные значения силы неотпускающего тока не одинаковы для различных людей и находятся в пределах от 6 до 20 мА. Воздействие постоянного тока не приводит к неотпускающему эффекту, а вызывает сильные болевые ощущения, которые у различных людей наступают при силе тока 15-80 мА.

При протекании тока в несколько десятых долей ампера возникает опасность нарушения работы сердца. Может возникнуть фибрилляция сердца, т. е. беспорядочные, некоординированные сокращения волокон сердечной мышцы. При этом сердце не в состоянии осуществлять кровообращение. Фибрилляция длится, как правило, несколько минут, после чего следует полная остановка сердца. Процесс фибрилляции сердца необратим, и ток, вызвавший его, является смертельным. Как показывают экспериментальные исследования, проводимые на животных, пороговые фибрилляционные токи зависят от массы организма, длительности протекания тока и его пути.

Путь тока.

Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. В практике обслуживания электроустановок ток, протекающий через тело человека, попавшего под напряжение, идет, как правило, по пути "рука-рука" или "рука-ноги". Однако он может протекать и по другим путям, например, "голова-ноги", "спина-руки", "нога-нога" и др. Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека попадут под воздействие тока, а также от силы тока, проходящего непосредственно через сердце. Так, при протекании тока по пути "нога-нога" через сердце проходит 0,4 % общего тока, а по пути "рука-рука" - 3,3 %. Сила неотпускающего тока по пути "рука-рука" приблизительно в 2 раза меньше, чем по пути "правая рука-ноги".

Род тока

Ток промышленной частоты является самым неблагоприятным. При увеличении частоты (более 50 Гц) значения ощутимого и неотпускающего тока возрастают. С уменьшением частоты от 50 Гц до 0 значения неотпускающего тока также возрастают и при частоте, равной нулю (постоянный ток), становятся больше примерно в 3 раза.

Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100 Гц равны. С повышением частоты до 200 Гц сила фибрилляционного тока возрастает примерно в 2 раза, а до 400 Гц - почти в 3,5 раза. Повышение частоты питающего напряжения электроустановок применяют как одну из мер электробезопасности.

Окружающая среда.

Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящей пыли оказывают дополнительное влияние на условия электробезопасности.

Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или в наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых площадь контакта человека с токоведущими частями увеличивается. Наличие, заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Toкoпроводящая пыль также создает условия для электрического контакта как с токоведущими частями, так и с землей.

Электрическое сопротивление тела человека

Сила тока Iч, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления zт оказываемого току данным участком тела,

Iч = Uпр / zт

На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением rн. В наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям: через активное наружное сопротивление rн и емкость С, (рисунок 1) электрическое сопротивление которой

где ω = 2nf - угловая частота, Гц; f - частота тока, Гц.

Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока zн = rн xc /√ rн2 +xc 2

Сопротивление rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта rн уменьшается; а емкость С увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.