Из чего складывается электрическое сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление человека. Сопротивление тела у людей.

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:

1» 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).

2» 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 роли 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

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 Rн 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; Rн – активная составляющая сопротивления наружного слоя кожи; Cн – 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:

Сопротивление тела человека в различных условиях

В работе представлено учебное исследование по определению электрического сопротивления тела человека в различных условиях: сухие руки, мокрые руки, горячие руки. Материал может быть использован при проведении факультативных курсов в школах и учреждениях СПО.

Скачать:

Вложение	Размер
tekst_referata.doc	107.5 КБ

Предварительный просмотр:

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯСВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«ПЕРВОУРАЛЬСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

«Сопротивление тела человека в различных условиях»

Исполнители: Зиялтдинов Денис Викторович,

Янеков Андрей Борисович

Руководитель: Кузнецова Алина Валентиновна

Сопротивление кожи человека………………………………………………………………. 4

Измерение сопротивления кожи человека ……………………………………………………5

Воздействие электрического тока на человека ………………………………………………7

Защита человека от поражающего действия электрического тока………………………….9

Первая помощь при поражении электрическим токам………………………………………10

Целью данной работы является определение условий, влияющих на изменение сопротивления тела человека, изучение способов защиты от поражающего действия электрического тока и первой помощи при поражении электрическим током.

Тело человека является проводником электрического тока. Разные ткани тела оказывают току разное сопротивление: кожа, кости, жировая ткань — большое, а мышечная ткань, кровь и особенно спинной и головной мозг — малое. Наибольшим сопротивлением по сравнению с другими тканями обладает кожа, и главным образом ее верхний слой, называемый эпидермисом.

Электрическое сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже при напряжении 15 — 20 В находится в пределах от 3 до нескольких сотен кОм, а иногда и более.

Сопротивление тела человека — величина переменная, зависящая от множества факторов, в том числе и от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, состояния окружающей среды (влажность, температура и т.п.).

Сопротивление тела человека падает при увеличении величины тока и длительности его прохождения за счет усиления местного нагрева кожи, приводящего к расширению сосудов, а, следовательно, к усилению снабжения этого участка тела кровью и увеличению потовыделения.

Сопротивление тела человека зависит от пола и возраста людей: у женщин это сопротивление меньше, чел у мужчин, у детей — меньше, чем у взрослых, у молодых — меньше, чем у пожилых. Объясняется это толщиной и степенью огрубления верхнего слоя кожи

При расчетах обычно принимают сопротивление тела человека, равное 1000 Ом, т.е. 1 кOм.

Сопротивление кожи человека.

Строение кожи весьма сложно. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного — эпидермиса и внутреннего — дермы.

Наружный слой кожи — эпидермис в свою очередь имеет несколько слоев, из которых верхний самый толстый называется роговым.

Роговой слой состоит из многих рядов омертвевших ороговевших клеток; он лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. На разных участках тела роговой слой имеет толщину от 0,05 до 0,2 мм; на ладонях и подошвах, утолщаясь, он может образовывать мозоли, т. е. иметь значительную толщину.

Роговой слой обладает относительно высокой механической прочностью, плохо проводит тепло и электричество и служит как бы защитной оболочкой, покрывающей все тело человека. В сухом и незагрязненном состоянии роговой слой можно рассматривать как диэлектрик: его удельное сопротивление в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи и внутренних тканей организма.

Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные в основном из живых клеток, можно условно объединить в один так называемый ростковый слой. В основании росткового слоя непрерывно происходит деление и развитие новых живых клеток, а вверху — ороговение и отмирание клеток, которые при этом изменяют свою форму, уплотняются, пропитываются особым белковым веществом и становятся клетками рогового слоя. Электрическое сопротивление росткового слоя благодаря наличию в нем отмирающих и находящихся в стадии ороговения клеток может в несколько раз превышать сопротивление нижнего слоя кожи и внутренних тканей организма, хотя по сравнению с сопротивлением рогового слоя оно невелико.

