Влияние электрического тока на человека: works.doklad.ru — Учебные материалы

Содержание

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.
Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.
Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.
Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.
Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.
Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.
Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.
Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.
Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.
Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др. ). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.
Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).
При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.
Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.
Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.
Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.
Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука — ноги», «рука — рука». Менее опасным считается путь тока «нога — нога».

Действие электрического тока на организм человека

Несчастные случаи, связанные с опасным воздействием элек­трического тока на организм человека, происходят при соприкос­новении человека с токоведущими частями или же от действия разрядного тока при приближении к токоведущим частям на достаточное для образования разряда расстояние.

Механизм поражения электрическим током весьма сложен и еще недостаточно изучен.

Действие электрического тока на организм человека может быть тепловым (ожоги), механическим (разрыв тканей, растрес­кивание костей), химическим (электролиз), и биологическим (нарушение функций нервной системы и управляемых ею процес­сов в живом организме).

При электротравмах могут быть внутренние (электрический удар) или внешние (ожог, металлизация, электрический знак) поражения организма человека.

Наиболее тяжелым видом электротравм являются электри­ческие удары.

Наблюдения и исследования данных об электротравматизме показывают, что решающее влияние на исход электрических травм оказывают следующие факторы:

а) величина поражающего тока, протекающего через тело’ человека;

б) напряжение в электроустановках;

в) продолжительность воздействия тока на организм чело­века;

г) путь прохождения тока;

д) род и частота тока;

е) состояние окружающей среды;

ж) состояние организма человека в момент получения элек­тротравмы.

Величина поражающего тока. До настоящего времени вопрос о том, какая величина тока является опасной и какая смертельно опасной для человека, окончательно не разрешен.

Под безопасным током обычно понимают ток такой величины, который дает возможность человеку самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Величина тока зависит от сопротивления тела человека и приложенного к нему напряжения.

Наибольшей величиной отпускающего переменного тока с час­тотой 50 периодов в секунду можно принять 15—20 ма и наи­большую величину отпускающего постоянного тока можно при­нять в среднем 60—70 ма.

Примерная зависимость характера воздействия тока на орга­низм человека от его величины, составленная по данным изуче­ния электротравматизма и экспериментов над животными, дана в табл. 24 К

Продолжительность воздействия тока. Длительность воздей­ствия тока на организм человека также имеет большое значение. Установлено, что с увеличением времени действия тока электрическое

Т а б л и ц а 24

Ток,

ма

Характер воздействии

переменный ток 50—60 пер/сек

постоянный ток

0,6-1,5

Начало ощущения, легкое дрожание пальцев

Не ощущается

2-3

Сильное дрожание пальцев рук

Не ощущается

5-7

Судороги в руках

Зуд, ощущение нагрева

8-10

Руки трудно, но еще можно ото­рвать от электродов. Сильные боли в пальцах, кистях рук и руках

Усиление нагрева

20-25

Руки парализуются немедленно, ото­рвать от электродов невозможно. Очень сильные боли. Затрудняется дыхание

Еще большее усиление нагрева. Незначительное сокращение мышц рук.

50-80

Паралич дыхания. Начало трепетания желудочков сердца

Сильное ощущение наг­рева. Сокращение мышц рук. Судороги, затрудне­ние дыхания

90-100

Паралич дыхания. При длительности 3 сек. и более паралич сердца — остановившееся трепетание желу­дочков

Паралич дыхания

сопротивление тела человека уменьшается. Следовательно, с увеличением длительности воздействия тока, величина тока, про­ходящего через тело человека, возрастает; поэтому чем дольше человек находится под током, тем более тяжелыми получаются последствия.

Путь прохождения тока. Путь прохождения тока в организме, повидимому, также оказывает влияние на исход электротравм. В настоящее время считается установленным, что с увеличением пути прохождения электрического тока через организм тяжесть исхода несчастного случая возрастает.

В связи с тем, что прохождение электрического тока через тело человека вызывает различные сложные патологические про­цессы ii организме человека, вопрос о влиянии пути прохождения тока на исход электротравм не является окончательно решенным.

Род и частота тока. Изучение воздействия переменного и по­стоянного тока на организм человека показывает, что опасность переменного тока для возникновения электротравмы выше опас­ности постоянного тока при низких напряжениях.

Изучение влияния тока различной частоты на организм чело­века показывает, что опасность поражения током с увеличением частоты уменьшается.

Установлено, что наиболее опасными для человека частотами являются частоты 50—60 гц, и что значительное увеличение частоты тока снижает опасность поражения.

Опыт эксплуатации высокочастотных генераторов показывает, что с точки зрения поражения организма электрическим ударом токи высокой частоты не представляют опасности поражения организма, по они при прикосновении к токоведущим частям вызывают ожоги.

Состояние человека в момент электротравмы. Различный со­став тканей человеческого тела является причиной различного сопротивления электрическому току. Удельное сопротивление тела человека, когда кожный покров находится в сухом состоя­нии, составляет от 40 000 до 100 000 ом, причем свыше 90% этого сопротивления приходится па кожный покров. Однако сопротивление наружного слоя кожного покрова не остается величиной постоянной, а меняется в весьма широких пределах и зависит: а) от влажности и чистоты кожи, б) от величины по­верхности и плотности контакта, в) от величины тока и продол­жительности прохождения его через тело человека; г) от вели­чины приложенного напряжения.

В случае увлажнения наружного кожного покрова и загряз­нения выделениями потовых желез или токопроводящей пылью, эмульсией  и т. п. его удельное сопротивление может снизиться до 1000 ом.

Удельное сопротивление кожного покрова тем меньше, чем больше площадь соприкосновения с контактами. Здесь мы наблю­даем те же условия, что и в любом проводнике электрического сока (изменение плотности тока).

Электрический ток, протекающий через тело человека, вызы­вает нагрев кожного покрова, увеличивает потовыделение. Выде­ление тепла при прохождении тока через проводник тем больше, чем больше величина тока и чем больше времени он протекаем но проводнику. Нагрев и потовыделение ведут к резкому сниже­нию электрического сопротивления кожного покрова. Так, напри­мер, по данным наблюдений, если сопротивление тела человека при токе в 0,1 ма 500 000 ом, то при токе 10 ма оно снижается до 8000 ом.

Большое влияние на сопротивление кожного покрова при про­чих равных условиях оказывает величина приложенного напря­жения. Чем выше приложенное напряжение, тем больше опас­ность поражения; это можно объяснить тем, что наряду с дру­гими явлениями может наступить явление пробоя диэлектрика.

Безопасное напряжение. Опасность действия электрического тока зависит от ряда условий: состояния человека, продолжи­тельности действия, рода и частоты тока, величины приложен­ного напряжения. Следовательно, определить заранее величину тока, который может пройти через человека при определенных условиях, практически нет возможности. Поэтому, для опреде­ления безопасных условий, обычно на практике ориентируются не на величину поражающего тока, а на величину допустимого напряжения, тем более, что напряжение в той или иной, сети практически можно считать постоянным.

В СССР в зависимости от окружающих условий регламенти­руются величины безопасных напряжений 36 и 12 в, за исключе­нием электросварочных установок дуговой сварки, где допу­скам ся напряжение до 65 в.


Волшебный пояс, электрошок и другие эксперименты с лечением током

  • Дэвид Робсон
  • BBC Future

Автор фото, Jeff Behary electrotherapy Museum

В XIX веке считалось, что слабый электрический разряд способен избавить от многих болезней. В наши дни нейробиологи порой обращаются к старым методам лечения, чтобы понять, насколько они были эффективны. Обозреватель BBC Futureрешил разобраться: есть ли смысл надеяться на волшебную исцеляющую силу изобретений наших предков?

Вы устали? Вас преследуют мигрени? Или страдаете от тревожности? У Исаака Пульвермахера было решение для всех этих проблем: его знаменитый «гидроэлектрический пояс».

По форме пояс напоминал ковбойский патронташ с прикрепленными к нему небольшими батарейками и двумя застежками, которые служили электродами.

Их прикладывали к больному месту и наслаждались приятным щекочущим ощущением от прохождения по телу слабого электрического разряда.

Впервые пояс был показан широкой публике в 1851 году на Всемирной выставке в лондонском Хрустальном дворце и сразу стал главным предметом обсуждений в модных гостиных Лондона.

По имеющимся данным, ежегодно таким поясом пользовалось около 50 000 человек.

Даже Чарльз Диккенс заинтересовался этим чудо-устройством. В конце 1860-х, во время напряженного лекционного тура у него сильно заболела нога, и 3 июня 1870 года по совету актрисы Мари Бэнкрофт он заказал «волшебный пояс» Пульвермахера.

«Если он и воспользовался волшебным поясом, вряд ли он успел испытать от него какой-то эффект», — отмечает историк медицины Роберт К. Уэйтс.

Свое самое последнее письмо Диккенс написал компании Pulvermacher & Co, подтвердив получение этого прибора.

Сегодня ученые вновь начинают исследовать преимущества электротерапии как средства лечения целого ряда заболеваний, а отчаявшиеся пациенты даже пытаются сконструировать собственные «медицинские батарейки», удивительно похожие на пояс Пульвермахера.

