Какое действие оказывает ток на организм человека. Воздействия электрического тока на человекаОпасные факторы производственной среды

Проходя через тело человека, ток оказывает термическое, электролитическое, механическое и биологическое воздействие.

Термическое воздействие проявляется ожогами отдельных участков тела, нагревом кровеносных сосудов, нервов и других тканей, вызывая в них существенные функциональные расстройства. Электролитическое воздействие выражается в разложении биологических жидкостей, в том числе крови, в результате чего нарушается их физико-химический состав. Механическое воздействие приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. Биологическое воздействие проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением жизненно важных биологических процессов, в результате чего возможны остановка сердца и прекращение дыхания. Внешний ток может подавить весьма малые биотоки, протекающие в теле человека, и тем самым вызвать серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.

Рассмотренные воздействия тока на организм часто приводят к электротравмам, которые условно разделяют на общие (электрические удары) и местные, причем часто они возникают одновременно, образуя смешанные электропоражения.

Под электрическим ударом понимают возбуждение тканей организма проходящим через него током, проявляющееся в виде судорог мышц тела. Тяжесть последствий такого воздействия различна: от слабого сокращения мышц в местах входа и выхода тока до существенных нарушений, в том числе прекращения функционирования сердца и легких. Даже при несмертельной электротравме электрокардиограмма пострадавшего несет на себе признаки коронарной недостаточности, а морфологические исследования в ряде случаев показывают наличие инфаркта миокарда. Нередко у пострадавших наблюдаются отдаленные (от 10 дней до 2 лет и более после травмы) последствия электроударов: заболевания щитовидной железы, половых органов, раннее появление артериосклероза, развитие диабета, сердечно-сосудистых, вегетативно-эндокринных и нервно-психических расстройств.

К местным электротравмам относятся электрические ожоги, металлизация кожи, электрические знаки, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрические ожоги возникают примерно у двух третей пострадавших вследствие перехода в тепловую энергию электрической энергии тока, проходящего через тело человека при его контакте с токоведущими частями, а также от воздействия электрической дуги или искры, образующихся при коротких замыканиях или приближении человека на недопустимо близкое расстояние к частям, находящимся под высоким напряжением.

Металлизация кожи связана с проникновением в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Эта травма наблюдается приблизительно у каждого десятого пострадавшего. С течением времени пораженный участок кожи приобретает нормальный вид и эластичность. Однако при поражении глаз лечение может оказаться сложным, иногда и безрезультатным - наступает слепота.

Электрические знаки - это пятна серого или бледно - желтого цвета, образующиеся на коже при прохождении тока. Происходит как бы омертвление верхнего слоя пораженного участка кожи и ее затвердевание подобно мозоли. Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Встречается этот вид травм приблизительно у 11‒20 % пострадавших.

Механические повреждения тканей и органов тела человека наблюдаются довольно редко и происходят в результате судорожных сокращений мышц под действием тока. Последствия травмирования иногда очень тяжелые: разрывы сухожилий, кровеносных сосудов, вывихи суставов и переломы костей.

Электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз) возникает в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни: слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь; боль в глазах продолжается обычно несколько дней.

В результате статистической обработки многочисленных и весьма различных данных, полученных на основе анализа несчастных случаев, результатов опытов на животных и людях, была получена усредненная зависимость характера воздействия от значения постоянного и переменного тока, проходящего через человека по пути «рука-рука» и «рука-ноги» (табл. 7) .

Таблица 7

Воздействие тока на человека

Протекая через тело человека, электрический ток вызывает тепловое, электрохимическое и биологическое действия.

Тепловое действие тока проявляется в нагреве и ожогах отдельных участков тела; электрохимическое в разложении крови и других органических жидкостей; биологическое действие тока связано с раздражением и возбуждением живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц легких и мышцы сердца, и может вызвать прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.

Указанные действия тока могут привести к двум видам поражения: электрическим травмам и электрическим ударам.