Внутренний слой кожи — дерма состоит из прочных волокон, переплетающихся между собой и образующих густую сеть, которая и служит основой всей кожи. Между этими волокнами находятся кровеносные сосуды, нервы и корни волос. Здесь же расположены потовые и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис. Электрическое сопротивление дермы незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.

Сопротивление тела человека при сухой, чистой в неповрежденной коже, измеренное при напряжении до 15—20В, колеблется в пределах примерно от 3000 до 100 000 Ом, а иногда и более. Если на участках кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговой слой, сопротивление тела упадет до 1000 — 5000 Ом, а при удалении всего верхнего слоя кожи (эпидермиса) — до 600 — 700 Ом. Если же под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей тела, которое составит всего лишь 300—500 Ом.

При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток.

При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Измерение сопротивления кожи человека.

Было проведено измерение сопротивления кожи студентов группы Сд-205 с помощью цифрового омметра.

Ребята брали электроды кончиками пальцев разных рук. 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 плохо проводящим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора.

Результаты измерений представлены в таблице 1 :

Затем, мы повторили этот опыт, но руки предварительно смочили водой. Результаты измерений представлены в таблице 2 :

Сопротивление уменьшилось примерно на порядок. Следовательно, наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками.

Если предварительно согреть руки, например, положив их на радиатор отопления, то сопротивление также уменьшается. Результаты измерений представлены в таблице 3 :

Прохождение электрического тока связано с нагреванием тканей организма, следовательно, поражающее действие на человека усиливается.

Измерить сопротивление данным омметром, надев резиновые перчатки, не представляется возможным. Предел измерения омметра 20 МОм. Применение изолирующих материалов необходимо для защиты от поражающего действия электрического тока.

Выводы, полученные в результате данного исследования, подтверждают требования безопасной эксплуатации электрооборудования.

Воздействие электрического тока на человека.

При эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводками электрического тока.

Величина тока походящего через какой-либо участок тела человека, зависит от приложенного напряжения (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления, оказываемого току данным участком тела.

Между воздействующим током и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека.

При напряжении на электродах 40-45В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности поля, которые полностью или частично нарушают полупроводящие свойства этого слоя. При увеличении напряжения сопротивление тела уменьшается и при напряжении 100-200В падает до значения внутреннего сопротивления тела.

С увеличением частоты тока сопротивление тела человека уменьшается. При частотах 10—20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.

Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечно-сосудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.

Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока. Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука — ноги», «рука — рука». Менее опасным считается путь тока «нога — нога». Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением.

К факторам, влияющим на исход поражения электрическим током, относят:

1. Величина тока.

2. Величина напряжения.

3. Время действия.

4. Род и частота тока.

5. Путь замыкания.

6. Сопротивление человека.

7. Окружающая среда.

По поражающему действию, токи подразделяются на:

— неощущаемые (0,6 – 1,6мА);

— тепловые воздействия (5А и выше).

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1—1,5 мА и постоянного тока 5—7 мА. Эти токи называются ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.

При переменных токах 5—10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением.

При токах 10—15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока. Переменные токи 10—15 мА и выше и постоянные токи 50—80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10—15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50—80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.

Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть.

Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1—2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть.

Токи более 5А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.

Защита человека от поражающего действия электрического тока.

Зануление – металлическое соединение корпуса электроустановки с нулевым проводом, позволяющим свести аварийный режим к однофазному короткому замыканию с последующим отключением поврежденного контура в минимально короткое время (0,2с).

Зануление применяют в четырех проводных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000В. Защитный эффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека.

Повторное заземление нулевого провода необходимо для обеспечения лучшей защиты человека от поражения электрическим током. При обрыве нулевого провода, при переходе электрического тока на корпус электроустановки ток короткого замыкания протекает через сопротивление повторного заземления и сопротивления заземления и фазу.