«То, что люди считают прогрессом в сфере медицины, мы когда-то уже проходили, — говорит Джефф Бехари, занимавший должность куратора музея электротерапевтических приборов во Флориде (США). — Люди занимались этим еще 100 лет назад».

Так есть ли реальная польза от подобных устройств? И каковы риски?

Автор фото, Wikimedia Creative Commons

Подпись к фото,

Считалось, что электрические разряды способны лечить разнообразные физические и психические недуги

Несмотря на свою славу, Пульвермахер был далеко не первым человеком, задумавшимся о лечебном потенциале электричества.

Еще в 48 году до н. э. врач римского императора Клавдия Скрибониус Ларгус рекомендовал тому класть на голову электрического ската, чтобы избавиться от мигрени.

Вряд ли Ларгус осознавал, какие физические силы являются источником этих ощущений, однако к началу XVIII века ученые, в том числе Бенджамин Франклин, начали понимать и контролировать эту энергию.

Они очень активно стали исследовать влияние электричества на организм человека, а для хранения статического заряда использовали лейденские банки — емкости, оклеенные оловянной фольгой.

Например, Франклин пытался использовать разряды статического электричества для лечения спазмов у женщин, страдающих от истерии.

Однако подобные методы лечения были совсем не безопасны, и историк медицины Уэйтс не преминул отметить это в своей недавней работе, опубликованной в книге «Прогресс в исследовании мозга» (Progress in Brain Research).

В мае 1748 года в журнале «Философские труды Королевского общества» (Philosophical Transactions of the Royal Society) было напечатано письмо некоего Роберта Роше, чей 16-летний сын страдал от приступов, которые «приводили его в совершенно бесчувственное состояние».

Роше взялся за создание собственной «электризующей машины» и два раза в день намеренно подвергал своего сына ударам током в отчаянной попытке предотвратить судороги.

Но однажды сюртук его сына «заполыхал: языки пламени поднимались на 15 сантиметров над воротником».

К счастью, Роше удалось погасить огонь, и в письме он с радостью сообщал, что изменил конструкцию машины, чтобы в дальнейшем избежать подобных неприятностей.

В XIX веке эти технологии претерпели огромные изменения. Ученые обнаружили, что металлы, помещенные в кислый раствор, образуют источник электрического тока — так был изобретен первый аккумулятор.

Однако широкое распространение подобные устройства получили только с развитием общества потребления и приходом промышленной революции.

«Благодаря появлению массового производства их изготавливали быстро и с минимумом затрат, а затем продавали по всей стране через каталоги почтовой доставки», — говорит Анна Векслер из Массачусетского технологического университета.

В связи с этим начали появляться многочисленные методы электротерапии. «С их помощью люди пытались лечить практически все недуги, — добавляет Векслер. — И потребители, и врачи экспериментировали с различными способами лечения».

Автор фото, Science Photo Library

Подпись к фото,

Электротерапию часто представляли чуть ли не как панацею — что и высмеивается в этой английской карикатуре

Одним из самых успешных изобретений была та самая гидроэлектрическая цепь. Ее изобретатель Исаак Пульвермахер был прусским эмигрантом, успевшим пожить в Германии, Франции и Англии (к числу других его разработок можно отнести новый вид электрогенератора).

Благодаря грамотному маркетингу «волшебный пояс» принес ему намного больше прибыли: в Европе и США было продано несколько тысяч штук.

Пояс Пульвермахера даже упоминается в романе Гюстава Флобера «Мадам Бовари», где благодаря ему фармацевт месье Оме обладает невероятной сексуальной привлекательностью.

Его жену «ослепляла обвивавшая ее мужа золотая спираль; в такие минуты этот мужчина, облаченный в доспехи, точно скиф, весь сверкающий, точно маг, вызывал в ней особый прилив страсти».

Меняя количество батарей в поясе и расположение электродов на теле или голове, это устройство можно было использовать для лечения головной боли, ревматизма, расстройства желудка, учащенного сердцебиения, водянки, геморроя, переутомления и общих нервных симптомов.

Его рекламные буклеты гласили: «БЕСПРЕЦЕДЕНТНЫЙ успех в истории медицины! Пользуется огромной популярностью среди богатых и образованных людей, что очевидно говорит в его пользу!»

В то же время возможные побочные эффекты устройства обходились молчанием. Лишь упоминалось о возможном появлении язв вокруг электродов, и потенциальных клиентов предупреждали, что при высокой мощности ощущения от прохождения электрического тока «могут быть непереносимыми».

При этом производитель пояса делится многочисленными примерами его успешного применения.

«Вы не представляете, в каком жалком состоянии немощности и истощения я был, ведь я не мог переварить ни кусочка пищи», — написал один удовлетворенный покупатель, страдавший от столь сильного приступа диареи, что «остановить ее не помогали никакие медицинские советы».

Прошло всего два дня, и он снова смог есть, а через десять дней полностью излечился:

«Сейчас я чувствую себя отлично и приношу вам глубокую благодарность за то, что вы вернули меня к жизни».

Можно ли верить подобным историям — совсем другой вопрос. Известно, что агенты Пульвермахера часто искажали отзывы врачей.

Однако Анна Векслер отмечает, что многие другие производители были более сдержанны в своих заявлениях, и вполне авторитетные врачи часто пользовались менее вычурными «медицинскими батареями» (по сути — деревянными коробками с электродами и шкалой измерения).

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Может ли секрет мужской привлекательности крыться в электрическом разряде?

Тем не менее к началу 1920-х эти устройства начали выходить из моды — как среди врачей, так и среди широкой публики.

Многие из подобных изобретений до сих пор появляются на аукционах антикварных изделий, и американский коллекционер Джефф Бехари уже много лет восстанавливает их и тестирует на себе.

Сейчас его коллекция хранится в офисе компании RGF Environmental Group в штате Флорида.

В одном из наиболее странных приспособлений используется накопление статического электричества, и этим оно немного похоже на устройство, которое в 1740-е годы применял Роше.

«Пациент» вставал на деревянную платформу, а на голову ему надевали металлический обруч. Напряжение в устройстве росло, и человек чувствовал, как электрический разряд проходит сквозь его голову.

«Чувствуешь, как из твоего тела струится поток энергии», — говорит Бехари. Он отмечает, что по коже словно пробегает холодный ветерок.

«Это одно из самых расслабляющих, странных и особенных ощущений, которые только можно испытать в жизни», — добавляет он.

По его словам, пояс Пульвермахера впечатлил его не так сильно — он просто почувствовал слабый удар электрическим током. В каком-то смысле, отмечает он, это устройство было просто модным аксессуаром.

Возможно, оно и помогало устранить определенные симптомы, однако Бехари предполагает, что причина этого, скорее всего, скрывалась в банальном отвлечении внимания.

«Оно не снимало боль, а скорее помогало забыть о ней», — поясняет он.

Эксперименты над собой

Несмотря на снижение популярности этих устройств, возможность использования электричества никогда полностью не исчезала с медицинского горизонта.

Так, например, в 40-е, 50-е и 60-е годы в качестве средства лечения тяжелой депрессии применялась электроконвульсивная терапия, при которой через мозг пациента пропускали электрический ток, чтобы вызвать судорожный припадок. (Пожалуй, наиболее ярко этот метод лечения был описан в книге и фильме «Пролетая над гнездом кукушки»).

Такой терапии присущи серьезные побочные эффекты, в том числе значительная потеря памяти, и поэтому ее считают крайней мерой для самых тяжелых случаев.

Ученые считают, что — в зависимости от размещения электродов — можно активировать или деактивировать области мозга, отвечающие за различные виды мыслительной и интеллектуальной деятельности.

Этот метод уже дал определенные положительные результаты в восстановлении после сердечного приступа, облегчении хронической боли и смягчении симптомов болезни Паркинсона.

Некоторые эксперименты позволяют также предположить, что он может способствовать улучшению концентрации, памяти и даже математических навыков.

Однако скептики утверждают, что некоторые результаты могут быть совершенно случайными, и настаивают на проведении более масштабных клинических испытаний для подтверждения эффективности этого метода лечения.

Автор фото, Creative Commons

Подпись к фото,

Глядя на этот рисунок из инструкции Пульвермахера, мы можем представить себе, как мог лечить свою ногу Чарльз Диккенс

Однако это не стало помехой для использования ТКМП в домашних условиях. Для этого некоторые люди используют готовые наборы или делают соответствующие устройства сами.

Векслер изучила эту тенденцию, и в недавней статье для журнала «Стимуляция мозга» (Brain Stimulation) она проводит множество параллелей с повальным увлечением электротерапией в XIX веке.

Так, например, и тогда и сейчас у адептов метода можно отметить склонность к экспериментированию над собой, существует сообщество энтузиастов-единомышленников, которые делятся друг с другом советами.

Разница только в том, что раньше это происходило на страницах журналов, а сегодня — на форумах интернет-ресурса Reddit.

Более того, большинство обращается к ТКМП, разочаровавшись в других медицинских способах лечения, особенно в случае с такими заболеваниями, как депрессия. То же самое наблюдалось и в XIX веке.

«Эти устройства позиционировали как замену визиту к врачу», — говорит Векслер. Тогда, как и сейчас, неконтролируемое использование электрических приборов вызвало беспокойство среди авторитетных ученых и врачей.