К электрическим травмамотносятся электрические ожоги, электрические знаки, электрометаллизация кожи, электроофтальмия и механические повреждения.

Причиной электрических ожогов может быть действие электрической дуги (дуговой ожог) или прохождение тока через тело человека в результате контакта его с токоведущей частью (токовый ожог). Токовый ожог является, как правило, ожогом кожи в месте контакта тела с токоведущей частью вследствие преобразования электрической энергии в тепловую. Так как кожа человека обладает во много раз большим сопротивлением, чем другие ткани тела, в ней выделяется большая часть тепла. Токовые ожоги возникают в электроустановках, главным образом, напряжением до 1000 В.

Дуговой ожог обусловлен воздействием на тело электрической дуги, которая создается при разряде в случае приближения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением выше 1000 В, или при коротких замыканиях в электроустановках

напряжением до 1000 В. Электрическая дуга, обладающая высокой температурой, может вызвать обширные ожоги тела и привести к смертельным случаям.

Электрические знаки, именуемые также знаками тока или электрическими метками, представляют собой омертвевшие пятна на коже человека, подвергшегося действию тока. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и поддаются лечению.

Электрометаллизация кожи обусловлена проникновением в верхние ее слои мельчайших частичек металла, расплавившихся под действием электрической дуги. Впоследствии поврежденный участок восстанавливается и приобретает нормальный вид, исчезают болезненные ощущения. Весьма опасными могут быть случаи поражения глаз, нередко приводящие к потере зрения. Поэтому работы, при которых возможны подобные случаи, должны выполняться в защитных очках. Вместе с тем одежда работающего должна быть застегнута на все пуговицы, ворот закрыт, а рукава опущены и застегнуты у запястьев рук.

Нередко одновременно с металлизацией кожи возможен ожог электрической дугой.

Электроофтальмия воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия потока ультрафиолетовых лучей. Подобное облучение возможно при возникновении электрической дуги, например, при коротких замыканиях, которая является источником интенсивного излучения не только видимого света, но и ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Предупреждение электроофтальмии при обслуживании электроустановок обеспечивается применением специальных защитных очков, которые одновременно защищают глаза от брызг расплавленного металла.

Механические повреждения возникают в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока. Это может привести к падению с высоты, вывихам суставов, переломам и т. д.

Электрические удары относятся к виду поражений, которые имеют место при воздействии малых токов (порядка нескольких сотен миллиампер) и напряжения до 1000 В. При электрических ударах исход воздействия тока на человека может быть различным от легкого, едва ощутимого судорожного сокращения мышц пальцев до смертельного поражения, связанного с прекращением работы сердца или органов дыхания.

Степень поражения током при электрических ударах характеризуется его пороговым значением. Характерными являются следующие токи: пороговый ощутимый, пороговый неотпускающий, пороговый фибрилляционный.

Пороговый ощутимый ток наименьшее значение ощутимого тока, вызывающего при прохождении через организм человека ощутимые раздражения.

Пороговый неотпускающий ток наименьшее значение неотпускающего тока, вызывающего при прохождения через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник.

Пороговый фибрилляционный ток наименьшее значение фиб- рилляционного тока, вызывающего при прохождении через организм фибрилляцию сердца.

Как будет показано ниже, ток, протекающий через человека, колеблется в широких пределах и зависит от многочисленных трудноучитываемых физических и физиологических явлений. В отличие от прошлых лет в настоящее время в технике электробезопасности преобладает мнение о нецелесообразности нормирования в промышленности и в быту опасных и безопасных пороговых значений напряжения и тока.

