Вопрос 1.1

Вычислите ток, который мог бы течь через человека, который касается крыши автомобиля находящегося под высоковольтным кабелем с потенциалом 600 кВ. Предположите, что кабель расположен на 10 м выше автомобиля и что крыша имеет площадь 2м*2м. Действительно ли этот ток представляет опасность для человека? Перечислите все предположения, которые Вам нужно сделать (ξ₀=8,85*10^-12Ф/м)

Вопрос 1.2

Рассмотрите ситуацию, когда ток частотой в 60 Гц проходит через человека в течение 1с. Предположите, что электрический контакт произошел от того, что человек схватил провод руками. Опишите возможные физиологические эффекты от тока, проходящего через тело человека, как функцию амплитуды тока. Рассчитайте относительную важность каждого из эффектов. Какой был бы эффект при увеличении или уменьшении продолжительности протекания тока?

Вопрос 1.3

Утверждается, что обезьяны могут слышать микроволновое излучение. Подумайте, какой механизм мог бы позволить им это делать, и как бы Вы могли проверить такую их способность?

Оцените энергию, преданную телу, которое находится между пластинами, подключенными к коротковолновому диаметрическому прибору с частотой 27 МГц, который выдает 2 кВ. Предположите, что емкость между каждой пластиной и телом 10 пФ, что часть тела между пластинами может быть представлена как цилиндр диаметром 20см и длиной 30см, и что удельное сопротивление ткани составляет 5 Ом*м. Эта энергия, вероятно, вызовет значительное нагревание ткани?

Ответ 1

Нужно объяснить, что наиболее вероятный эффект - это нагревание.

Если бы ткань была нелинейной, то было бы возможным, чтобы переданные микроволновые сигналы были изменены и, таким образом, произвели низкочастотный сигал внутри улитки уха обезьяны.

Сопротивление сегмента тела:

(5*0,3)/(π*0,1²)=47,7 Ом

Емкость 2*10 пФ эквивалентна 5 пФ, которые на чистоте 27 МГц имеют сопротивление:

1/(2*π*27*10⁶*5*10^-12)=1178 Ом

Вследствие этого текущий ток будет контролироваться емкостью. Ток вычисляем так:

I=C*dU/dt=5*10 ^-12*2*π*27*10⁶*2*10³=1,7 A

Если мы предположим, что 2 кВ были средней квадратичной величиной, то энергия, переданная ткани, будет:

1,7*1,7*47,7=138 W

Это, вероятно, вызовет значительное нагревание. Примем во внимание, что тело обычно производит около 50 W при метаболизме. Еще 138 W – это уже существенно.

Вопрос 2.1

Обсудите высказывание, что «закон Ома относится к ткани»

В эксперименте ток 100мА с частотой 500кГц передается по человеческой руке. Открыто, что сопротивление руки начинает падать со временем. Как Вы можете объяснить это явление?

Вопрос 2.2

Сотрудничающий врач-консультант хочет исследовать вероятность ожогов, получающихся при использовании дефибриллятора на пациенте. Дефибриллятор производит начальный ток 100А, который затем экспоненциально уменьшается с постоянной времени 1мс. Если сопротивление тела 100 Ом, то вычислите энергию, переданную телу одной разгрузкой дефибриллятора и среднее повышение температуры тела. Примите, что теплоемкость ткани 4000 Дж/(кг*°С). Перечислите другие данные, которые Вы используете для получения ответа.

Ответ 2

Если постоянная времени одна 1 мс и сопротивление составляет 100 Ом, то накопительный конденсатор дожжен быть 100 мФ. Накопленная энергия будет 0,5*С*V², которую мы можем определить следующим образом:

0,5*10^-5*(100*100)²=500 Дж

Можно было бы найти тот же самый ответ, объединяя V и I по экспоненциально убывающей кривой.

Если бы 500 Дж распределились по всему телу (на самом деле неправильное предположение), то среднее повышение температуры было бы 500/4000*50=0,0025 °С для 50-килограмового человека. Повышение температуры в зависимости от одного электрода, конечно, будет гораздо больше, так как масса эффективной ткани, где было накоплено тепло, могла быть только 10г, и в таком случае температура повысится на 12,5 °С.