Сегодня нейробиологи выступают за то, чтобы применение ТКМП регулировалось государственными надзорными организациями.

Векслер считает, что для оценки потенциала этих устройств, равно как и связанных с ними рисков, нам стоит обратиться к истории.

«То, что мы видим сейчас, может показаться нам какой-то невероятной новинкой, — подчеркивает она. — Но если заглянуть в прошлое, понимаешь, что ничего нового в этом нет: лечение электричеством в домашних условиях было популярным еще 100 лет назад. История повторяется».

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Воздействие постоянного электрического тока на головной мозг для улучшения исходов реабилитации

Вопрос обзора

Мы рассмотрели доказательства влияния постоянного электрического тока (транскраниальная стимуляция мозга постоянным током, ТСПТ) на улучшение повседневной активности, функции рук и ног, мышечную силу и когнитивные способности (в том числе пространственное игнорирование), выбывание из исследования и неблагоприятные события у пациентов после инсульта.

Актуальность

Инсульт – одна из ведущих причин инвалидности во всем мире. Большинство инсультов происходит, когда сгусток крови блокирует кровеносный сосуд, ведущий к головному мозгу. Без должного кровоснабжения в мозге быстро возникает повреждение, которое может стать необратимым. Это повреждение часто приводит к нарушениям повседневной активности, двигательных и когнитивных функций у людей, переживших инсульт. В отношении людей с инсультом, ухаживающих лиц и медицинских работников, улучшение когнитивных способностей после инсульта является приоритетным направлением исследований в этой области медицины. Поэтому неврологическая реабилитация, включая эффективные стратегии обучения, необходима для облегчения восстановления и снижения бремени инсульта. Особо важное значение имеют методы лечения, разработанные с учетом потребностей пациентов и лиц, ухаживающих за больными. Современные стратегии реабилитации характеризуются ограниченной эффективностью в улучшении исходов инсульта. Одной из возможностей усиления эффекта реабилитации может быть использование неинвазивной стимуляции мозга методом ТСПТ. Эта методика, изменяющая работу мозга, может быть использована для улучшения повседневной активности и функционирования. Однако эффективность этого вмешательства в улучшении исходов реабилитации остается неясной.

Дата поиска

Этот обзор актуален по состоянию на январь 2019 года.

Характеристика исследований

Мы включили 67 исследований с участием 1729 взрослых людей в острой, подострой или хронической стадии ишемического или геморрагического инсульта. Средний возраст в экспериментальных группах варьировал от 43 до 70 лет, а в контрольных — от 45 до 75 лет. Уровень нарушений у участников варьировал от тяжелого до умеренного. Большинство исследований проводилось в стационарных условиях. В ходе исследования несколько различных типов стимуляции с разными длительностью и дозой сравнивались с фиктивной ТСПТ и с контрольным вмешательством. Фиктивная ТСПТ означает, что стимуляция незаметно отключается в первую минуту вмешательства.

Основные результаты

В ходе этого обзора было установлено, что ТСПТ может повышать повседневную активность, но не улучшает функции рук и ног, мышечную силу и когнитивные способности. В группах доли неблагоприятных событий и участников, выбывших из исследований, были сопоставимы. Включенные исследования отличались по типу, местоположению и продолжительности стимуляции, количеству доставляемого тока, размеру и расположению электродов, а также типу и локализации инсульта. Необходимы дальнейшие исследования в этой области для укрепления доказательной базы полученных данных, особенно в отношении функций рук и ног, мышечной силы и когнитивных способностей (включая пространственное игнорирование).

Качество доказательств

Качество доказательств по применению ТСПТ для улучшения повседневной активности варьировало от очень низкого до высокого. Оно было от низкого до среднего в отношении функции верхних конечностей, и средним в отношении неблагоприятных событий и людей, прекративших лечение.

Проведение электрического тока к телу человека и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется под лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель данной статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с высоковольтными ожогами, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с высоковольтными ожогами, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли до остановки дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больший ток, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к повреждению глубоких тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут реагировать. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (примерно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к его стороне, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуются 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка касается земли, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница в напряжении между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если дуга или провод под напряжением контактирует с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам повреждения, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося предмета.

Горение от вспышки без тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги высоковольтного контакта будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, проходит через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , который проводил измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути тока включают руку в руку, руку к ноге и от передней части груди до задней части груди.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при низковольтном разряде, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать руку, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект усиливает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отказаться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (p57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом воздействия электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает сопротивление кожи на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные мышечные сокращения, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для возникновения тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом с погружением.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны величины тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других смертельных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его рукой с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока, падает в воду. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot и Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) провод заземления источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 µmho / cm наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальное тестирование показало, что при 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становится вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено находилось на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами электротравмы и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964; 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Серия тренингов по электричеству и электронике для военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу корпуса В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Проведение электрического тока через человеческое тело: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется под лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель данной статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с высоковольтными ожогами, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с высоковольтными ожогами, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли до остановки дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больший ток, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к повреждению глубоких тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут реагировать. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (примерно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к его стороне, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуются 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка касается земли, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница в напряжении между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если дуга или провод под напряжением контактирует с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам повреждения, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося предмета.

Горение от вспышки без тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги высоковольтного контакта будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, проходит через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , который проводил измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути тока включают руку в руку, руку к ноге и от передней части груди до задней части груди.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при низковольтном разряде, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать руку, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект усиливает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отказаться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (p57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом воздействия электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает сопротивление кожи на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные мышечные сокращения, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для возникновения тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом с погружением.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны величины тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других смертельных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его рукой с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока, падает в воду. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot и Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) провод заземления источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 µmho / cm наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальное тестирование показало, что при 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становится вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено находилось на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами электротравмы и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964; 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Серия тренингов по электричеству и электронике для военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу корпуса В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Действие электрического тока

Когда электрический ток проходит через объект, будь то проводник или изолятор, твердая жидкость или газ, или даже живой организм, наблюдаются различные эффекты этого тока. Некоторые из конечных результатов электрического тока полезны и предназначаются. Другие конечные результаты тока могут быть вредными для людей или оборудования и либо случайны, либо неизбежны.
Четыре воздействия электрического тока:

  • обогрев (всегда)
  • магнитный (всегда в наличии)
  • химическая
  • физиологический.

В этом разделе будут рассмотрены различные эффекты электрического тока и способы минимизации вредных последствий. После изучения этой темы вы сможете:

  • описывают физиологические эффекты тока и основные принципы (перечисленные в AS / NZS 3000) для предотвращения таких токов
  • описывает основные принципы, по которым электрический ток может приводить к выделению тепла; производство света; производство магнитных полей; химическая реакция
  • перечислить типичное использование эффектов текущего
  • описывают механизмы коррозии металлов
  • описывают основные принципы (перечисленные в AS / NZS 3000) защиты от разрушающего воздействия тока.

Поражение электрическим током, вызванное контактом человека с «находящимся под напряжением» электрическим оборудованием, в Австралии обычно вызывает от 70 до 80 смертей в год. Контакт с напряжением ниже 32 В переменного тока или 115 В постоянного тока может привести к:

  • остановка дыхания
  • асфиксия
  • фибрилляция желудочков.

Любая из них может привести к летальному исходу, если медицинская помощь не будет оказана незамедлительно и эффективно.
В человеческом теле сотни мышц контролируют кровообращение, дыхание, пищеварение, рефлекторные действия и многие другие жизненно важные области тела.Все мышцы приводятся в действие нервными импульсами, небольшими электрическими сигналами, посылаемыми мозгом примерно 70 мВ (0,07 В). Поражение электрическим током подвергает нервную систему воздействию высоких напряжений, вызывая сильную перегрузку и беспорядочную реакцию самой важной мышцы тела — сердца.
Остановка дыхания (остановка дыхания) может быть вызвана током, проходящим через голову в области дыхательного центра в задней части черепа. Остановка дыхания может быть вызвана даже довольно легким поражением электрическим током в этой области мозга.
Асфиксия — это удушающий эффект, вызываемый сокращением мышц грудной клетки и горла и вызываемый контактом с токоведущими частями в области груди. В большинстве случаев это вызвано контактом двух рук или рук и ног с разными электрическими потенциалами. Через минуту или около того теряется сознание, через несколько минут наступает смерть.
Фибрилляция желудочков — основная причина смерти от поражения электрическим током. Сердце впадает в частые неконтролируемые спазмы (фибрилляция), останавливая кровообращение.Без снабжения свежей кислородной кровью клетки мозга начинают умирать в течение примерно пяти минут. Необратимое повреждение головного мозга происходит через пять минут, а смерть наступает примерно через десять минут.
Поражение электрическим током может оказаться смертельным при токе до 50 мА. Общий эффект зависит от нескольких факторов, включая:

  • величина нынешней
  • длительность текущего потока
  • путь внутри тела, по которому проходит ток, то есть, какие мышцы и органы поражены.

Безопасное обращение с электричеством имеет первостепенное значение, и на это будет обращать внимание на протяжении всего курса. Также очень важно, чтобы студенты-электрики изучили методы реанимации.

Операция 1

1 Какие факторы влияют на тяжесть поражения электрическим током?