Таблица 1. Характер воздействия электрического тока на организм человека


Значение тока, мА	Переменный ток, 50 Гц	Постоянный ток
	Начало ощущения слабый зуд, пощипывание кожи под электродами	Не ощущается
	Ощущение тока распространяется. и на запястье руки, слегка сводит руку	Не ощущается
	Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаясь судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья. Руки, как правило, можно оторвать от электродов	Начало ощущения впечатление нагрева кожи под электродом
	Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно, но еще можно оторвать от электродов	Усиление ощущения нагрева
	Едва переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются	Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи
	Руки парализуются мгновенно, оторвать от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено	Еще большее усиление ощущения нагрева кожи. Незначительные сокращения МЫШЦ РУК
	Очень сильная боль в руках и в груди. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания	Ощущения сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц рук
	Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца	Ощущения очень сильного нагрева, сильные боли во всей области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов
	Фибрилляция сердца через 23 с, еще через несколько секунд паралич сердца	Паралич дыхания при длительном протекании тока
	То же действие за меньшее время	Фибрилляция сердца через 23 с, еще через несколько секунд паралич дыхания
	Дыхание парализуется немедленно через дали секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает. Возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожога, разрушение тканей	Усиление ощущения нагрева

Основные факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током, следующие.

Путь тока в теле человека.

Путь тока в теле человека по-разному влияет на поражение. С некоторых пор этому вопросу стали придавать большое значение, так как анализ несчастных случаев позволил установить зависимость их от вида так называемой петли тока, т. е. от пути тока через тело человека. Наиболее часто встречаются следующие четыре петли: правая рука ноги, левая рука ноги, рука рука, нога нога. В большинстве случаев цепь тока возникает по пути правая рука ноги. Наиболее распространенным и, как правило, сопровождающимся тяжелыми повреждениями является путь тока (петля тока) рука рука, когда ток проходит через жизненно важные органы, в частности через сердце.

Как показывают анализы несчастных случаев, примерно 55% всех электрических ударов происходят по двум основным путям: от руки или рук к ногам и от одной руки к другой руке. Однако смертельные поражения составляют половину от приведенной цифры несчастных случаев.

Опасность определяется не тем, протекает или не протекает ток через область сердца, а тем, каким участком тела касается человек токоведущих частей. Наиболее уязвимыми местами человеческого тела являются тыльная часть кисти, шея, висок; передняя часть ноги, плечо. Образование электрической цепи через уязвимые места приводит к смертельным исходам даже при очень малых токах и напряжениях.

Электрическое сопротивление тела человека.

Электрическое сопротивление цепи, по которой проходит ток через тело человека, состоит из электрического сопротивления проводов активного и индуктивного; электрического сопротивления машин, аппаратов или приборов, оказавшихся последовательно включенными с телом человека; электрического сопротивления переходного контакта между токоведущими частями оборудования, которых коснулся человек; собственного электрического сопротивления тела человека.

Сопротивление тела человека представляет собой сложный комплекс биофизических, биохимических и других явлений. Его принято делить на две части: сопротивление кожи и кровеносных сосудов и сопротивление нервов. Верхний слой кожи обладает заметным сопротивлением по сравнению с сопротивлением внутренних органов. Наличие в коже потовых желез сильно изменяет ее электрическое сопротивление. Сопротивление нервов очень мало. Именно эта составляющая общего сопротивления играет наиболее существенную роль в токовой проводимости, а стало быть, и в исходе электротравмы. На электрическое сопротивление живого организма оказывает влияние большое число факторов. Существенное значение при этом имеет состояние кожи: повреждения рогового слоя (поры, царапины, ссадины и другие микротравмы); увлажнение водой или потом; загрязнение различными веществами и в особенности хорошо проводящими электрический ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т. п.).

Сопротивление тела человека, т. е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверхность тела, можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух сопротивлений наружного (рогового) слоя кожи и одного, называемого внутренним сопротивлением тела, которое включает сопротивление внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей тела. В целом указанные сопротивления имеют активную и емкостную составляющие.

