Подгруппа №3, группа 712-2, лабораторная 1

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ)

Отчет по лабораторной работе №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Выполнили:

Студенты гр. 712-2

Подгруппа №3 ___________ Г.С. Баженов

___________ С.А. Береснев

___________ Л.С. Болтушкин

___________ И.А. Перов

___________ В.Д. Маркушин

___________ А.В. Туранов __________

Проверил:

доцент каф. РЭТЭМ, кандидат биологических наук

_______ __________ Т.А. Сошникова

__________

Томск 2025

Цель работы: определение зависимостей, характеризующих электрическое сопротивление тела человека.

Оборудование: Устройство для исследования сопротивления тела человека, тип ГалСен – 341, параметры (предельные) – 0.7В; 0,03А.

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Лабораторная работа выполнялась в аудитории 416/1 главного корпуса ТУСУР за устройством №341 ГалСен «Устройство для исследования сопротивления тела человека».

При определении силы тока было проведено 3 измерения для каждого члена команды площади электродов при 5 различных комбинациях значений напряжения U и частоты f. Для фиксации значения силы тока I_н каждый член команды прикладывал руки к электродам площадью 1250 мм₂ и 2500 мм₂. Для последующих измерений изменялось напряжение и частота. Средние значения сил тока каждого члена команды при различных частотах F приведены в таблицах.

Таблица 1 – Значения силы тока (мА) при площади контакта 1250мм^2

1250мм^2	15кГц/6В	50гц/7В	100гц/5В	1,5кГц/4В	50кГц/6В
Леонид	6,20	0,10	0,07	1,01	7,97
Александр	5,77	0,05	0,10	0,97	8,00
Семён	4,87	0,07	0,06	0,64	6,80
Илья	7,10	0,12	0,13	1,11	9,37
Владислав	4,20	0,04	0,04	0,44	6,40
Григорий	5,63	0,21	0,17	0,79	7,93

Наблюдается значительная вариация силы тока среди участников при разных частотах и напряжениях. Наибольшие значения тока зафиксированы при высокой частоте (50 кГц), что указывает на снижение сопротивления тела с ростом частоты. Например, у Ильи ток достиг 9.37 мА при 50 кГц, что подтверждает зависимость сопротивления от частоты.

Таблица 2 – Значения силы тока (мА) при площади контакта 2500мм^2

2500мм^2	15кГц/6В	50гц/7В	100гц/5В	1,5кГц/4В	50кГц/6В
Леонид	7,07	0,34	0,16	1,75	8,67
Александр	6,70	0,13	0,23	1,46	8,50
Семён	6,17	0,15	0,18	0,95	7,47
Илья	8,33	0,20	0,24	1,73	10,00
Владислав	5,50	0,12	0,13	0,72	7,63
Григорий	6,53	0,30	0,31	1,32	8,60

Увеличение площади контакта до 2500 мм² привело к росту силы тока по сравнению с 1250 мм² для всех участников. Например, у Леонида ток увеличился с 6.20 мА до 7.07 мА при 15 кГц. Это свидетельствует об обратной зависимости сопротивления от площади контакта.

Для определения сопротивления каждого участника группы применяется закон Ома для расчета сопротивления:

R = U / I.

Таблица 3 – Значения сопротивления (Ом) при площади контакта 1250мм^2

1250мм^2	15кГц/6В	15гц/7В	100гц/5В	1,5кГц/4В	50кГц/6В
Леонид	0,97	71,59	69,44	3,97	0,75
Александр	1,04	145,83	49,07	4,11	0,75
Семён	1,23	101,39	95,83	6,26	0,88
Илья	0,85	62,69	37,70	3,60	0,64
Владислав	1,43	194,44	138,89	9,16	0,94
Григорий	1,07	33,94	30,04	5,05	0,76

Сопротивление тела резко снижается с увеличением частоты: при 50 Гц значения достигают десятков кОм (например, 194.44 кОм у Владислава), а при 50 кГц — менее 1 Ом. Это подтверждает, что тело человека ведет себя как нелинейный проводник, чье сопротивление зависит от частоты.