2 Каковы три возможных эффекта поражения электрическим током на теле человека?

3 Опишите состояние сердца, называемое «фибрилляция желудочков».

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

Когда электрический ток течет по проводнику, необходимо совершать работу и использовать энергию для преодоления сопротивления. Вся используемая энергия выделяется в виде тепла.
В случае с хорошими проводниками выделяемое тепло часто ускользает от внимания, потому что оно невелико и может рассеиваться в окружающий воздух. В результате температура проводника практически не повышается.Но если существует чрезмерный ток для размера используемого проводника, тепло будет выделяться быстрее, чем оно может рассеиваться, и температура проводника будет расти. Температура может стать очень высокой, возможно, даже расплавить проволоку. Это, конечно, происходит с предохранителем, где «нормальный» ток проходит с незначительным нагревом, но «ток перегрузки» вызывает плавление предохранителя.
Однако мы должны помнить, что мы можем использовать этот нагревательный эффект тока, например, в нагревательных элементах бытовых приборов.Радиаторы, тостеры, кувшины и конфорки — прекрасные тому примеры. Нити накаливания при нагревании до белого каления излучают белый свет.
Эффект нагрева определяется уравнением мощности P = I2R. Следовательно, количество тепла, выделяемого за секунду, пропорционально сопротивлению и квадрату тока. Следовательно, чтобы ограничить потери в кабелях из-за нагрева, мы можем уменьшить сопротивление или уменьшить ток. Один из способов уменьшить ток (при сохранении той же мощности) — увеличить напряжение.Это делается при передаче электроэнергии, где используются очень высокие напряжения для уменьшения потерь тепла в линиях электропередач.
Подводя итог, можно сказать, что нагревательные эффекты тока могут быть либо проблемой, либо преимуществом. Мы стараемся ограничить нагрев проводников, но в то же время используем эффект нагрева в элементах и ​​предохранителях.


Операция 2

1 Какое влияние тока использует предохранитель?

2 Гибкий шнур, соединяющий электрический кувшин с розеткой, нагревается.Объясните, почему это происходит.

3 Элементы в радиаторе раскалены докрасна, но шнур, питающий радиатор, относительно холодный. Объясните, почему это так.

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

Когда электрон движется, он создает крошечное магнитное поле, а электрический ток создает магнитное поле вокруг проводника. Магнитное поле электрического тока используется во многих типах электрического и электронного оборудования.

Применения магнитного эффекта тока

Магнитное поле электрического тока используется в электромагните. Этот эффект используется в кранах для склада металлолома, которые используют электромагнит для подъема лома чугуна и стали. При отключении тока скрап падает с магнита.
Электрическое реле — это переключатель, в котором для замыкания или размыкания контактов используется небольшой электромагнит. Примером этого является включение большого электродвигателя.Кнопочный переключатель, используемый для запуска двигателя, не может сам проводить ток, потребляемый двигателем. Вместо этого кнопочный переключатель используется для включения электромагнита (называемого «катушкой») контактора, который, в свою очередь, замыкает набор контактов для подключения источника питания к двигателю.
Другое использование электромагнита — это электромагнитные клапаны, которые используют электромагнит для открытия и / или закрытия клапана, несущего жидкость.
Некоторые другие распространенные применения магнитного эффекта тока:

  • Электродвигатель использует взаимодействие нескольких магнитных полей для вращения вала двигателя
  • Электрический генератор вращает электромагнит мимо набора неподвижных катушек для выработки электрического тока.Это обратный магнитный эффект, когда ток создается из изменяющегося магнитного поля.
  • Трансформаторы
  • используют электромагнитный эффект для преобразования высокого напряжения в более низкое или наоборот.
  • Автоматические выключатели, используемые для защиты цепей от перегрузок, коротких замыканий и других неисправностей, используют электромагнетизм в своих механизмах отключения.

Нежелательные магнитные эффекты тока

Чем больше электрический ток, тем больше связанное с ним магнитное поле.Если магнитное поле вокруг проводников достаточно сильное, оно фактически заставит проводники двигаться. Это особенно опасно, когда воздушные линии передачи или провод в канале или на кабельном лотке должны нести аномально большие токи из-за неисправности в системе.
Устройства, использующие магнитные эффекты тока, могут создавать помехи для чувствительного электронного оборудования, такого как телевизионные приемники, радиоприемники и электронные кардиостимуляторы. Эти помехи могут возникать из-за самого магнитного поля, высоких переходных токов, возникающих при запуске или остановке этих устройств, а также из-за электромагнитного излучения, вызванного этими резкими изменениями.


Операция 3

1 Объясните, как контактор используется для управления электрическим током.

2 Назовите три элемента оборудования, которые используют электромагнитный эффект.

3 Назовите два нежелательных эффекта электромагнетизма.

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

Химический эффект тока возникает при прохождении тока через электролит.Электролит — это жидкость, содержащая ионы, которая может быть водой с другими растворенными в ней химическими веществами или, возможно, расплавленной солью. Ток в электролите состоит из переноса заряда ионами и приводит к химическим изменениям.
Эти химические изменения используются в:

  • Зарядка аккумуляторов
  • Производство многих материалов путем электролиза, включая алюминий, магний, титан, хлор и натрий.
  • Гальваника (например, хромирование).

Применение электролиза

Когда две металлические пластины или стержни вставляются в электролит, а аккумулятор или источник постоянного тока подключаются через металлы, как показано на рисунке 1, происходит процесс электролиза. Положительные ионы металлов притягиваются к отрицательной пластине, а отрицательные неметаллические ионы притягиваются к положительной пластине.
На положительной и отрицательной пластинах будут происходить различные химические процессы. При гальванике или рафинировании алюминия положительные ионы металла в растворе притягиваются к отрицательной пластине (катоду) и объединяются с электронами, образуя твердый металл.
При электролизе воды ионы водорода объединяются с электронами и превращаются в газообразный водород, а на положительном электроде (аноде) образуется кислород.

Рисунок 1: Процесс электролиза
Процесс электролиза находит полезное применение несколькими способами, которые обсуждаются ниже.

Гальваника

Гальваника — это процесс нанесения на металл тонкого слоя другого металла. Используется для:

  • Декоративные мотивы: например, золотое или серебряное покрытие ювелирных изделий, хромирование деталей автомобилей
  • Защита
  • : покрытие металлом, таким как цинк или кадмий, обеспечивает антикоррозионную защиту многих обычных стальных изделий, таких как гайки и болты
  • ремонт изношенных валов и т.п. может быть выполнен с использованием гальваники.

Электрическое рафинирование

Переработка медной руды в основном осуществляется электролитическим способом. Загрязненная медь соединяется с положительным электродом, а отрицательный электрод состоит из изначально тонкого куска чистой меди. Ионы меди проходят через раствор и осаждаются на отрицательной пластине в виде чистой меди. Любые загрязнения падают на дно емкости.
Алюминий также очищается аналогичным образом, но в расплавленном электролите, называемом криолитом.

Коррозия

Процесс электролиза может вызывать коррозию несколькими способами, описанными ниже.
Процессы, происходящие при коррозии металлов, аналогичны процессам в электролитической ячейке. Электролитом может быть соленая вода или даже дождевая вода с небольшими количествами растворенных кислот или солей. Электроды могут быть из разных металлов или даже из разных кристаллов в одном и том же куске металла.
Когда два разнородных металла соединяются и капля влаги контактирует с обоими металлами, образуется миниатюрная батарея, которая вызывает небольшой локальный циркулирующий ток, который, в свою очередь, вызывает коррозию.
Примеры:

  • , где медный кабель оканчивается алюминиевой шиной
  • в месте соприкосновения кровельного железа со свинцовым фартуком
  • Коррозия гребных винтов кораблей, изготовленных из латуни, корпус из стали.

Коррозия может усугубляться протеканием электрического тока в конструкции. Электротрамваи и поезда используют рельсы как часть цепи, которая снабжает их током для привода двигателей.Любые стыки в рельсе, которые также допускают попадание воздуха, могут образовывать электролитическую ячейку и, следовательно, точку коррозии.
Другой пример — клеммы аккумуляторных батарей. Возможно, вы заметили коррозию на клеммах батарей в автомобилях, фонариках и вообще на любом оборудовании, в котором используются батарейки.
Коррозию также можно предотвратить, подавая электрический ток в направлении, противоположном тому, который может вызвать коррозию. «Жертвенный анод» из химически активного металла, такого как магний, может быть закопан в почву или, для морских применений, взвешен в воде.Этот электрод подвергнется коррозии и «пожертвует собой», отдав предпочтение конструкции, которую необходимо защитить.


Операция 4

1 Если медная шина в распределительном устройстве прикреплена болтами к алюминиевому кабелю, проводники, вероятно, будут подвержены коррозии. Вероятность возникновения коррозии внутри здания меньше. Объяснить, почему.

2 Назовите три области применения гальваники.

3 Объясните разницу между током в электролите и в твердом проводнике.

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

Существует три распространенных способа, которыми электрический ток, проходящий через материал, может вызывать излучение видимого света.

Лампы накаливания

Когда твердый проводник нагревается до высокой температуры за счет прохождения электрического тока, он производит как свет, так и тепло.Примером может служить обычная бытовая лампочка. Лампы этого типа имеют тонкую вольфрамовую нить накала, через которую пропускают ток, заставляя ее светиться и излучать бело-желтый свет. Такой вид освещения называется освещением лампами накаливания.

