От чего зависит тепловое действие электрического тока

Воздействие электрического тока на организм человека

Несчастные случаи, связанные с опасным воздействием элек­трического тока на организм человека, происходят при соприкос­новении человека с токоведущими частями или же от действия разрядного тока при приближении к токоведущим частям на достаточное для образования разряда расстояние.

Механизм поражения электрическим током весьма сложен и еще недостаточно изучен.

Действие электрического тока на организм человека может быть тепловым (ожоги), механическим (разрыв тканей, растрес­кивание костей), химическим (электролиз), и биологическим (нарушение функций нервной системы и управляемых ею процес­сов в живом организме).

При электротравмах могут быть внутренние (электрический удар) или внешние (ожог, металлизация, электрический знак) поражения организма человека.

Наиболее тяжелым видом электротравм являются электри­ческие удары.

Наблюдения и исследования данных об электротравматизме показывают, что решающее влияние на исход электрических травм оказывают следующие факторы:

а) величина поражающего тока, протекающего через тело человека;

б) напряжение в электроустановках;

в) продолжительность воздействия тока на организм чело­века;

г) путь прохождения тока;

д) род и частота тока;

е) состояние окружающей среды;

ж) состояние организма человека в момент получения элек­тротравмы.

Величина поражающего тока. До настоящего времени вопрос о том, какая величина тока является опасной и какая смертельно опасной для человека, окончательно не разрешен.

Под безопасным током обычно понимают ток такой величины, который дает возможность человеку самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Величина тока зависит от сопротивления тела человека и приложенного к нему напряжения.

Наибольшей величиной отпускающего переменного тока с час­тотой 50 периодов в секунду можно принять 15—20 ма и наи­большую величину отпускающего постоянного тока можно при­нять в среднем 60—70 ма.

Примерная зависимость характера воздействия тока на орга­низм человека от его величины, составленная по данным изуче­ния электротравматизма и экспериментов над животными, дана в табл. 24.

Продолжительность воздействия тока. Длительность воздей­ствия тока на организм человека также имеет большое значение. Установлено, что с увеличением времени действия тока электрическое

Т а б л и ц а 24

сопротивление тела человека уменьшается. Следовательно, с увеличением длительности воздействия тока, величина тока, про­ходящего через тело человека, возрастает; поэтому чем дольше человек находится под током, тем более тяжелыми получаются последствия.

Путь прохождения тока. Путь прохождения тока в организме, повидимому, также оказывает влияние на исход электротравм. В настоящее время считается установленным, что с увеличением пути прохождения электрического тока через организм тяжесть исхода несчастного случая возрастает.

В связи с тем, что прохождение электрического тока через тело человека вызывает различные сложные патологические про­цессы в организме человека, вопрос о влиянии пути прохождения тока на исход электротравм не является окончательно решенным.

Род и частота тока. Изучение воздействия переменного и по­стоянного тока на организм человека показывает, что опасность переменного тока для возникновения электротравмы выше опас­ности постоянного тока при низких напряжениях.

Изучение влияния тока различной частоты на организм чело­века показывает, что опасность поражения током с увеличением частоты уменьшается.

Установлено, что наиболее опасными для человека частотами являются частоты 50—60 Гц, и что значительное увеличение частоты тока снижает опасность поражения.

Опыт эксплуатации высокочастотных генераторов показывает, что с точки зрения поражения организма электрическим ударом токи высокой частоты не представляют опасности поражения организма, но они при прикосновении к токоведущим частям вызывают ожоги.

Состояние человека в момент электротравмы. Различный со­став тканей человеческого тела является причиной различного сопротивления электрическому току. Удельное сопротивление тела человека, когда кожный покров находится в сухом состоя­нии, составляет от 40 000 до 100 000 Ом, причем свыше 90% этого сопротивления приходится па кожный покров. Однако сопротивление наружного слоя кожного покрова не остается величиной постоянной, а меняется в весьма широких пределах и зависит: а) от влажности и чистоты кожи, б) от величины по­верхности и плотности контакта, в) от величины тока и продол­жительности прохождения его через тело человека; г) от вели­чины приложенного напряжения.

Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля — Ленца.

Количество теплоты, которое выделилось в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t₁ до t₂. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Механические колебания. Характеристики колебательных движений: амплитуда, период, частота. Соотношение между периодом и частотой.