Таблица 4 – Значения сопротивления (Ом) при площади контакта 2500мм^2

2500мм^2	15кГц/6В	15гц/7В	100гц/5В	1,5кГц/4В	50кГц/6В
Леонид	0,85	20,82	32,28	2,29	0,69
Александр	0,90	53,47	22,10	2,74	0,71
Семён	0,97	46,26	27,40	4,21	0,80
Илья	0,72	36,00	20,93	2,32	0,60
Владислав	1,09	58,61	38,61	5,54	0,79
Григорий	0,92	23,68	16,35	3,04	0,70

При большей площади контакта сопротивление уменьшается. Например, у Александра при 50 Гц оно снизилось с 145.83 кОм до 53.47 кОм. Это согласуется с теорией: больше площадь — меньше сопротивление.

Для определения пороговых напряжений были использован Закон Ома:

U = I * R

, где U - напряжение, I - ток, R - сопротивление.

Для расчета пороговых значений напряжения были взяты значения сопротивления из таблиц 3 и 4, а значения пороговых токов взяты из методического указания и представлены на таблице 5:

Таблица 5 – Пороговые значения силы тока

	Постоянный	Переменный с частотой 50Гц
Пороговый не отпускающий, А	0,05	0,01
Пороговый фибриляционный, А	0,3	0,1

Пороговые токи для переменного тока (50 Гц) значительно ниже, чем для постоянного (0.01 А и 0.05 А для не отпускающего), что объясняется большей опасностью переменного тока из-за его воздействия на нервную систему.

Таблица 6 – Пороговые значения напряжения (В) при площади контакта 1250мм^2

1250мм^2	U, постоянный не отпускающий	U, Переменный не отпускающий	U, постоянный фибриляционный	U, переменный фибриляционный
Леонид	3579,50	715,90	21477,00	7159,00
Александр	7291,50	1458,30	43749,00	14583,00
Семён	5069,50	1013,90	30417,00	10139,00
Илья	3134,50	626,90	18807,00	6269,00
Владислав	9722,00	1944,40	58332,00	19444,00
Григорий	1697,00	339,40	10182,00	3394,00

Данные показывают, что пороговые напряжения для поражения электрическим током значительно варьируются в зависимости от типа тока (постоянный или переменный) и индивидуальных особенностей испытуемых.

• Для постоянного тока пороговые напряжения неотпускающего тока (0.05 А) составляют от 1.7 кВ (Григорий) до 9.7 кВ (Владислав), а фибрилляционного (0.3 А) — от 10.2 кВ до 58.3 кВ.

• Для переменного тока (50 Гц) значения значительно ниже: неотпускающий ток (0.01 А) требует от 208 В (Леонид) до 1.94 кВ (Владислав), а фибрилляционный (0.1 А) — от 2.1 кВ до 19.4 кВ.

• Индивидуальные различия велики – например, у Владислава пороговые напряжения почти в 5 раз выше, чем у Григория, что может быть связано с физиологическими особенностями (толщина кожи, влажность, состояние здоровья).

Таблица 7 – Пороговые значения напряжения (В) при площади контакта 2500мм^2

2500мм^2	U, постоянный не отпускающий	U, Переменный не отпускающий	U, постоянный фибриляционный	U, переменный фибриляционный
Леонид	1041,00	208,20	6246,00	2082,00
Александр	2673,50	534,70	16041,00	5347,00
Семён	2313,00	462,60	13878,00	4626,00
Илья	1800,00	360,00	10800,00	3600,00
Владислав	2930,50	586,10	17583,00	5861,00
Григорий	1184,00	236,80	7104,00	2368,00

При увеличении площади контакта до 2500 мм² пороговые напряжения снижаются в 2–5 раз по сравнению с 1250 мм².

