Практична робота
Тема: Вивчення впливу електричного струму на організм людини
Мета роботи: вивчити зміст небезпек від дії струму на організм.
Зміст звіту
1. Законспектувати зміст основних видів нещасних випадків.
2. Законспектувати формули для визначення сили струму для трьох типових випадків ураження струмом.
3. Виконати два навчальних завдання за вказаними варіантами.
4. Зробити висновки.
Теоретичні відомості
Електричний струм – це спрямований рух електрично заряджених частинок. У металах зумовлений наявністю вільних електронів, в електролітах – іонів.
Проходячи через тіло людини, електричний струм зумовлює термічну, електролітичну, біологічну і механічну дію.
Термічна дія струму – це опіки шкіри, нагрівання і пошкодження кровоносних судин, нервів, мозку.
При проходженні струму через тіло в тканинах виділяється тепло (Дж):
Q =Iл2 Rл τ (1)
де Іл - сила струму, А; Rл - опір тіла, Ом; τ- час проходження струму, с.
Типовими опіками є електричні знаки – мозолі сірого або блідо-жовтого кольорів овальної форми, заглиблені на 1-1,5 мм.
Від дії електричної дуги при короткому замиканні можливий такий вид термічної дії як металізація шкіри. Металізація – це проникнення в шкіру дрібних частинок розплавленого металу.
Електролітична дія струму супроводжується розкладом крові, плазми та інших рідин на заряджені іони, що приводить до порушення обміну речовин і зміни електричних властивостей тканини.
Біологічна дія струму – це збудження тканин організму, що викликають судоми м'язів, тканин серця і легенів та порушенням біологічних процесів.
Механічна дія струму – це розриви, розшарування тканин, стінок кровоносних судин, легеневої тканини внаслідок миттєвого вибухоподібного утворення пари від перегрітої струмом тканинної рідини і крові. Наслідками механічної також можуть бути вивихи суглобів і переломи кісток.
Основні види нещасних випадків від ураження струмом – це електричні травми та електричні удари.
Електричні травми – це місцеві ураження тканин (опіки, електричні знаки, металізація шкіри, механічні пошкодження, електрофтальмія – запалення очей внаслідок дії ультрафіолетових променів).
Електричні удари – це судоми і збудження м'язів. У залежності від наслідку поділяються на ступені:
судомне скорочення м'язів без втрати свідомості;
судомне скорочення м'язів з втратою свідомості, але дихання і робота серця не порушена;
втрата свідомості і порушення серцевої діяльності або дихання;
клінічна смерть (зупинка і фібриляція серця, відсутність дихання, шкіра синювата, зіниці очей розширені внаслідок кисневого голодування кори головного мозку).
Фібриляція серця – це хаотичні скорочення волокон серцевого м'яза (фібрил), коли серце не в стані прокачувати кров по судинах.
Через 5- 6 хвилин після настання кисневого голодування відбувається втрата свідомості і гинуть клітини центральної нервової системи – це клінічна смерть.
Основні чинники характеру небезпеки ураження людини електричним струмом: величина сили струму; опір тіла; вид струму і частота; шлях проходження струму; тривалість дії; індивідуальні особливості організму та умов навколишнього середовища.
За величиною сили змінного струму є три порогових значення (тут поріг як найменша величина для створення певного ефекту:
- відчутний: 0,5 - 1,5 мА (болісні відчуття);
- невідпускний:10 - 15 мА (судомні скорочення мязів);
- фібриляційний: 90 - 100 мА (фібриляція серця, параліч дихання).
Струм величиною більше 5 А (5000 мА) викликає зупинку серця минаючи стадію фібриляції.
За тривалістю дії струму визначений такий безпечний час:
а) до 6 мА –до 30 с;
б) понад 6 до 65 мА – до 1 с;
в) понад 65 до 100 мА –до 0,5 с;
г) понад 100 до 250 мА – до 0.2 с.
Найбільш небезпечним є шлях проходження струму, при якому уражається головний мозок (голова-руки, голова-ноги), серце і легені (руки-ноги, руки-руки).
Потрапляючи під напругу, на поверхні тіла можна визначити дві точки з різними потенціалами. Дотик людини, що стоїть на землі до фазного провода дає напругу дотику, прикладену між рукою (фазний провід) і ногами (коло рука – ноги), якщо відбувся дотик людини до двох фаз руками, то напруга дотику прикладена по колу рука-рука.
Наприклад, при дотиканні руки до корпуса електроустановки, на якій замкнула фаза, рука набуває потенціал корпуса. Ноги, торкаючись землі, набудуть потенціал точок землі. У результаті між рукою та ногами людини виникає різниця потенціалів, яка називається напругою дотику.
Напруга дотику буде електрорушійною силою, що викликає протікання струму по відповідному колу. Однак чинником ураження є електричний струм, а не напруга дотику, тому, наприклад, птахи на проводах ліній електропередач не уражаються струмом через відсутність кола для його протікання (немає дотику до другого провідника, а від землі вони ізольовані повітрям).
При однофазному дотику сила струму Іл, що протікає через людину, визначається за формулою
Іл=Uф/Rл, (2 )
де Uф - фазна напруга, В;
Rл - опір тіла, Ом (приймають Rл = 1000 Ом);
При двофазному дотику
Iл = Uл ⁄Rл (3)
де Uл - лінійна напруга, В (Uл = 380 В).
Знаходження людей біля обірваних проводів ліній електропередачі при дотику їх до землі приводить до ураження напругою кроку (напруга дотику по колу нога-нога). Зона розтікання струму на відстань до 20 м від місця обриву проводу. Найбільший електричний потенціал в місці дотику проводу до землі, з віддаленням він зменшується. При крокові 0,8 м виникає різниця потенціалів, яка утворює напругу кроку. М'язи ніг людини судомно скорочуються і вона падає. Ланцюг замикається вздовж тіла людини через життєво важливі органи, а так як ріст людини значно більший довжини кроку, то приведе до виникнення небезпечно великої різниці потенціалів.
Людина, яка опинилась в зоні дії напруги кроку, повинна поставити ноги разом і виходити із зони дрібними кроками, або стрибками на двох ногах.
Напруга кроку ( Uкр ) розраховується за формулою
Uкр = Із•ρ / 2π• (1/х – 1/(х+а)) (4)
де Із - струм замикання на землю, А;
ρ- питомий опір ґрунту, Ом • м ;
а - крок людини, м;
х - віддаль між точкою замикання провідника землі до ноги людини, м.
Струм, зумовлений напругою кроку
Іл = Uкр/R (5)
Опір тіла- людини електричному струму в основному визначається опором шкіри. Верхній роговий шар шкіри має великий питомий опір.
Електричний опір тіла людини – це опір струму, що проходить по ділянці тіла між двома точками на поверхні тіла людини. Складається з опору шкіри і з опору внутрішніх тканин тіла.
Величина електричного опору тіла залежить від стану рогового шару шкіри, наявності вологи на ній, від частини тіла, до яких прикладена напруга дотику, від сили струму та тривалості дії. Захворювання шкіри, серцево-судинної системи, органів внутрішньої секреції, легенів, нервові хвороби, втома, голод, сп'яніння та емоційне збудження приводять до зниження опору.
При напрузі 10 – 35 В відбувається пробій зовнішнього шару (рогового) шкіри, а при напрузі 127 – 220 В і вище шкіра мало впливає на опір тіла.
Для сухої і неушкодженої шкіри опір тіла, виміряний при напрузі 15-20 В, коливається в межах від 3000 до 100000 Ом, тому при розрахунках для інших величин напруг приймають опір тіла 1000 Ом.