Механические колебания — движения тел, которые точно (или приблизительно) повторяются через равные промежутки времени.

Свободные(собственные) колебания совершаются под действием внутренних сил колебательной системы, а вынужденные — совершаются под действиям внешних сил.

Электрический ток в металлах. Недостатки классической электронной теории.

электрический ток в металлах — это направленное движением свободных электронов.

Так как электрический ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называетсяэлектронной проводимостью.

Потенциальная и кинетическая энергия. Закон сохранения механической энергии.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел.

Потенциальная энергия поднятого над Землей тела – это энергия взаимодействия тела и Землигравитационными силами. Потенциальная энергия упруго деформированного тела – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Потенциальными называются силы, работа которых зависит только от начального и конечногоположения движущейся материальной точки или тела и не зависит от формы траектории.

Электрический ток в электролитах. Электролиз.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении наэлектродахсоставных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохожденииэлектрического тока через раствор либо расплав электролита.

Охрана труда

Электроэнергетическая отрасль (электрические станции, электрические сети) насыщена электроустановками, которые являются фактором повышенной опасности из?за возможности травмирующего действия на человека электрического тока со всеми вытекающими последствиями. Действие электрического тока на организм человека носит многообразный характер.

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

Тепловое (термическое) действие проявляется в виде ожогов участка кожи, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

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

Биологическое действие проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма, в результате чего они могут погибнуть.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от:

1. параметров электрического тока, протекающего через тело человека (величины напряжения, частоты, рода тока приложенного к телу),
2. пути тока через тело человека (рука-рука, рука-нога, нога-нога, шея-ноги и др.),
3. продолжительности воздействия тока через тело человека,
4. условий внешней среды (влажности и температуры),
5. состояния организма человека (толщины и влажности кожного покрова, состояния здоровья и возраста).

Опасное и вредное воздействие на людей электрического тока проявляется в виде электрических ударов и электротравм.

Электрическим ударом называется такое действие электрического тока на организм человека, в результате которого мышцы тела (например, рук, ног и т.д.) начинают судорожно сокращаться.

В зависимости от величины электрического тока и времени его воздействия, человек может находиться в сознании или без сознания, но при этом обеспечивается нормальная работа сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечно-сосудистой системы человека и ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов тела человека (сердца, легких, мозга и т.д.).

Электрической травмой называется такое действие электрического тока на организм человека, при котором повреждаются ткани и внутренние органы человека (кожа, мышцы, кости и т.п.).

Особую опасность представляют электротравмы в виде ожогов в месте контакта тела человека с токоведущими частями электроустановок или ожоги электрической дугой, в том числе металлизация кожи (металлизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла при горении дуги). А также различные механические повреждения (ушибы, ранения, переломы), возникающие из-за резких непроизвольных движений человека при воздействии на него электрического тока. (Возможны вторичные последствия, вызванные падением с высоты, непроизвольными ударами).

В результате тяжелых форм электрического удара и электротравм, человек может оказаться в состоянии клинической смерти – у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть может перейти в смерть биологическую. Однако в ряде случаев при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления пострадавшего.

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

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или, рефлекторно, из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка сердца или, так называемая, фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы (фибриллы) приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания из-за паралича мышц грудной клетки может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки или рефлекторно, вследствие паралича нервной системы.

Нервная реакция организма человека на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ называется электрическим шоком.

При длительном шоковом состоянии может наступить смерть. Если же вовремя оказать пострадавшему медицинскую помощь, то шоковое состояние может быть снято без последствий для человека.

Основным фактором, определяющим исход поражения человека электрическим током, является значение электрического тока, протекающего через тело человека. Величина тока в теле человека определяется приложенным напряжением и электрическим сопротивлением человека. Сопротивление человека зависит от ряда факторов. Необходимо иметь в виду, что различные ткани и органы человеческого организма обладают разным удельным сопротивлением. Наибольшую величину имеет сопротивление сухой кожи и костная ткань, тогда как сопротивление крови и спинномозговой жидкости невелико.

Роговой верхний слой кожи человека не имеет кровеносных сосудов и обладает очень большим удельным сопротивлением – около 10 8 Ом×см. Внутренние слои кожи, насыщенные кровеносными сосудами, железами и нервными окончаниями имеют незначительное удельное сопротивление.