Повторное заземление нулевого провода устраивается многократно:

— для воздушных линий через каждые 250м;

— для кабельных линий через каждые 250м;

— и обязательно при вводе в производственное помещение.

Повторное заземление нулевого провода полностью не обеспечивает защиты от поражения током, а лишь смягчает аварийный режим, уменьшает напряжение на корпусе в 2-3 раза.

Опасность поражения сохраняется, поэтому применяются индивидуальные защитные средства (коврики, рукавицы, боты и т.д.).

Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Первая помощь при поражении электрическим током.

В первую очередь, следует немедленно прекратить воздействие на пострадавшего электрического тока: выдернуть вилку из розетки, отбросить оголенный провод и т.п. Необходимо соблюдать осторожность, так как, пока напряжение не снято, спасающий тоже подвергается опасности при прикосновении к пострадавшему. Можно воспользоваться изолирующим материалом: сухими резиновыми перчатками и сапогами, чтобы оттащить человека в сторону, или сухой деревянной палкой, чтобы отшвырнуть оголенный провод. В некоторых случаях пострадавшего легче оттащить за одежду. Но только если одежда пострадавшего абсолютно сухая, а тащить пострадавшего можно только одной рукой. Чтобы случайно не коснуться пострадавшего или оголенных проводов, вторую руку лучше убрать за спину или вообще сунуть в карман.

Но если провода зажаты пострадавшим в сведенных судорогой руках и не известно, где находится выключатель, то эти провода следует перерезать или перерубить. Искать в этой ситуации рубильник или выключатель, значит, только терять время. В этом случае должно соблюдаться следующее правило. Ножом или ножницами с изолированными ручками надо перерезать провод и причем обязательно на разных уровнях, чтобы не вызвать короткого замыкания.

После того, как пострадавший обесточен, нужно начинать оказывать ему первую помощь. Оценить состояние пострадавшего. Если тяжелых повреждений с потерей сознания нет, пострадавшего следует тепло укрыть, дать ему успокаивающее и обезболивающее средства, теплый чай.

Но если у пострадавшего отсутствует реакция зрачков на свет и пульс на сонной артерии, то следует быстро нанести ему прекардиальный удар. Если оживление не произошло, нужно начинать непрямой массаж сердца и искусственную вентиляцию легких. Реанимационные мероприятия продолжают до появления признаков жизни или до прибытия квалифицированной медицинской помощи.

1. Касьянов В.А. Физика 10 кл. Учебник для общеобразовательных учреждений- М: Дрофа, 2003
2. Прошин В.М. Лабораторно — практические работы по электротехнике: учеб. пособие для нач. проф. образования.- М: Издательский центр «Академия», 2007
3. Енохович А.С. Справочник по физике- М.: Просвещение, 1990
4. Шахмаев Н.М.и др. Физический эксперимент в средней школе.- М .:Просвещение, 1991
5. Девясилов В.А. Охрана труда: учебник.-3-е изд., испр. и доп.- М.: ФОРУМ: ИНФРА – М, 2008
6. Куликов О.Н. Охрана труда при производстве сварочных работ: Учеб. пособие для нач. проф. образования.- М.: Издательский центр «Академия», 2004
7. Куликов О.Н. Охрана труда в металлообрабатывающей промышленности: Учеб. пособие для нач. проф. образования.- М.: Издательский центр «Академия», 2003
8. Электротехника: Учебник для нач. проф.образования/ Под. ред.П.А. Бутырина.- М: Издательский центр «Академия», 2006
9. Человек и информация. Информационно-библиографическое обеспечение учебной деятельности: Учеб.пособие для основной и сред. шк./ М.В. Ивашина, А.Г. Гейн, О.В. Брюхова и др. – Екатеринбург: Центр «Учебная книга», 2007
10. Аракелян Э.М. Словарь терминов и понятий по курсу физики.- М.: Высшая школа, 1982

Поделиться:

«Не жалею, не зову, не плачу…»

Астрономический календарь. Октябрь, 2018

Рисуем акварельное мороженое

Электрическое сопротивление человеческого тела

Все мы знаем, как может быть опасен ток. Наше тело, к сожалению, довольно неплохой проводник, и в некоторых обстоятельствах оно может стать звеном электрической цепи, вызвав опасность для здоровья. Сегодня мы поговорим о том, какова электропроводимость живой ткани, как и по каким причинам она может изменяться и что произойдёт с организмом в этих случаях.

