Теоретическая часть
Исследование электрического сопротивления тела человека на постоянном токе
Цель работы: изучить методику экспериментального определения параметров электрического сопротивления тела человека и определить общее сопротивление собственного тела при воздействии электрического тока.
Теоретическая часть
Проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действия.
Термическое действие заключается в нагреве и ожогах различных частей и участков тела человека.
Электролитическое действие заключается в изменении состава (разложения) и свойств крови и других органических жидкостей.
Биологическое действие является особым специфическим процессом, свойственным только живой ткани. Оно выражается в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц сердца и легких. В результате могут возникнуть различные нарушения в организме, в том числе нарушения и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Раздражение тканей организма может быть прямым, когда ток проходит непосредственно по этим тканям и рефлекторным, т.е. через центральную нервную систему, когда путь тока лежит вне этих тканей. Все это многообразие действий электрического тока приводит к двум видам поражения: электрическим травмам (местные повреждения) и электрическим ударам (общее повреждение организма).
Различают следующие виды электрических травм:
- электрические ожоги вызываются протеканием тока через тело человека (контрактный ожог) при непосредственном касании к токоведущим частям электроустановок (пайкам, шинам и т.п.) или к неизолированным электрическим проводам, а так же под воздействием на тело, человека электрической дуги (дуговой ожог), температура которой может достигать несколько тысяч градусов. Приблизительно 2/3 всех электротравм сопровождается ожогом.
- электрические знаки – это четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета, которые появляются на коже в тех местах, где проходил электрический ток. Эти пятна, как правило, излечиваются, и с течением времени пораженная кожа приобретает прежний вид. Такие знаки встречаются примерно у каждого пятого получившего электротравму.
- металлизация кожи это проникновение мелких частиц металла под верхние слои кожи под действием электрической дуги. Она встречается приблизительно у каждого десятого пострадавшего.
- механические повреждения органов и тканей тела человека (разрывы кожи, различных тканей и кровеносных сосудов, вывихи и др.) в результате судорожных сокращений мышц, вызываемых действием тока. Механические повреждения возникают довольно редко.
-электроофтальмия – это воспаление наружной оболочки глаза, возникающее под действием ультрафиолетового излучения электрической дуги. В ряде случаев лечения этого профессионального заболевания является сложным и длительным.
Более трети всех электротравм приходится на электрический удар, под которым понимают возбуждение живых тканей организма электрическим током, проходящим через него, сопровождающееся судорожными сокращениями мышц тела.
По тяжести последствий электроудары делятся на четыре степени:
Первая – судорожное сокращение мышц без потери сознания.
Вторая – судорожное сокращение мышц с потерей сознания, при этом дыхание и сердцебиение не нарушаются.
Третья – потеря сознания с нарушением дыхания и сердцебиения.
Четвертая – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и сердцебиения (кровообращения)
Последствия (степень поражения) действия тока на организм человека зависят от следующих факторов:
-силы тока (основной фактор) проходящего через человека. Чем больше величина тока, – тем опаснее.
- длительности прохождения тока по телу человека. Через 0,5 мин. от начала протекания тока сопротивление тела человека падает примерно на 25%, а через 1,5 мин. – на 70%, поэтому примерно на эти же величины увеличивается величина тока проходящего через человека.
- пути движения тока по телу человека. Наиболее опасные пути «рука-рука», «рука-нога».
- рода тока. Переменный ток в сетях низкого напряжения (до 1000В) примерно в 4-5 раз опаснее постоянного.
- частоты переменного тока. Наиболее опасными являются частоты от 20 до 1000 Гц. При частотах менее 20 Гц или более 1000 Гц опасность поражения электрическим током заметно снижается. Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения. Пока сила тока не достигла ощутимого значения, человек не чувствует его воздействия.
Нижеперечисленные значения переменного тока промышленной частоты (50 Гц) при прохождении через тело человека оказывают следующие воздействия:
1. 0,6-1,5 мА (0,0006-0,0015А) – пороговый «ощутимый» ток. Такой ток вызывает у человека малоболезненные (или безболезненные) раздражения, и человек может самостоятельно освободиться от провода или токоведущий части, находящих под напряжением. (для постоянного тока 6-7 мА)
2. 10-15 мА (0,01-0,015 А) – пороговый «неотпускающий» ток. Такой ток вызывает сильные и весьма болезненные судороги мышц рук, которые человек самостоятельно преодолеть не в состоянии и оказывается как бы прикованным к токоведущей части (для постоянного тока 50-70 мА).
3. 25-50 мА (0,025-0,050А) действие тока распространяется и на мышцы грудной клетки, что приводит затруднению или даже прекращению дыхания. При длительном воздействии этого тока (в течение 1-2х минут) может наступить смерть вследствие прекращения работы легких и сердца.
4. 100 мА (0,1А) – действие тока непосредственно влияет на мышцы сердца, вызывает его остановку или фибрилляцию, т.е. быстрые хаотические или разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце перестает работать как насос. В результате в организме прекращается кровообращение и наступает клиническая смерть.
Исход (последствия) воздействия электрического тока в значительной степени зависит от электрического сопротивления тела человека. Чем больше сопротивление тела человека, тем меньше величина тока, проходящего, по его телу и, следовательно, более легкие последствия. Электрическое сопротивление тела человека складывается из сопротивление кожного покрова и сопротивление внутренних тканей (органов). Верхний слой кожи (эпидермис) состоящий в основном из мертвых ороговевших клеток, имеющий толщину около 0,1-0,2 мм обладает наибольшим сопротивление, поэтому именно этот слой кожи определяет общее сопротивление тела человека. При сухой чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека колеблется в пределах от 2 тыс. до 2 млн. Ом При увлажнении, или загрязнении повреждении кожи, сопротивление тела человека резко падает и оказывается наименьшим около 300-500 Ом, т.е. доходит до значения, равного сопротивлению внутренних тканей (органов) тела.
Условно, при выполнении расчетов технических и индивидуальных средств защиты, сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом (1 кОм).
Схема подключения тела человека в электрическую цепь для измерения его общего сопротивления показана на рисунке 1.
 |
Рис. 1 Схема измерения сопротивления тела человека.
1,4 – диски-электроды;
2 – наружный слой кожи (ладони);
3 – внутренние ткани тела человека;
V – вольтметр;
мА – миллиамперметр;
П – преобразователь переменного тока в постоянный (элемент прибора ИС-1).
Ток, проходящий через тело человека определяется по формуле (закон Ома):
(1)
где: V-величина напряжения, под которое попал человек (V);
R чел- сопротивление тела человека, (Ом);
Следовательно:
(2)
Экспериментальная часть лабораторной работы выполняется с помощью прибора ИС-1 – измерителя сопротивления тела человека. На горизонтальной поверхности (подставке) прибора закреплены два диска-электрода, а на лицевой панели расположены вольтметр, миллиамперметр, тумблер включения (выключения) прибора и сигнальная лампочка, которая загораясь, когда тумблер включения прибора находится в верхнем крайнем положении. Нижнее крайнее положение тумблера соответствует выключенному (от сети) состоянию прибора ИС-1. На правой боковой стенке прибора расположен клювик регулятора напряжения («уровень»), подаваемого на диски-электроды.