Условно можно рассматривать тело человека как часть электрической цепи, состоящей из 3-х последовательно соединенных участков: кожа — внутренние органы – кожа.

Принципиальная электрическая схема замещения человека представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1 Принципиальная электрическая схема замещения человека, где: Г_к — сопротивление кожи; С_к — ёмкость между электродом и внутренней частью тела; Г_вн — сопротивление внутренних органов

Величина емкости (с_к) в общем незначительна и поэтому ее часто принебрегают, принимая во внимание лишь величину сопротивления 2r_к +r_вн.

Сопротивление тела человека (R_h) является величиной переменной, зависящей от состояния кожи человека (толщина рогового покроя кожи, влажности) и окружающей среды (влажности и температуры).

Поверхностный кожный покров, состоящий из наслоения ороговевших клеток, имеет большое сопротивление – в сухом состоянии кожи оно может иметь значения до 500 кОм. Повреждение рогового покрова кожи (порезы, царапины, ссадины) снижают сопротивление тела человека до 500-700 Ом, что пропорционально увеличивает опасность поражения человека электрическим током. Гораздо меньшее сопротивление электрическому току оказывают мышечные, жировые, костные ткани, кровь, нервные волокна. В целом сопротивление внутренних органов человека составляет 400-600 Ом.

В электрических расчетах за расчетное значение сопротивления тела человека принимается величина 1000 Ом.

Величина тока и напряжения

Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равным r_вн), а ток возрастает. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Род и частота электрического тока

Воздействие на человека постоянного и переменного тока различно — переменный ток промышленной частоты опаснее постоянного тока того же значения. Случаев поражения в электроустановках постоянным током в несколько раз меньше, чем в аналогичных установках переменного тока при более высоких напряжениях (более 300 В) постоянный ток более опасен, чем переменный (из?за интенсивного электролиза).

С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока через человека, а следовательно, повышается опасность поражения. Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.

Тепловое Действие Электрического Тока
— выделение тепла.

Тема — Тепловое Действие Электрического Тока — выделение тепла.

Практические использование электричества базируется на трёх основополагающих действиях, которые появляются при работе электрического тока: тепловом, электромагнитном и химическом. Каждому этому явлению свойственны свои определённые принципы. Давайте с Вами остановимся на одном из них и разберём его более подробнее, и это будет тепловое действие электрического тока.

Отрицательным заряженным частицам, которые принято называть электронами, протекая через определённое вещество, постоянно приходится сталкиваться с атомами, ионами или молекулами. После столкновения электроны тормозятся, передавая имеющуюся энергию элементарным частицам того вещества, по которому протекает электрический ток. Полученная энергия способствует увеличению скорости движения частиц, вещество греется.

Чем больше противодействия оказывают атомы и молекулы токопроводимого вещества текущему электрическому току, тем больше своей энергии они при этом теряют (отрицательные заряженные частицы), и тем больше набирает температуру проводник, поскольку вся утраченная энергия (электронами) преобразуется в тепло. Теперь можно легко догадаться, почему нагревательная спираль электропечки сделана из нихрома, а электрический шнур, запитывающий её, – из меди. При подобном подборе используемых материалов электрический ток довольно сильно нагревает спираль, которая имеет большое сопротивление, и практически не нагревает питающие печку провода.

Давайте посмотрим на обычную электрическую лампочку накаливания. Её внутренняя вольфрамовая нить имеет большое электрическое сопротивление. Протекая по данной нити (спиральки), отрицательные заряженные частицы передают ионам вольфрама большое количество энергии. Вольфрамовая нить лампы разогревается добела – электрическая лампочка светит. Если сила тока будет чрезмерной, энергия, которая передаётся ионам вольфрама, будет слишком большой, что имеющиеся ионы вещества просто не смогут удерживаться на своих прежних местах. В результате вольфрамовая нить расплавится.

Чем будет длиннее электрический проводник, тем большее количество препятствий и столкновений испытывают электроны, проходя по нему, тем больше своей энергии они потратят. То есть, чем длиннее электрическое проводник, тем больше его сопротивление.