Если случится так, что человек попадёт под воздействие напряжения, величина силы электрического тока в разных условиях будет отличаться. Причиной тому выступает сопротивление нашего тела, которое является не фиксированной величиной, а зависящей от рода ткани, точки приложения провода или кабеля под напряжением, возраста человека, его веса, пола и даже настроения. Безусловно, накладывают отпечаток и условия внешней среды: влажность воздуха, температура окружения, атмосферное давление и наличие разных видов волн в области воздействия.

Тело против электротока

Пожалуй, наиболее очевидное и значимое влияние на итог поражения оказывает вид ткани, через которую будет проходить ток. Каждый её участок имеет различное строение и претерпевает весьма непохожие комплексы биофизических процессов, влияющих на проводимость. Согласно результатам исследований учёных, фундаментальный вклад в увеличение суммарного электрического сопротивления тела вносит опорно-двигательный аппарат. Кости, хрящи и сухожилия могут обладать сопротивлением в 3-20 кОм/м, что достаточно много в сравнении с другими системами. К примеру, жировая ткань и органы уже имеют значение около 1,5-3 кОм/м, а мозг, мышцы, кровь и лимфа – вообще на два порядка меньше, всего лишь 0,5-1,5 Ом/м. При этом в инженерных расчётах всегда в первую очередь используется проводимость кожи – наружного слоя эпидермиса. Наиболее вероятно, что прикосновение к токоведущим участкам произойдёт пальцами рук, так что в зависимости от того, сухие ладони или влажные, тёплые они или холодные, итог будет кардинально отличаться.

Структура кожи человека чрезвычайно сложна и неоднородна. Каждый основной слой содержит в себе подслои, которые определяют проводимость всего покрова. К примеру, тот же эпидермис включает в себя роговой слой, на который нам и приходится полагаться при взаимодействии с электротоком, поскольку он не содержит ни кровеносных сосудов, ни нервов, ни других непосредственно проводящих сигналы структурных элементов, а также ряд внутренних подслоёв, у которых сопротивление в разы меньше. Сразу следом за эпидермисом идёт дерма – слой с очень малым сопротивлением, который непосредственно переходит в другие системы организма. Таким образом, определяющими в данном контексте будут именно свойства наиболее «бронированного» рогового слоя.

Состояние кожных покровов также имеет колоссальное значение. Если Вас хотя бы несколько раз в жизни при разных обстоятельствах настигал разряд статического электричества, то, скорее всего, Вы успели отметить, насколько различаются ощущения, когда удар приходится на ровный участок кожи, на ноготь или на порез. Наилучшие изоляционные свойства имеет чистая сухая кожа без повреждений – её электрическое сопротивление обычно оценивается в диапазоне 10-100 кОм. В случае появления на ней царапин, травм, порезов до более глубоких слоёв, данная величина может быть снижена в 2-10 раз, поскольку фактическое сопротивление уже будет определяться внутренними тканями, а не роговым слоем эпидермиса. Влажная кожа, как многие понимают, наоборот, обладает повышенной проводимостью из-за тонкой плёнки жидкости, а площадь контакта в подобной ситуации возрастает. Грязные руки тоже сильно увеличивают шансы на то, что поражение будет серьёзным: они создают островную проводимость с весьма непредсказуемым профилем и фактически формируют огромное множество точек контакта тела и проводника под напряжением. Последняя ситуация условно сравнима с кедами футболистов: за счёт наличия шипов сцепление с поверхностью заметно выше, то есть контакт лучше, что в рассматриваемых обстоятельствах плохо.

