Составляющие электрического сопротивления наружного слоя кожи

Активное сопротивление наружного слоя кожи Rн, Ом, зависит от удельного объемного сопротивления эпидермиса, значения которого находятся в пределах 104 – 1O5 Ом*м, а также от площади электрода S (м2) и толщины эпидермиса d (м):

Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется как бы конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, лежащие под наружным слоем кожи, а диэлектриком – наружный слой кожи (эпидермис). Обычно это плоский конденсатор, емкость которого зависит от площади электрода S (м2), толщины эпидермиса d (м) и диэлектрической проницаемости эпидермиса e, которая в свою очередь зависит от многих факторов: частоты приложенного напряжения, температуры кожи, наличия в коже влаги и др. При токе 50 Гц значения e находятся в пределах от 100 до 200. Емкость конденсатора, Ф:

где: e0=8,85*10^12 Ф/м—электрическая постоянная.

Как показывают опыты, Сн колеблется в пределах от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

Внутреннее электрическое сопротивление тела человека

Значение активной составляющей внутреннего сопротивления Rв Ом, зависит от длины и поперечного сечения участка тела, по которому проходит ток, а также от удельного объемного сопротивления внутренних тканей организма rв, усредненное значение которого при токе с частотой до 1000 Гц составляет 1,5 – 2,0 Ом*м.

Внутреннее емкостное сопротивление. Живую клетку можно представить себе как оболочку с весьма малой проводимостью, заполненную жидкостью, хорошо проводящей ток. Эта клетка окружена такой же жидкостью. Очевидно, что в этом случае образуется элементарный конденсатор, который и обусловливает емкостную проводимость клетки. Однако эта проводимость оказывается незначительной по сравнению с довольно большой ионной проводимостью клетки и ею без особой погрешности можно пренебречь.

Эквивалентная схема сопротивления тела человека для рассмотренных условий показана на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека

На основании этой схемы выражение для определения полного сопротивления тела человека в комплексной форме Zh, Ом, имеет вид

или после соответствующих преобразований – в действительной форме zh, Ом

(1.1)

где ZН – сопротивление наружного слоя кожи в комплексной форме, Ом; w =2p f – угловая скорость, рад/с; f – частота тока, Гц.

Эту схему можно упростить, представив сопротивление тела человека как параллельное соединение сопротивления Rh и емкости Сh которые назовем соответственно активным сопротивлением и емкостью тела человека (рис. 1.10). При этом

Рис. 1.10. Упрощенная схема замещения сопротивления тела человека

В этом случае выражение полного сопротивления тела человека в действительной форме будет, Ом,

(1.2)

При малой емкости (когда ее можно принять равной нулю) полное сопротивление тела человека оказывается равным сумме активных сопротивлений обоих слоев эпидермиса и внутреннего сопротивления тела, Ом, т. е.

В целом, значение полного сопротивления тела человека зависит от ряда факторов:

• состояния кожи;

• от параметров электрической цепи – места приложения электродов к телу человека, значений тока и приложенного напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока;

• физиологических факторов и окружающей среды.

Расчетное электрическое сопротивление тела человека переменному току частотой 50 Гц при анализе опасности поражения человека током принимается равным 1000 ом.