Помимо этого, сопротивление проводника также зависит и от его толщины. Чем больше поперечное его сечение (толщина) провода, тем лучше его проводимость, и меньше электрическое сопротивление. Для того чтобы понять это, проделаем такой опыт. К куску проволоки с малой толщиной припаяем кусок проволоки с большей толщиной и соединим их с источником питания. Величина тока и в тонком и в толстом проводе будет одинакова (через оба проводника за одну секунду проходит одинаковое количество электронов).

При этом в более тонком проводе скорость движения (упорядоченного) электронов будет выше, по сравнению с толстым проводом. Следует заметить, что чем быстрее идут электроны в проводнике, тем большее количество энергии они отдают в результате столкновения с атомами и молекулами проводника. По этой причине, и электрическое сопротивление более тонкого провода будет больше, чем толстого.

Что ещё следует сказать о выделении тепла (тепловое действие электрического тока). Если мы включаем какой-либо электрический прибор – плитку, утюг, лампочку накаливания, то сила тока в имеющейся электропроводке дома определяется действующим напряжением в электросети, сопротивлением электроприбора и его проводов. К примеру, включён утюг. Основную роль в данном случае играет электрическое сопротивление утюга, поскольку сопротивление подводящих проводов мало, а напряжение электрической сети стандартно (для быта применяется переменное напряжение 220 вольт).

Безопасность

Действие электрического тока на организм человека

В повседневной жизни, находясь рядом с энергообъектами, человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводниками электрического тока. В результате прохождения тока через организм человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций. Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает биологическое, тепловое, механическое или химическое действие. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое – в способности вызывать ожоги тела, механическое – приводит к разрыву тканей, а химическое – к электролизу крови.

Влияние окружающей среды

Влажность и температура воздуха и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности. Во влажных помещениях, в помещениях с высокой температурой или при большой влажности на улице складываются неблагоприятные условия, при которых обеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями, поэтому вероятность поражения током многократно увеличивается.

Род и частота тока

Исследования показывают, что самыми неблагоприятными для человека являются переменные токи промышленной частоты (50 Герц).

Сопротивление тела человека

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

Основные опасные объекты и возможность поражения электрическим током при приближении к ним

Опора линии электропередачи (подъем на опору)

Линия электропередачи (игры вблизи линий)

Оборванный провод линии (приближение или прикосновение к проводу)

Трансформаторный пункт (проникновение внутрь)

Школьникам и их родителям

Известно, что электрический ток напряжением 36 вольт уже создает серьезную угрозу здоровью и жизни человека. Учитывая, что на улице и дома нас окружают провода и электрооборудование, находящиеся под напряжением 220 вольт и выше, нельзя недооценивать опасность тока, который протекает в бытовой электросети и забывать, что он во много раз превышает смертельный.

Дети чаще всего получают травмы в результате поражения электрическим током во время отсутствия взрослых, поэтому необходимо постоянно проводить с ними беседы и предупреждать об опасности поражения электрическим током.

Запрещается!

Находиться вблизи территории подстанции, так как оборудование находится под высоким напряжением — 10 тысяч вольт и выше. К трансформаторным подстанциям близко подходить – нельзя!
Разводить костры под проводами линий электропередач, проникать в технические подвалы жилых домов, где находятся провода и коммуникации. Ни в коем случае не стоит запускать «воздушных змеев» вблизи воздушных линий электропередач.

Смертельно опасно!

Прикасаться к любым провисшим или оборванным проводам, подходить ближе, чем на 8-10 метров к лежащим на земле оборванным проводам воздушных линий электропередачи. Угрозу жизни представляют не только свисающие или оборванные провода электросетей, но и провода линий радиотелефонной связи, которые могут соприкасаться (схлестываться) с проводами воздушных линий электросетей. Большую опасность представляют провода воздушных линий и ответвлений от них к постройкам, расположенные в кроне деревьев или кустарников.
Играть, раскачивая деревья вблизи линии электропередач. Сырое дерево служит проводником электрического тока. Нельзя вскрывать крышки на опорах освещения. Нельзя на опорах ВЛ ломать арматуру и рвать провода «спусков».

Крайне опасно

Нельзя!

При обнаружении обрыва проводов, искрения, повреждения опор, изоляторов, незакрытых или поврежденных дверей трансформаторных подстанций или электрических щитов, обнаружении сорванных знаков или плакатов во избежание несчастных случаев нужно незамедлительно сообщить в ближайшее предприятие электрических сетей.