В инженерных расчётах, особенно для проектирования технически верных условий труда человека, совокупное сопротивление тела представляют в виде трёх последовательно соединённых сопротивлений: слой эпидермиса, дерма с внутренними тканями и ещё один слой эпидермиса. За счёт того, что внутренние органы имеют очень высокую проводимость, их вклад в задачу защиты оказывается минимален, то есть вся ответственность ложится именно на наружные слои. В определённом смысле это хорошо, поскольку человек вряд ли смог бы научиться направленно управлять внутренними процессами, в то время, как защитить внешние покровы ему вполне под силу.

Как уже было сказано ранее, огромное значение имеет и то, о каком участке кожи идёт речь. Чаще всего в розетку попадают пальцы рук, и на них уровень сопротивления в сравнении с общим довольно высок. При этом уже тыльная сторона ладони гораздо более уязвима, поскольку кожа там заметно тоньше. Наряду с ней самым маленьким сопротивлением обладают другие нежные участки – шея, лицо, паховая область, подмышки, середина стопы, где нет утолщения тканей от постоянного хождения. Вместе с тем, все указанные здесь сведения считаются оценочно-прогностическими, ведь в реальной ситуации будут иметь огромное значение и сопровождающие факторы.

Известно, что у мужчин сопротивление тела выше, чем у женщин, поскольку их кожа толще и грубее. По тем же причинам, а также в силу превосходства по весу, взрослые люди чуть больше защищены, чем дети. Психологическое состояние также оказывает некоторое влияние посредством воздействия на физиологические процессы: известно, что человек в хорошем настроении менее уязвим, чем в подавленном или уставшем. Вдобавок, изменить сопротивление могут и внешние раздражители: если человека ударить, испугать, ослепить ярким светом лампочки или оглушить громким резким звуком, проводимость его тела начнёт меняться в реальном времени, снижаясь на 20-50% всего за пару минут. Когда раздражитель наконец исчезнет, а нервная система сделает вывод, что жизни ничего не угрожает, сопротивление тела снова нормализуется.

Для учёных одним из самых важных и интересных аспектов при изучении подобных вопросов является то, что функция изменения собственного сопротивления тела нелинейна. Таким образом, её возможно предсказать до определённой степени, но для того, чтобы точно оценить, придётся изучить несколько десятков факторов. Если высокая точность не требуется, в расчётах сопротивление тела человека принимают равным 1000 Ом. Но всегда остаётся актуальным, о каком напряжении идёт речь при рассмотрении возможного случая поражения электротоком. Важен не только сам вольтаж, но и условия: обувь и материал подошвы, поверхность пола и её характеристики, наличие заземления и пр. С учётом этих данных ток будет определяться не только сопротивлением организма, но и схемой его включения в электрическую цепь.

В быту речь зачастую идёт о касании к однофазной сети. Чаще всего это происходит в моменты включения вилок питания приборов в розетки или манипуляциях с распределительным щитком. Человек обычно просто стоит на полу и прикасается к токопроводящей части одной точкой-конечностью. В данной ситуации через тело будет течь ток замыкания на землю, а путь его будет самым коротким: от руки к ногам через туловище и жизненно важные органы в нём. Сопротивлением выступит как само тело, так и одежда на человеке, его обувь, возможная опора и пр. Чаще всего доминирующее влияние оказывает связка подошва-пол. Для сравнения используем чистую математику: кожаная подошва домашних тапочек или огрубевшая оголённая кожа самого человека в сухом состоянии могут продемонстрировать сопротивление в 100 кОм, в то время, как в присутствии влаги значение для тех же поверхностей составит 500 Ом. Резиновая подошва на сухом полу обеспечит 500 кОм, а на влажном – 1,5 кОм. На металлическом полу результат будет математически противоположный, но в целом итог один: сухой металл имеет бесконечную проводимость с сопротивлением в пределах погрешности, а влажный формально обеспечит «защиту» в 10 Ом. Контактируя с проводами на сухой земле, можно рассчитывать на сопротивление в 20 кОм, а на влажной – лишь на 800 Ом. Лучше всего в быту себя показывает линолеум: будучи сухим, он имеет огромное сопротивление в 1,5 МОм, и даже во влажном состоянии обеспечивает целых 50 кОм. В подавляющем большинстве случаев именно сопротивление опоры и обуви спасают человеческую жизнь, а не собственная низкая проводимость тела. Конечно же, играет роль и защитная автоматика, но только в том случае, если она исправна и верно укомплектована.