При практических расчетах необходимо знать и оценивать численные значения сопротивления электрической цепи человека между двумя электродами, наложенными на тело. Род тока и напряжение. Исследования (см. табл. 1), практика эксплуатации электроустановок показывают, что постоянный ток по сравнению с переменным тех же значений менее опасен для человека. Объясняется это в первую очередь тем, что из-за наличия емкостной составляющей в электрическом сопротивлении тела человека плотность тока, а следовательно, и напряженность поля в тканях будут при равных напряжениях в случае поражения переменным током больше, чем при поражении постоянным. Сказывается также то существенное обстоятельство, что при переменном токе поражающее амплитудное напряжение может быть в 1,4 раза больше действующего напряжения. И наконец, вероятность образования электрической цепи через уязвимые места при переменном токе больше, чем при постоянном, ибо сети переменного тока охватывают несравненно большее число установок, к тому же самых различных, тогда как сети постоянного тока имеют более ограниченные и специализированные применения.

Сказанное об относительной опасности поражения постоянным и переменным токами справедливо лишь для небольших напряжений порядка 250 - 300 В. При более высоких напряжениях постоянный ток более опасен, чем переменный с частотой 50 ГЦ, из-за возможности отброса пострадавшего от токоведущих частей, находящихся под высоким напряжением, что крайне редко наблюдается при аналогичных поражениях переменным током. Отброшенный может получить механическую травму, в результате которой (например, при падении) не исключен и смертельный исход.

В целом следует отметить, что вопрос о сравнительной опасности для человека переменного и постоянного тока нуждается в дальнейшем изучении, что позволит расширить наши представления о биофизике электротравмы.

Напряжение, приложенное к электрической цепи, приводит к преобразованию электрических явлений в другие явления, воздействие которых на организм человека и вызывает непосредственно тот или иной исход поражения. Сложилось и существует мнение, что исход поражения электрическим током зависит от напряжения сети: чем выше это напряжение, тем опаснее последствия электротравмы. В статистических отчетностях учет электро-травм ведется с подразделением по значениям напряжения сети. По этому же признаку анализируются данные и классифицируются элекгротравмы, проводятся исследования, эксперименты. Между тем такое изучение электротравмы далеко не всегда дает правильное представление об этом поражающем факторе.

Действующие у нас Правила делят все установки по напряжению ниже и выше 1000 В. В установках напряжением выше 1000 В основной причиной смертельных поражений являются ожоги, вызванные прохождением электрического тока. В установках ниже 1000 В основная причина поражения связана с непосредственным действием тока. Статистика показывает, что электротравмы со смертельным исходом имеют место преимущественно в установках до 1000 В.

Смертельные поражения бывают и при малых напряжениях (65, 36, 24, 12 В). Их анализ показывает, что они обусловлены не только фибрилляционным током, который нельзя получить при этих напряжениях. Поражения от 12 до 65 В могут привести к смертельному исходу лишь при особых обстоятельствах, например, если электрическая цепь возникает через уязвимые к току места, если неблагоприятны условия внешней среды. Возможны также и другие причины смертельного исхода, пока еще недостаточно изученные.

Суммируя сказанное в отношении отсутствия прямой зависимости между исходом поражения и напряжением, током, констатируем, что невозможно с высокой точностью нормировать в промышленности (и в быту) опасные и безопасные пороговые значения тока и напряжения.

Длительность существования электрической цепи через тело человека.

Исход поражения электрическим током связан с фактором времени. При анализе несчастных случаев этому параметру уделяется большое внимание, особенно если учесть наличие противоречий в оценке опасного (и безопасного) времени прохождения тока через человека. С одной стороны, наблюдаются поражения с тяжелым исходом даже при небольших токах и очень малой длительности прохождения тока через человека (доли секунды), с другой случаи с благоприятным исходом (исключая ожоги) при длительности поражения в несколько секунд и более.

Из-за приведенных противоречий не представляется возможным строго обосновать зависимость исхода поражения от продолжительности существования электрической цепи.

Влияние частоты

Из приведенной выше формулы полного сопротивления тела человека следует, что с увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается, что ведет к увеличению тока и повышению опасности поражения. Однако практика показывает, что этот вывод справедлив лишь в пределах определенных частот. Долгое время считалось, что в области низких частот наибольшей опасностью обладает 50-периодный ток. При дальнейшем повышении частоты в пределах 50 - 400 Гц ток сохраняет примерно одинаковые значения. Дальнейшее повышение частоты снижает опасность поражения. Но вредно или не вредно это для организма человека, утвердительного ответа пока не существует.