• Для постоянного тока неотпускающее напряжение уменьшилось до 1.0–2.9 кВ, а фибрилляционное — до 6.2–17.6 кВ.

• Для переменного тока (50 Гц) неотпускающий порог снизился до 208–586 В, а фибрилляционный — до 2.1–5.9 кВ.

• Чем больше площадь контакта, тем ниже безопасное напряжение – это связано с уменьшением общего сопротивления тела.

• Напряжение 200–600 В при переменном токе уже может привести к неотпускающему эффекту, что критично для электробезопасности (например, при работе с промышленным оборудованием).

• Разброс значений между испытуемыми сохраняется, что подтверждает важность индивидуального подхода при оценке рисков поражения током.

R, ом

Построив график зависимости сопротивления тела от частоты тока, можно проследить тенденцию снижения сопротивление при увеличении частоты. График представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – График зависимости сопротивления R от частоты тока f

ВЫВОДЫ

Проведенное исследование позволило экспериментально определить ключевые зависимости электрического сопротивления тела человека от частоты тока, площади контакта и индивидуальных физиологических особенностей испытуемых. На основе анализа полученных данных (см. таблицы 1–7) можно сделать следующие выводы:

1. Зависимость сопротивления от частоты тока

Сопротивление тела человека резко снижается с увеличением частоты. Например, при частоте 50 Гц сопротивление достигало десятков кОм (до 194.44 кОм у Владислава, таблица 3), тогда как при 50 кГц оно падало ниже 1 Ом (0.64 Ом у Ильи, таблица 3). Эта нелинейная зависимость подтверждается графиком (рисунок 1) и согласуется с теорией поведения биологических тканей в переменном электрическом поле.

2. Влияние площади контакта

Увеличение площади контакта с 1250 мм² до 2500 мм² приводило к снижению сопротивления в 2–5 раз (см. таблицы 3 и 4). Например, у Александра при 50 Гц сопротивление уменьшилось с 145.83 кОм до 53.47 кОм. Как следствие, пороговые напряжения для опасных токов также снижались (см. таблицы 6 и 7): для переменного тока 50 Гц неотпускающее напряжение упало с 715.90 В до 208.20 В у Леонида.

3. Сравнение постоянного и переменного тока

Переменный ток (50 Гц) оказался значительно опаснее постоянного: для достижения неотпускающего эффекта требовалось напряжение в 5 раз ниже (0.01 А против 0.05 А, таблица 5). Например, у Григория пороговое напряжение для переменного тока составило 236.80 В, а для постоянного — 1184.00 В (таблица 7). Это объясняется воздействием переменного тока на нервную систему и мышцы.

4. Индивидуальные различия

Результаты показали значительный разброс значений между участниками. Так, у Владислава сопротивление при 50 Гц было почти в 6 раз выше, чем у Григория (194.44 кОм против 33.94 кОм, таблица 3), что может быть связано с различиями в толщине кожи, влажности или общем состоянии здоровья.

5. Практическая значимость

Полученные данные подчеркивают:

• Критическую опасность напряжений от 200 В при переменном токе (50 Гц) даже при кратковременном контакте (см. таблицу 7).

• Необходимость учета площади контакта при проектировании электрозащиты (например, использование изолированных инструментов с малой площадью соприкосновения).

• Важность индивидуального подхода при оценке рисков, так как универсальных "безопасных" параметров не существует. Исследование подтвердило, что сопротивление тела человека зависит от частоты тока, площади контакта и индивидуальных факторов. Наибольшую опасность представляет переменный ток промышленной частоты (50 Гц), особенно при больших площадях контакта. Результаты работы могут быть использованы для совершенствования норм электробезопасности и разработки защитных мер при работе с электрооборудованием. Для дальнейших исследований рекомендуется изучить влияние дополнительных факторов, таких как температура и влажность кожи, на электрическое сопротивление.