Прикосновение к двум фазам на практике встречается намного реже и является своеобразной прерогативой электриков и электромонтажников. В таких случаях человек разными руками или рукой и ногой касается разных проводников трёхфазной сети, стоя на каком-либо основании. Основная опасность здесь в том, что токи потекут через внутренние органы, в том числе, через сердце. Ввиду специфики ситуации, с подобным столкнуться можно только при монтаже электрических агрегатов, но вряд ли человеку, который занимается подобными работами, придёт в голову сознательно касаться двух фаз: зачастую первой точкой контакта является рабочая рука, а второй – случайный участок тела через одежду. Если она сухая, её сопротивление составит 10-15 кОм, а если влажная – всего 500-1500 Ом. Важно обратить внимание, что при прикосновении к двум разным фазам нет никакого смысла учитывать сопротивление подошвы и пола, поскольку ток течёт по телу именно между фазными проводниками. В сухой одежде всё ещё можно отделаться неприятным дрожанием рук, от которого достаточно легко избавиться, отпустив провода, а в сырой самостоятельно оторвать конечности даже от плоской токопроводящей поверхности может быть проблематично.

В свете всего вышесказанного следует задуматься о том, насколько важно заземление. Если человек вдруг прикоснётся к кожуху агрегата на производстве или электрочайнику с пробоем на корпус в быту, и заземления не будет, весь ток потечёт через тело. Если же будут использованы розетки с заземлением, доминирующая часть тока уйдёт в землю, а через организм пройдёт лишь малая толика, представляющая минимальную угрозу для здоровья.

Отдельный вид опасности представляет собой шаговое напряжение. Оно может возникнуть, если случился обрыв высоковольтного провода и он теперь лежит прямо на земле; если фазная жила оказалась закорочена на металлический корпус уличного фонарного столба, вблизи которого идёт человек; если люди стоят на грунте рядом с местом закопанной рамки заземления. Во всех этих ситуациях по наружной поверхности земли проходит ток, который может потечь и через ноги прохожих. В подобной ситуации образуется цепь грунт-нога-нога-грунт, а сопротивление движению тока оказывает лишь часть тела, элементы одежды и обуви. Контакт подошвы и основания играет столь же значительную роль, как и ширина шага, а потому в большинстве таких случаев итог будет зависеть от того, был грунт влажным или нет.

Печальный опыт многих электриков показывает, что в конечном итоге на сопротивлении тела сказывается целый комплекс факторов, а не один-два. К примеру, сухие руки без повреждений эпителия под воздействием тока могут резко начать потеть, что только ухудшит ситуацию. Кроме того, термическое воздействие тока на кожу провоцирует её нагрев, а животные ткани при более высокой температуре и так лучше проводят электричество. Наконец, тонкие участки кожи при длительном поражении начинают лопаться и у тока появляется доступ к более глубоким слоям, которые имеют низкое сопротивление. Как видим, человеческий организм устроен таким образом, что продолжительность контакта с токоведущими объектами провоцирует только усугубление ситуации. Поэтому очень важно всеми силами постараться оторвать конечность от источника тока поскорее – как только было обнаружено касание. Ещё правильнее, конечно, использовать диэлектрические перчатки и спецодежду при работе, но место для случайных событий, к сожалению, всегда остаётся.

Подключение сварочного аппарата в обычной сети