Отмечается сравнительная опасность для человека выпрямленного тока. Наличие в нем частотных составляющих утяжеляет исход электротравмы. Пока это малоизученный раздел электробезопасности.

Воздействие окружающей среды.

Окружающая среда во многих случаях может оказывать влияние на поражение человека электрическим током. К факторам этого влияния относятся атмосферное давление, температура, влажность, электрическое или магнитное поля и др.

Повышение температуры воздуха влияет на потоотделение у человека, в результате чего падает электрическое сопротивление его тела и возрастает опасность поражения электрическим током.

Аналогичные явления связаны также с повышенной влажностью. Здесь отмечается снижение не только электрического сопротивления, но и общей сопротивляемости организма электрическому току.

Влияние указанных двух факторов температуры и влажности зафиксировано в нормативных документах.

Третий атмосферный фактор давление окружающего воздуха также оказывает влияние на чувствительность к электрическому току. При повышении давления опасность поражения уменьшается. Так, например, статистика показывает, что при подводной электросварке не было зарегистрировано смертельных и тяжелых электротравм, хотя случаи соприкосновения водолазов, работающих под водой, с токоведущими элементами и контактами отмечались неоднократно.

Обратная картина была установлена для пониженного атмосферного давления, что особенно существенно в связи с электрификацией горных районов. Экспериментально доказано, что пониженноеатмосферное давление увеличивает опасность электрического тока для живых организмов.

Медико-биологические свойства человека

Анализ несчастных случаев при поражении электрическим током показывает, что исход поражения связан с медико-биологическими особенностями человека, состоянием его здоровья. Физически здоровые и крепкие люди легче переносят электротравмы, нежели бальные и слабые. Люди, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистыми, нервными заболеваниями, более восприимчивы к электрическому току.

Поэтому правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок предусматривают медицинский отбор персонала для обслуживания электроустановок. Отбор осуществляется при поступлении на работу, периодические осмотры в сроки, устанавливаемые Минздравом в соответствии со списком болезней и расстройств, препятствующих допуску к работе. Отбор преследует и другую цель: не допустить к обслуживанию электроустановок людей с заболеваниями, которые могут мешать их производственной работе или служить причиной ошибочных действий, опасных для других лиц (неразличение цвета сигнала из-за порока зрения, невозможность подать четкую команду из-за болезни горла или заикания и т. п.).

Кроме того, правила техники безопасности не допускают к обслуживанию электроустановок лиц моложе 18 лет и не имеющих определенных знаний в области электробезопасности, соответствующих объему и условиям выполняемых ими работ.

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.

Воздействие электрического тока на организм человека носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.

Как известно, организм человека состоит из большого количества солей и жидкости, что является хорошим проводником электричества, поэтому действие электрического тока на организм человека может быть летальным.

Убивает не напряжение, а ток

Это, пожалуй, самая основная проблема подавляющего большинства обычных людей. Все считают, что опасно напряжение, но правы они лишь частично. Само по себе напряжение (разность потенциалов между двумя точками цепи) на организм человека никак не воздействует. Все процессы, имеющие отношение к поражению, проходят под действием электротока той или иной величины.

Выше ток - больше опасность. Частичная правота относительно напряжения заключается в том, что от его значения зависит сила тока. Именно так - ни больше, ни меньше. Все, кто учился в школе, без труда вспомнят закон Ома:

Ток = напряжение / сопротивление (I=U/R)

Если считать сопротивление тела человека величиной постоянной (это не совсем так, но об этом позже), то ток, а значит, и поражающее действие электричества, будут напрямую зависеть от напряжения. Выше напряжение - выше ток. Вот откуда убеждение в том, что чем выше напряжение, тем оно опаснее.