Газоразрядное освещение

Когда газы подвергаются воздействию сильного электрического поля, некоторые атомы отделяются от электронов и образуются ионы. Электроны и ионы ускоряются в поле, натыкаясь на атомы и возбуждая их.Газ становится проводящим. В этом состоянии электроны, вращающиеся вокруг атомов газа, переходят на более высокие энергетические уровни. Когда электрон возвращается в свое нормальное состояние, он излучает фотон световой энергии с энергией, характерной для используемого газа. В некоторых газах эта длина волны соответствует видимому свету. Например, неоновые огни красные, а натриевые — желтые. Этот принцип используется при изготовлении разрядного освещения. Некоторые примеры газоразрядного освещения включают люминесцентные лампы, ртутные лампы и натриевые лампы.Поскольку этот тип освещения не зависит от нагрева твердого элемента, он работает при гораздо более низкой температуре и более эффективен, чем освещение лампами накаливания.

Светодиоды

Полупроводники можно использовать для изготовления устройства, называемого светоизлучающим диодом (LED). Ток, проходящий через светодиод, эффективно преобразуется в свет. Процесс снова включает в себя переход электронов между возбужденным состоянием и состоянием с более низкой энергией, при этом испускаются фотоны света.Красные, зеленые и синие светоизлучающие диоды используются в качестве индикаторных ламп на всех типах электронных устройств, а в последнее время — как очень эффективные источники белого света.


Если у вас есть Hampson, прочтите раздел «Влияние электрического тока» на стр. 28 — стр. 32, отметив перечисленные вопросы для проверки.
Если у вас есть Jenneson, обратитесь к Разделу 2.16, «Влияние электричества» на стр. 49 для краткого обзора основных вопросов.

Действие 5

1 Объясните, как лампа накаливания излучает свет.

2 Что означают инициалы «LED»?

3 Как излучается свет в люминесцентной лампе?

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

Для защиты людей и оборудования от разрушительного воздействия электричества существуют законодательные требования, предъявляемые к производителям и установщикам электрического оборудования.Эти требования изложены в AS / NZS 3000, известном как правила подключения .
Некоторые из средств, с помощью которых сводится к минимуму поражение электрическим током и повреждение оборудования и которые покрываются AS / NZS 3000, включают:

  • Заземление.
    Подключение любого оголенного металла электрооборудования к земле. В случае неисправности, когда оголенный металл оказывается под напряжением, ток отводится на землю, а не на человека, работающего с неисправным оборудованием.Путь к земле с низким сопротивлением обеспечивает срабатывание защиты цепи. Это защищает проводку от чрезмерного тока, а также защищает людей от поражения электрическим током.
  • Правильная изоляция и ограждение проводки и оборудования
  • Предохранители и автоматические выключатели

Они предназначены для отключения питания части оборудования, если потребляется чрезмерный ток из-за замыкания на землю или короткого замыкания.

  • УЗО

Иногда они называются предохранительными выключателями и предназначены для защиты людей от поражения электрическим током.УЗО предназначены для очень быстрого отключения питания от цепи при возникновении неисправности. Это произойдет, если возникнет даже очень небольшой дисбаланс между токами в активном и нейтральном проводниках. Подобная ситуация возникает, если человек случайно соприкасается с токоведущим проводником и завершает путь на землю.


Если у вас есть Хэмпсон, прочтите раздел «Физиологические эффекты тока» на стр. 43 — стр. 45, отметив перечисленные ощущения и обзор темы.
Если у вас есть Jenneson, обратитесь к разделу 2.16.4 «Влияние электричества» на стр. 49 по раздел 2.16.7 на стр. 51, чтобы узнать об основных вопросах.

Операция 6

1 Перечислите три способа защиты людей и оборудования от разрушительного воздействия электрического тока.

2 Для чего используется УЗО?

3 Объясните, как заземление элемента оборудования может защитить человека, работающего с этим оборудованием, в случае неисправности.

4 Осмотрите свое место работы или дома и найдите шесть единиц электрического оборудования. Обратите внимание на них ниже, а затем попытайтесь определить, какой эффект электрического тока используется в их работе.
Примечание: некоторые предметы могут использовать более одного эффекта тока.


Оборудование

Влияние используемого электрического тока

Проверьте свой прогресс

На вопросы 1–4 напишите свой ответ в квадратных скобках.
1 При протекании тока происходит химическая реакция:
(а) одножильный провод
(б) электролит
(в) изолятор
(d) конденсатор ()
2 Ток, проходящий через медный проводник, вызовет:
(а) магнитное поле вокруг проводника
(б) химическая реакция внутри проводника
(в) снижение температуры проводника
(d) снижение сопротивления проводника ()
3 Другой эффект, который всегда присутствует при протекании тока в проводнике, помимо тепла:
(а) физиологический
(б) химический
(в) магнитный
(d) электролитический ()
4 Электродвигатель вращается за счет:
(а) магнитный эффект тока
(б) химический эффект действующего
(c) эффект нагрева текущего
(г) электролитический эффект тока ()
5 Перечислите две жизненно важные функции организма, которые прекращаются при сильном поражении электрическим током.

6 Назовите три причины, по которым электричество опасно.

7 Обозначьте стрелками три очага коррозии на следующей сборке сборной шины.

8 Кратко объясните, как прохождение электрического тока через газ может производить свет.

9 Назовите три возможных применения гальваники.

Сверьте свои ответы с ответами, приведенными в конце раздела.

  • Существует четыре эффекта, которые могут возникнуть при протекании тока в цепи.Два из них присутствуют всегда, а два могут возникать в зависимости от обстоятельств.
  • Электрический ток может производить:

— тепло
— магнитное поле
— химическая реакция
— свет.

  • Тепло создается электронами, отражающимися от атомов при движении по проводнику. Даже в очень хорошем проводнике будет выделяться небольшое количество тепла.
  • Этот принцип «нагрева» применяется для получения света и тепла для бытовых и промышленных целей.
  • Когда ток течет по проводнику, вокруг него создается магнитное поле.
  • Этот «магнитный» принцип используется при производстве большей части потребляемой электроэнергии, а также в таких компонентах, как электромагниты, соленоиды, автоматические выключатели, трансформаторы и двигатели.
  • «Электролит» — это название проводящих жидкостей, включая расплавленные соли или растворы ионных соединений.
  • Химические изменения, происходящие при прохождении тока по электролиту, называются «электролизом».
  • Принцип электролиза используется в гальванике и промышленном производстве хлора, алюминия, гидроксида натрия и других веществ.
  • Поражение электрическим током при токе до 50 мА может быть смертельным.
  • Эффект от поражения электрическим током зависит от:

— сумма тока,
— длительность протекания тока,
— путь прохождения тока через тело.

Мероприятие 1

1 Величина силы тока.
Продолжительность тока.
Путь внутри тела, по которому проходит ток.
2 Остановка дыхания
асфиксия
мерцание желудочков.
3 Фибрилляция желудочков — это когда сердце впадает в частые неконтролируемые спазмы (фибрилляция), останавливая кровообращение.

Действия 2

1 Эффект нагрева
2 Энергия, используемая для преодоления сопротивления шнура
3 Элемент имеет намного большее сопротивление, чем шнур, поэтому при преодолении сопротивления выделяется много тепла.

Мероприятие 3

1 Контактор — это переключатель с электрическим приводом, в котором для замыкания или размыкания контактов используется электромагнит.
2 Контактор
Трансформатор
Подъемный магнит.
3 Сила, действующая на тросы
Помехи телевидению и радио.

Мероприятие 4

1 Потому что меньше вероятность присутствия воды в электролитической ячейке.
2 Декоративные (украшения и т. Д.)
Предотвращение коррозии
Наращивание изношенных металлических деталей.
3 В твердом теле проводимость осуществляется потоком электронов, в электролите — ионами (как положительными, так и отрицательными).

Мероприятие 5

1 Тонкая вольфрамовая нить накаливания нагревается до белого каления за счет прохождения через нее тока, излучающего свет.
2 Светоизлучающий диод.
3 Газ в люминесцентной лампе становится ионизированным, когда через него проходит ток, переводящий электроны на более высокие уровни энергии и, таким образом, излучающий свет.

Действия 6

1 Заземление
Правильная изоляция и корпус
Предохранители и автоматические выключатели
УЗО.
2 Небольшой дисбаланс токов в проводниках питания, например, когда человек случайно входит в контакт с токоведущим проводом и замыкает путь на землю, заставляет УЗО отключать питание от этой цепи.
3 В случае неисправности ток направляется на землю, а не на человека, работающего с неисправным оборудованием.Низкоомный путь к земле гарантирует, что защита цепи сработает.
4 Если вам нужна обратная связь по этому занятию, приложите свои результаты к своему заданию.

Проверьте свой прогресс

1 (б)
2 (а)
3 (в)
4 (а)
5 · дышащий

6 · не видно

  • невозможно нюхать
  • не слышно.

7

8 Электрический ток выводит электроны атомов газа на более высокие энергетические орбиты. При возвращении на нормальные орбиты энергия испускается в виде света.
9 · защитный (от коррозии)

  • косметический (внешний вид)
  • электролитическое рафинирование.

Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не соглашаетесь делиться своими знаниями для обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы удалим ваш текст быстро.Добросовестное использование — это ограничение и исключение из исключительного права, предоставленного законом об авторском праве автору творческой работы. В законах США об авторском праве добросовестное использование — это доктрина, которая разрешает ограниченное использование материалов, защищенных авторским правом, без получения разрешения от правообладателей. Примеры добросовестного использования включают комментарии, поисковые системы, критику, репортажи, исследования, обучение, архивирование библиотек и стипендии. Он предусматривает легальное, нелицензионное цитирование или включение материалов, защищенных авторским правом, в работы другого автора в соответствии с четырехфакторным балансирующим тестом.(источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Fair_use)

Информация о медицине и здоровье, содержащаяся на сайте, имеет общий характер и цель, которая является чисто информативной и по этой причине не может в любом случае заменить совет врача или квалифицированного лица, имеющего законную профессию.

Тексты являются собственностью их авторов, и мы благодарим их за предоставленную нам возможность бесплатно делиться своими текстами с учащимися, преподавателями и пользователями Интернета, которые будут использоваться только в иллюстративных образовательных и научных целях.

Воздействие электричества на организм человека

Даже самый кратковременный контакт с электричеством при напряжении 50 вольт переменного тока (V a.c.) или 120 вольт постоянного тока (V d.c.) может иметь серьезные последствия для здоровья и безопасности человека. Удары высоким напряжением более 1000 В переменного тока. или 1500 В постоянного тока может вызвать контактные ожоги и повреждение внутренних органов. Риску могут подвергаться не только работники, использующие электричество. Вот почему каждый должен знать о влиянии электричества на человеческий организм.

Электрический ток действует на каждого человека по-разному. Воздействие электрического тока на организм человека зависит от четырех факторов:

  1. Ток и напряжение
  2. Сопротивление
  3. Путь через тело
  4. Продолжительность удара

Ток и напряжение

Хотя высокое напряжение часто вызывает массивное разрушение тканей в местах контакта, обычно считается, что вредное воздействие электрического удара происходит из-за тока, протекающего через тело.Несмотря на то, что применяется закон Ома (I = E / R), часто бывает трудно соотнести напряжение с повреждением тела из-за больших колебаний контактного сопротивления, обычно присутствующих в авариях. Любое электрическое устройство, используемое в электрической цепи дома, может при определенных условиях передавать смертельный ток. Хотя токи более 10 мА могут вызвать болезненный или сильный шок, токи от 100 до 200 мА могут быть смертельными.

При увеличении переменного тока ощущение покалывания сменяется сокращением мышц.Мышечные сокращения и сопровождающие их ощущения тепла усиливаются по мере увеличения силы тока. Развиваются болевые ощущения, и произвольный контроль над мышцами, лежащими в текущем пути, становится все труднее. Когда ток приближается к 15 мА, пострадавший не может отпустить захваченную проводящую поверхность. В этот момент говорят, что человек «замирает» в цепи. Это часто называют порогом «отпускания».

Когда ток приближается к 100 мА, возникает фибрилляция желудочков сердца.Фибрилляция желудочков определяется как «очень быстрые нескоординированные сокращения желудочков сердца, приводящие к потере синхронизации между сердцебиением и пульсом». Как только возникает фибрилляция желудочков, она будет продолжаться, и в течение нескольких минут наступит смерть. Для спасения пострадавшего требуется специальное устройство, называемое дефибриллятором.

Сильный ток может привести к тяжелым ожогам и параличу сердца. Если шок кратковременный, сердце останавливается во время прохождения тока и возобновляет нормальное функционирование при прерывании тока, повышая шансы жертвы на выживание.

Сопротивление

Исследования показали, что электрическое сопротивление человеческого тела зависит от количества влаги на коже, давления, прикладываемого к точке контакта, и площади контакта.

Внешний слой кожи, эпидермис, имеет очень высокое сопротивление при высыхании. Влажные условия, порезы или другие трещины на коже резко снизят сопротивление.

Сила удара возрастает с увеличением давления контакта.Кроме того, чем больше площадь контакта, тем меньше сопротивление. Какую бы защиту ни обеспечивала кожа, сопротивление быстро уменьшается с увеличением напряжения. Более высокие напряжения могут «разрушать» внешние слои кожи, тем самым снижая сопротивление.

Путь через корпус

Путь, по которому ток проходит через тело, влияет на степень повреждения. Небольшой ток, который проходит от одной конечности через сердце к другой конечности, может вызвать серьезную травму или поражение электрическим током.Было много случаев, когда рука или нога почти обжигались, когда конечность контактировала с электрическим током, и ток проходил только через часть конечности, прежде чем он перешел в другой проводник, не пройдя через туловище конечности. тело. Если бы ток прошел через туловище тела, человека почти наверняка ударило бы током.

Большое количество серьезных несчастных случаев с электрическим током в промышленности связано с протеканием тока от рук к ногам.Поскольку такой путь затрагивает и сердце, и легкие, результаты могут быть фатальными.

Продолжительность разряда

Продолжительность шока имеет большое влияние на результат. Если шок непродолжительный, это может быть только болезненным опытом для человека.

Если уровень тока достигает приблизительного порога фибрилляции желудочков 100 мА, длительность разряда в несколько секунд может быть фатальной. Это не так много тока, если учесть, что небольшая портативная электрическая дрель для легких нагрузок потребляет примерно в 30 раз больше.При относительно высоких токах смерть неизбежна, если шок будет значительным по продолжительности; однако, если шок непродолжительный и сердце не повреждено, за прерыванием тока может последовать самопроизвольное возобновление его нормальных ритмических сокращений.

Воздействие электричества на организм человека

При воздействии напряжения человеческое тело реагирует как обычный приемник с заданным внутренним сопротивлением. Через него протекает электрический ток с тремя серьезными рисками:

  • Тетанизация: Ток удерживает мышцы, через которые он проходит, сокращенными, и если это касается грудной клетки, это может привести к остановке дыхания.
  • Фибрилляция желудочков: это полное нарушение сердечного ритма.
  • Термические эффекты: Термические эффекты вызывают разную степень повреждения тканей, даже глубокие ожоги в случае высоких токов. Таблица ниже показывает, что при напряжении прикосновения 220 В через тело человека проходит ток 147 мА. Следовательно, этот ток должен быть отключен менее чем за 0,18 секунды, чтобы избежать любого риска.

Учитывая два параметра, которые необходимо учитывать при оценке риска, стандарты определяют кривые ограничения времени / тока.Эти кривые, взятые из IEC 60479-1, дают различные пределы воздействия переменного тока 50 Гц на людей и определяют 4 основные зоны риска. В некоторых установках или при определенных условиях (влажные участки, влажная кожа, полы с низким сопротивлением и т. Д.) Можно учитывать более низкое значение импеданса.

Кривые время / ток, показывающие влияние переменного тока от 15 до 100 Гц на людей

AC-1: Обычно без реакции

AC-2: в целом не опасное физиологическое воздействие

AC-3: Обычно без органических повреждений.Вероятность мышечных сокращений и затрудненного дыхания при протекании тока более 2 с. Обратимое вмешательство в формирование распространения сердечного импульса без фибрилляции желудочков, увеличивающееся с увеличением силы тока и периода потока.

AC-4: В дополнение к эффектам зоны AC-3 могут возникать патофизиологические эффекты, такие как остановка сердца, остановка дыхания и тяжелые ожоги, с увеличением силы и продолжительности тока.

АС-4.1: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 5%

AC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50%

AC-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков более 50%

Условные временные / текущие зоны воздействия постоянного тока токи на людях при продольном пути восходящего тока (от руки к ногам)

DC-1: Возможно легкое покалывание при включении, прерывании или быстром изменении тока.

DC-2: Непроизвольные мышечные сокращения, особенно вероятные при создании, прерывании или быстром изменении электрического тока, но обычно без вредных электрофизиологических эффектов.

DC-3: Могут возникать сильные непроизвольные мышечные реакции и обратимые нарушения формирования и проведения импульсов в сердце, усиливающиеся с увеличением силы тока и времени. Обычно органических повреждений не ожидается

DC-4: Могут возникать патофизиологические эффекты, такие как остановка сердца, остановка дыхания, ожоги или другие клеточные повреждения.Вероятность фибрилляции желудочков увеличивается с текущей величиной и временем.

DC-4.1: Вероятность увеличения фибрилляции желудочков примерно до 5%

DC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50%

DC-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков выше 50%

Текущее и человеческое тело

Ток (мА)

Действие электрического тока

0,045

Сенсорный уровень языка

0,5 до 1

Порог восприятия
в зависимости от состояния кожи, легкие мышечные сокращения

от 6 до 8

Восприятие кожного шока на ощупь

10

Поражение электрическим током, сокращение мышц

15,5

Невозможность самоосвобождения тока

20

Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность.
При дыхательной асфиксии, если t больше 3 минут, если интересующий путь тока к диафрагме (контакт рукой)

30

Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность фибрилляции желудочков, если t больше одной минуты.

50

Возможность фибрилляции желудочков с вероятностью более 50% и если t больше 1.5 сердечного цикла.