Связь тока с сопротивлением

Согласно закону Ома ток зависит и от сопротивления. Чем ниже сопротивление, тем выше и, значит, опаснее ток. Не будет условий для прохождения тока (сопротивление цепи бесконечно велико) - не будет опасности при любом напряжении

Предположим (только теоретически), вы сунули палец в розетку, стоя на сырой земле и получите мощный удар. Поскольку ваше тело имеет невысокое сопротивление, ток из розетки устремится по цепи человек - земля.

А теперь прежде чем сунуть палец в розетку, вы встали на диэлектрический коврик или надели диэлектрические боты. Сопротивление диэлектрического коврика или бот настолько велико, что ток через них и, соответственно, вас, будет пренебрежимо мал - микроамперы. И хотя вы будете находиться под напряжением в 220 В, ток через вас течь практически не будет, а значит, и электрического удара вы не получите. Вы вообще не почувствуете никакого дискомфорта.

Именно по этой причине птица, сидящая на высоковольтном проводе (он оголен, не сомневайтесь), спокойно чистит перышки. Более того - если чрезмерно прыгучий человек, этакий Бэтмен, подскочит и вцепится в фазный провод ЛЭП, с ним тоже ничего не случится, хотя он и окажется под напряжением в киловольты. Повисит и спрыгнет. У электриков даже есть такой тип работ - под напряжением (не путайте с работой на электроустановках, находящихся под напряжением).

Но вернемся к варианту с розеткой, в котором вы стояли на сырой земле. Ударит - это факт. Но насколько сильно?

Определение степени поражения

Сопротивление человеческого тела в обычных условиях составляет 500-800 Ом. Сопротивление сырой земли можно в учет не брать - оно может оказаться крайне низким и на результат расчетов не повлиять, но справедливости ради добавим к сопротивлению тела еще 200 Ом. Быстренько считаем по приведенной выше формуле:

220 / 1000 = 0.22 А или 220 мА

Степень действия тока на организм человека вкратце можно выразить вот через такой список:

1-5 мА - ощущение покалывания, легкие судороги.
10-15 мА - сильная боль в мышцах, судорожное их сокращение. Самостоятельно освободиться от действия тока возможно.
20-25 мА - сильная боль, паралич мышц. Самостоятельно освободиться от действия тока практически нереально.
50-80 мА - паралич дыхания.
90-100 мА - остановка сердца (фибрилляция), смерть.

Очевидно, что ток в 220 мА намного превосходит смертельное значение. Многие скажут, что сопротивление тела человека много больше килоома. Верно. Сопротивление верхнего слоя кожи (эпидермиса) может достигать мегаома и даже более, но слой этот настолько тонок, что тут же пробивается напряжением выше 50 В. Поэтому в случае с электророзетками на свой эпидермис можете не рассчитывать.

Опасность зависит от частоты

При значениях напряжения до 400 В переменный ток частотой 50 Гц намного опаснее постоянного, поскольку, во-первых, сопротивление тела человека переменному току ниже, чем постоянному. Во-вторых, биологическое действие электрического тока переменного типа намного выше, чем постоянного.

При высоких же напряжениях, и, как следствие, высоких постоянных токах в список поражающих факторов добавляется процесс электролиза, происходящего в клеточных жидкостях. В этом случае постоянный ток становится более опасным, чем переменный. Он просто меняет химический состав жидкостей организма. С увеличением частоты картина несколько меняется: ток начинает носить поверхностный характер.

Иными словами, он проходит по поверхности тела, не проникая вглубь организма. Чем выше частота, тем меньший «слой» человеческого организма страдает. К примеру, при частоте в 20-40 кГц фибрилляции сердца не наступает, поскольку ток через него не течет. Взамен этой беды появляется другая - при высокой частоте происходит сильное поражение (ожог) верхних слоев тела, которое с не меньшим успехом приводит к смерти.

Пути прохождения электротока через организм

Влияние тока на организм человека зависит не только от его величины, но и от пути прохождения. Если человек просто залез пальцами в розетку, то ток потечет только через кисть. Стоит на сыром полу и коснулся оголенного провода - через руку, торс и ноги.

Вполне очевидно, что в первом случае пострадает лишь кисть, а освободиться от действия электротока не составит труда, поскольку мышцы руки выше кисти сохранят управляемость. Второй случай намного серьезней, особенно если рука левая. Здесь ток сковывает мышцы, не давая человеку самостоятельно освободиться от действия электричества. Но хуже всего, что в этом случае страдают легкие, сердце и другие жизненно важные органы. Те же проблемы ожидают при пути рука-рука, голова - рука, голова - ноги.

Влияние электрического тока на человека

Проходя через тело человека, электроэнергия оказывает на организм сразу несколько видов воздействия. Всего их существует четыре:

Термическое (нагрев).
Электролитическое (диссоциация, приводящая нарушению химических свойств жидкостей).
Механическое (разрыв тканей как следствие гидродинамического удара и судорожного сокращения мышц).
Биологическое (нарушение биологических процессов в клетках).

В зависимости от величины, пути прохождения, частоты и длительности воздействия электроток может вызывать абсолютно разные как по характеру, так и по тяжести повреждения организма. Самыми распространенными из них можно считать:

Судорожное сокращение мышц.
Судорожное сокращение мышц, дыхание и сердцебиение сохраняются.
Остановка дыхания, возможно нарушение сердечного ритма.
Клиническая смерть, дыхания и сердцебиения нет.

Безопасное напряжение

Для выяснения этого вопроса не нужно использовать никаких формул - все уже рассчитано, запротоколировано и завизировано специально обученными людьми. В зависимости от рода тока согласно ПЭУ безопасным напряжением рекомендуется считать:

Переменное до 25 В или постоянное до 60 В - в помещениях без повышенной опасности;

Переменное до 6 В или постоянное до 14 В - в помещениях повышенной опасности (сыро, металлические полы, токопроводящая пыль и пр.).

Определение шагового напряжения

Этот вопрос, представляющий чисто академический интерес, требует ответа хотя бы потому, что попасть под напряжение шага может практически каждый, выходящий из дома. Итак, предположим, что на линии электропередач оборвался провод и упал на землю. При этом короткого замыкания не произошло (земля относительно сухая и устройство аварийной защиты не сработало). Но даже сухая земля имеет довольно низкое сопротивление и по ней потек ток. Причем потек во все стороны как вглубь, так и по поверхности.

Благодаря сопротивлению почвы при удалении от провода напряжение постепенно падает и на некотором расстоянии исчезает. Но фактически оно не исчезает бесследно, а равномерно распределяется, «размазывается» по земле. Если воткнуть щупы вольтметра в грунт на некотором расстоянии друг от друга, то прибор покажет напряжение, которое будет тем выше, чем ближе упавший провод и больше расстояние между щупами.

Если вместо щупов окажутся ноги человека, бодро идущего на работу, то он попадет под напряжение, которое и называется шаговым. Чем ближе упавший провод и шире шаг, тем выше напряжение.

Грозит такой вид напряжения тем же, чем и обычный - поражением той или иной степени. Даже если ток, протекающий по петле нога-нога, окажется и не особо опасен, он вполне может вызвать судорожное сокращение мышц. Пострадавший падает и попадает под более высокое напряжение (расстояние руки - ноги больше), которое к тому же начинает течь через жизненно важные органы. Вот теперь о безопасности и речи быть не может - человек попал под опасное для жизни напряжение.

Если вы почувствовали, что попали под напряжение шага (ощущение можно сравнить с теми, которые возникают от прикосновения к «дерущейся током» стиралки). Поставьте ноги вместе, минимально сократив расстояние между ними, и осмотритесь. Если вы видите в радиусе 10-20 м электрическую опору (столб) или трансформаторную подстанцию, то, скорее всего, оттуда и растут уши у проблемы. Начинайте двигаться в противоположную от них сторону шажками по несколько сантиметров. Вы ведь помните, что чем меньше шаг, тем ниже шаговое напряжение. Если понять откуда появилось напряжение невозможно, выберите произвольное направление.