от 70 до 100

Фибрилляция желудочков с вероятностью более
чем 50%, если t меньше 0,75 сердечного цикла; ожоги

> 500

нервных центров разрушены; внутренний химический состав
очень важен; почти
немедленная смерть.

Причины поражения электрическим током

Электрические аварии вызывают тысячи травм каждый год, как среди профессионалов, так и среди непрофессионалов.Примерно половина этих аварий связана с внутренними низковольтными установками. Другая половина связана с рядом причин, включая контакт с воздушными линиями или молнией. Когда электрический ток проходит через тело, жертва «не может отпустить» (тетанизация рук в области, с которой они контактируют), или происходит обратное, и мышцы расслабляются, заставляя его / ее отбрасывать назад, с риском получения травмы (падение с лестницы и т. д.). Соблюдение юридических обязательств по обеспечению защиты (одобренное оборудование) является гарантией безопасности, если техническое обслуживание и модернизация выполняются правильно; но на сегодняшний день это не предусмотрено юридическим обязательством.Отсюда важность обеспечения того, чтобы пользователи (включая всех нас) знали о рисках.

Продолжить чтение

Влияние электрического тока на тело человека с частотой 50 Гц

Ежегодно во Франции, например, 200 человек умирают от удара электрическим током и 500 получают серьезные травмы, часто стойкие ожоги, паралич дыхания, остановку сердца и т. Д.

Электрический ток разного уровня по-разному воздействует на человеческий организм.Здесь мы обсуждаем влияние электрического тока частотой 50 Гц:

Влияние тока на тело человека


0 — 0,5 мА

Ниже уровня восприятия, обычно приводит к отсутствие реакции .

0,5 мА — 5 мА

Опасных физиологических эффектов нет, ток этого порядка может указывать на человека в достаточной степени, чтобы привести к вторичным травмам в результате падения, падения предметов и т. Д.

5 мА — 10 мА

производит тот же эффект, что и выше, но, кроме того, мышечная реакция может вызвать неспособность отпустить оборудование .

В целом, женское тело более восприимчиво к этому состоянию, чем мужское. Как только ток прекращается, жертва может отпустить.

10 мА — 40 мА

10 мА — 40 мА вызывает сильную боль и шок при увеличении тока.При токе более 20 мА пострадавший может испытывать затруднения дыхания с asphyxia , если ток не прерывается.

Обратимое нарушение сердечного ритма и даже остановок сердца возможны при более высоких значениях тока и времени.

40 мА — 250 мА

вызывает тяжелый шок, и возможность необратимых нарушений нормального сердечного цикла, называемых « фибрилляция желудочков », возникают на этом уровне.

Вероятность фибрилляции увеличивается с увеличением тока и времени. Также возможны тяжелые ожоги или остановка сердца при более высоких токах.

Ссылка: http://www.schneider-electric.co.il/

20.6: Опасность поражения электрическим током и человеческое тело

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение термической опасности, опасности поражения электрическим током и короткого замыкания.
  • Объясните, какое влияние различные уровни тока оказывают на человеческое тело.

Есть две известные опасности поражения электрическим током — термическая и ударная. Тепловая опасность — это опасность, при которой чрезмерная электрическая мощность вызывает нежелательные тепловые эффекты, такие как начало пожара в стене дома. Опасность поражения электрическим током возникает, когда электрический ток проходит через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до смертельного, вызывающего остановку сердца. В этом разделе количественно рассматриваются эти опасности и различные факторы, влияющие на них.Электробезопасность: Системы и устройства будут рассматривать системы и устройства для предотвращения поражения электрическим током.

Термические опасности

Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей ее безопасное рассеивание. Классическим примером этого является короткое замыкание , цепь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения. Пример короткого замыкания показан на рисунке 1. Изоляция проводов, ведущих к прибору, изношена, что позволяет двум проводам соприкасаться.{2} / r \) очень велико. например, если \ (V \) равно 120 В и \ (r \) равно \ (0,100 \ Omega \), то мощность составит 144 кВт, что на намного больше, чем у обычного бытового прибора. Тепловая энергия, передаваемая с такой скоростью, очень быстро поднимет температуру окружающих материалов, плавя или, возможно, воспламеняя их.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Короткое замыкание — это нежелательный путь с низким сопротивлением через источник напряжения. (а) Изношенная изоляция на проводах тостера позволяет им соприкасаться с низким сопротивлением \ (r \).{2} / r \) мощность, рассеиваемая на коротких подъемах, может вызвать большую ионизацию, большую мощность и т. Д. Высокое напряжение, такое как 480 В переменного тока, используемое в некоторых промышленных приложениях, поддается этой опасности, потому что более высокие напряжения создают более высокую начальную выработку энергии за короткое время. {2} R_ {W} \), где \ (R_ {W} \) — сопротивление проводов, а \ (I \) ток, протекающий через них.{2} R_ {W} = 200 Вт \) рассеивается в шнуре — намного больше, чем это безопасно. Точно так же, если провод с сопротивлением \ (0,100 — \ Омега \) предназначен для передачи нескольких ампер, но вместо этого имеет ток 100 А, он сильно перегреется. Мощность, рассеиваемая в проводе, в этом случае будет равна \ (P = 1000 Вт \). Предохранители и автоматические выключатели используются для ограничения чрезмерных токов. (См. Рисунок 2 и рисунок 3.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): (a) Предохранитель имеет металлическую полосу с низкой температурой плавления, которая при перегреве чрезмерным током навсегда разрывает соединение цепи с источником напряжения.(b) Автоматический выключатель — это автоматический, но восстанавливаемый электрический выключатель. Показанный здесь имеет биметаллическую полосу, которая изгибается вправо и в выемку при перегреве. Затем пружина толкает металлическую полосу вниз, разрывая электрическое соединение в точках. Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Схема цепи с предохранителем или автоматическим выключателем в ней. Предохранители и автоматические выключатели действуют как автоматические выключатели, которые размыкаются, когда постоянный ток превышает желаемые пределы.

Предохранители и автоматические выключатели для типичных бытовых напряжений и токов относительно просты в изготовлении, но предохранители для больших напряжений и токов вызывают особые проблемы.Например, когда автоматический выключатель пытается прервать подачу высоковольтного электричества, через его точки может проскочить искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь. В крупных автоматических выключателях, используемых в системах распределения электроэнергии, используется изолирующий газ и даже для гашения таких искр используются струи газа. Здесь переменный ток более безопасен, чем постоянный, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.

Опасность поражения электрическим током

Электрические токи, протекающие через людей, производят чрезвычайно разнообразные эффекты.Электрический ток можно использовать для блокирования боли в спине. Возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности парализованных конечностей, что, возможно, позволит людям с параличом нижних конечностей ходить, изучается. Телевизионные драматизации, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (чрезвычайно нерегулярное, часто со смертельным исходом, сердцебиение), более чем обычны. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что ток вызывает фибрилляцию сердца. Электрокардиостимулятор использует электрические разряды, чтобы заставить сердце биться правильно.Некоторые смертельные удары током не вызывают ожогов, но бородавки можно безопасно сжечь электрическим током (хотя сейчас более распространено замораживание с использованием жидкого азота). Конечно, этим разрозненным эффектам можно найти последовательные объяснения. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются

.
  1. Сумма тока \ (I \)
  2. Путь, пройденный нынешним
  3. Продолжительность шока
  4. Частота \ (f \) тока (\ (f = 0 \) для постоянного тока)

В таблице ниже представлены эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока для типичного случайного поражения электрическим током.Эффекты относятся к сотрясению, которое проходит через туловище, длится 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Электрический ток может вызывать мышечные сокращения с различными эффектами. (а) Пострадавший «отбрасывается» назад из-за непроизвольных сокращений мышц, разгибающих ноги и туловище. (б) Пострадавший не может отпустить проволоку, которая стимулирует все мышцы руки. Смыкающие пальцы сильнее, чем разжимающие.
Ток (мА) Эффект
1 Порог ощущения
5 Максимальный безопасный ток
10-20 Начало устойчивого мышечного сокращения; не может отпустить на время шока; сокращение грудных мышц может привести к остановке дыхания во время шока
50 Начало боли
100-300 + Возможна фибрилляция желудочков; часто со смертельным исходом
300 Начало ожога в зависимости от концентрации тока
6000 (6А) Начало устойчивого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может вернуться в норму; используется для дефибрилляции сердца

Эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока

Наши тела являются относительно хорошими проводниками из-за воды в наших телах.Учитывая, что большие токи будут протекать через секции с меньшим сопротивлением (подробнее будет обсуждаться в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля — ​​естественный сток электронов. Ношение изолирующей обуви — требование во многих профессиях — препятствует прохождению электронов, создавая на этом пути большое сопротивление. При работе с мощными инструментами (сверлами) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не обеспечиваете путь для прохождения тока (особенно через сердце).