Действие электрического тока на организм человека. Электрический ток , действуя на организм человека, может привести к различным поражениям: электрическому удару, ожогу, металлизации кожи, электрическому знаку, механическому повреждению, электроофтальмии (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика воздействия на человека электрического тока различной силы

Сила тока, мА	Переменный ток 50 — 60 Гц	Постоянный ток
0,6 — 1,5	Легкое дрожание пальцев рук	Не ощущается
2 — 3	Сильное дрожание пальцев рук	Не ощущается
5 — 7	Судороги в руках	3yд. Ощущение нагревания
8 — 10	Руки с трудом, но еще можно оторвать от электродов. Сильные боли в руках, особенно в кистях и пальцах	Усиление нагревания
20 — 25	Руки парализуются немедленно, оторвать их от электродов невозможно. Очень сильные боли. Затрудняется дыхание	Еще большее усиление нагревания, незначительное сокращение мышц рук
50 — 80	Паралич дыхания. Начало трепетания желудочков сердца	Сильное ощущение нагревания. Сокращение мышц рук. Судороги. Затруднение дыхания
90 — 100	Паралич дыхания и сердца при воздействии более 0,1 с.	Паралич дыхания

Электрический удар ведет к возбуждению живых тканей; В зависимости от патологических процессов, вызываемых поражением электротоком, принята следующая классификация тяжести электротравм при электрическом ударе:

1. электротравма I степени — судорожное сокращение мышц без потери сознания;

2. электротравма II степени — судорожное сокращение мышц с потерей сознания,»

3. электротравма III степени — потеря сознания и нарушение функций сердечной деятельности или дыхания (не исключено и то и другое);

4. электротравма IV степени — клиническая смерть.

Степень тяжести электрического поражения зависит от многих факторов: сопротивления организма, величины, продолжительности действия, рода и частоты тока, пути его в организме, условий внешней среды.

Исход электропоражения зависит и от физического состояния человека. Если он болен, утомлен нли находится в состоянии опьянения, душевной подавленности, то действие тока особенно опасно. Безопасными для человека считаются переменный ток до 10 мА и постоянный — до 50 мА.

Электрический ожог различных степеней — следствие коротких замыканий- в электроустановках и пребывания тела (как правило, рук) в сфере светового (ультрафиолетового) и теплового (инфракрасного) влияния электрической дуги; ожоги III и IV степени с тяжелым исходом — при соприкосновении человека (непосредственно или через электрическую дугу) с токоведущими частями напряжением свыше 1000 В.

Электрический знак (отметка тока) — специфические поражения, вызванные механическим, химическим или их совместным воздействием тока. Пораженный участок кожи практически безболезнен, вокруг него отсутствуют воспалительные процессы. Со временем он затвердевает, и поверхностные ткани отмирают. Электрознаки обычно быстро излечиваются.

Металлизация кожи — так называемое пропитывание кожи мельчайшими парообразными или расплавленными частицами металла под влиянием механического или химического воздействия тока. Пораженный участок кожи приобретает жесткую поверхность и своеобразную окраску. В большинстве случаев металлизация излечивается, не оставляя на коже следов. Электроофтальмия — поражение глаз ультрафиолетовыми лучами, источником которых является вольтова дуга. В результате электроофтальмии через несколько часов наступает воспалительный процесс, который проходит, если приняты необходимые меры лечения.

В условиях производства поражение электротоком чаще всего является следствием того, что люди прикасаются к токоведущим частям, находящимся под опасным напряжением.

Возможны два варианта таких прикосновений с разной степенью опасности. Первый, наиболее опасный,- одновременное прикосновение к двум линейным проводам и второй, менее опасный (таких случаев больше) — прикосновение к одной фазе.

Однофазное включение в цепь тока: а) с заземленной нейтралью; б) с изолированной нейтралью