Очень слабые токи безвредно проходят через тело. Это происходит с вами регулярно без вашего ведома. Порог ощущения составляет всего 1 мА, и, несмотря на неприятные ощущения, разряды, по-видимому, безвредны для токов менее 5 мА. Во многих правилах безопасности значение 5 мА является максимально допустимым током. Ток от 10 до 20 мА и выше может стимулировать длительные мышечные сокращения так же, как обычные нервные импульсы. Иногда люди говорят, что они были сбиты с толку от шока, но на самом деле произошло то, что некоторые мышцы сократились, толкая их не по их собственному выбору.(См. Рис. 4a.) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», проиллюстрированный на рис. 4b.

Мышцы, закрывающие пальцы, сильнее, чем мышцы, открывающие их, поэтому рука непроизвольно смыкается на проводе, сотрясающем ее. Это может продлить шок на неопределенный срок. Это также может быть опасно для человека, пытающегося спасти жертву, потому что рука спасателя может сомкнуться вокруг запястья жертвы. Обычно лучший способ помочь пострадавшему — это сильно ударить кулаком / ударом / встряхнуть изолятором или бросить изолятор в кулак.Современные электрические ограждения, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы люди, прикоснувшиеся к ним, могли освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.

Сильные токи могут повлиять на сердце. Его электрические паттерны могут быть нарушены, так что он будет биться нерегулярно и неэффективно в состоянии, которое называется «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за нарушения кровообращения. Порог фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА.При токе около 300 мА и выше разряд может вызвать ожоги, в зависимости от концентрации тока — чем более концентрированный, тем выше вероятность ожога.

Очень большие токи заставляют сердце и диафрагму сокращаться на время разряда. И сердце, и дыхание останавливаются. Интересно, что оба часто возвращаются к нормальному состоянию после шока. Электрические паттерны сердца полностью стираются таким образом, что сердце может начать заново при нормальном биении, в отличие от постоянного нарушения, вызванного меньшими токами, которые могут вызвать фибрилляцию желудочков в сердце.Последнее похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью стирает их. В телесериалах о поражении электрическим током, используемом для выведения жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показаны большие лопасти. Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.

Ток является основным фактором, определяющим серьезность удара (учитывая, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, являются фиксированными, например, в таблице и в предыдущем обсуждении).Более высокое напряжение более опасно, но поскольку \ (I = V / R \), сила удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, человек с сухой кожей имеет сопротивление около \ (200 кОмега \). Если он соприкасается с напряжением 120 В переменного тока, через него безвредно проходит ток \ (I = (120 В) / (200 кОм) = .6 мА \). Тот же человек, намокший насквозь, может иметь сопротивление \ (10,0 кОм), и те же 120 В будут производить ток 12 мА — выше порога «не могу отпустить» и потенциально опасен.

Большая часть сопротивления тела находится в его сухой коже. Во влажном состоянии соли переходят в ионную форму, что значительно снижает сопротивление. Внутренняя часть тела имеет гораздо меньшее сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если обойти сопротивление кожи, например, с помощью внутривенной инфузии, катетера или открытого электрокардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этом состоянии токи примерно 1/1000 от перечисленных в таблице выше производят аналогичные эффекты.Во время операции на открытом сердце можно использовать ток до \ (20 мкА \), чтобы успокоить сердце. Строгие требования к электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне обездоленными пациентами, чувствительными к микрошоку. Разрыв кожи уменьшил его сопротивление, поэтому одно и то же напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): График средних значений порога ощущения и тока «не могу отпустить» в зависимости от частоты.Чем ниже значение, тем более чувствительно тело к этой частоте.

Другими факторами, кроме силы тока, которые влияют на серьезность разряда, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, сердце не поражается электрическим током через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая правда, что чем больше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рисунке 5 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на ударную нагрузку.Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов как функцию частоты. Чем ниже необходимый ток, тем чувствительнее тело к этой частоте. По иронии судьбы, тело наиболее чувствительно к частотам, близким к обычным частотам 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току (\ (f = 0 \)), что мягко подтверждает утверждения Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность. На все более высоких частотах организм становится все менее чувствительным к любым воздействиям, затрагивающим нервы.Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут активироваться или стимулироваться. На очень высоких частотах электрический ток распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь делать это дома с переменным током 60 Гц!) Некоторые из зрелищных демонстраций электричества, в которых дуги высокого напряжения проходят через воздух и тела людей, используют высокие частоты и малые токи. (См. Рисунок 6.) Устройства и методы электробезопасности подробно описаны в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Опасна ли эта электрическая дуга? Ответ зависит от частоты переменного тока и мощности. (Источник: Химич Алекс, Wikimedia Commons)

Резюме

  • Существует два типа опасности поражения электрическим током: термическая (чрезмерная мощность) и поражение электрическим током (электрический ток через человека).
  • Сила удара определяется током, длиной пути, продолжительностью и частотой переменного тока.
  • В таблице перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
  • На рис. 5 показан график порогового тока для двух опасностей в зависимости от частоты.

Сноски

1 Для среднего мужчины, получившего ток через туловище в течение 1 с переменным током 60 Гц. Значения для женщин составляют 60–80% от перечисленных.

Глоссарий

термическая опасность
опасность, при которой электрический ток вызывает нежелательные тепловые эффекты
опасность поражения электрическим током
когда электрический ток проходит через человека
короткое замыкание
, также известный как «короткий» путь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения
чувствительность к микрошоку
состояние, при котором сопротивление кожи человека обходится, возможно, с помощью медицинской процедуры, что делает человека уязвимым для поражения электрическим током при токах около 1/1000 от обычно необходимого уровня

Авторы и авторство

Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет).Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

шокирующих фактов ›Основы Берни (ABC Science)

Основы Берни

Удар электрическим током от розетки на 240 вольт может убить вас, но в засушливый день дверь вашей машины может ударить вас 10 000 вольт и просто заставить вас ругаться. Что дает?

Берни Хоббс

Вольт сами по себе не убьют вас, но усилители могут. (Источник: istockphoto)

Всем этим знакам «Опасно: высокое напряжение» есть за что ответить.Напряжение — это только одна часть любой истории об электричестве, а не болезненная или опасная часть. Настоящую опасность для таких мешков с соленой водой, как мы, представляет электрический ток. И вы можете получить смертельный ток при напряжении ниже 240 В.

Ток — это поток электрического заряда. В приборах это поток электронов через провод. В наших нервах это поток ионов (заряженных атомов натрия) в наши клетки и из них, который заставляет наш мозг работать, а мышцы сокращаться.

Удар электрическим током от двери машины не причинит вам никакого вреда, потому что это чудо с одного удара. Высокое напряжение, связанное со статическим электричеством, просто означает, что на одной поверхности происходит большое накопление заряда по сравнению с другой, но для отвода этого заряда требуется лишь крошечный кратковременный ток. Один пинг — и все прошло.

Гораздо более серьезное поражение электрическим током происходит, когда мы совершаем ошибку, становясь частью электрической цепи. Когда вы являетесь частью цепи, через вас течет ток.наверх

Не совсем Франкенштейн

Мэри Шелли много знала о написании бестселлеров, но не много о влиянии электричества на человеческое тело.

Наше тело может обнаруживать токи величиной до 1 миллиампер (1 мА). Электрическая розетка может обеспечить ток в десять тысяч раз больше (10 А). Крошечный ток 1 мА стимулирует наши болевые рецепторы, поэтому мы фактически «чувствуем» его как покалывание. Мы можем выдерживать токи до 5 мА без каких-либо физических повреждений — покалывание только усиливается.Но при более сильном токе все начинает выходить из-под контроля, вызывая все, от ожогов и паралича мышц до дыхательной и сердечной недостаточности.

Когда электрические токи проходят через какой-либо материал, они выделяют тепло, потому что заряды (электроны или ионы) сталкиваются с атомами материала, через который они проходят. Тепло от электрического шока может вызвать ожоги на коже в местах, где ток входит и выходит из тела, а также в тканях, через которые они проходят.

Ток, протекающий через ваше тело, подчиняется тому же правилу, что и ток в проводе: следуйте по пути наименьшего сопротивления.А часть нашего тела с наименьшим сопротивлением электрическому току (то есть, через которую ток легче всего проходит) — это нервы. Далее идут мышцы, а затем кровеносные сосуды.

Ток 10-20 мА достаточно силен, чтобы подавить электрические сигналы, исходящие от ваших нервов. Наши нервы не просто посылают сигналы в мозг и из него, они также контролируют наши мышцы. При токе 30 мА любые мышцы, контролируемые пораженными нервами, больше не находятся под вашим контролем — ток заставляет мышцы сокращаться, и ваша рука или нога замерзает.Если ваша рука держит источник тока, вы буквально не можете отпустить его, пока не отключат питание. И это приносит дополнительные проблемы. Если ваша кожа соприкасается с источником тока, она нагревается и горит. По коже намного труднее протекать току, чем по нервам или мышцам. Но как только кожа сгорела, ничто не остановит гораздо более сильный ток, протекающий в вашу плоть. А более высокие токи означают больший урон.

Электрический ток воздействует не только на мышцы рук и ног.Если ток проходит через вашу грудь, он может нанести ущерб двум другим важным мышцам: диафрагме, которая контролирует наше дыхание, и сердцу.

Мы дышим, потому что наша диафрагма прикреплена к нашим легким, поэтому, сокращаясь и расслабляясь, она заставляет легкие растягиваться и сокращаться, заставляя воздух входить и выходить. Сила тока 25 мА достаточно, чтобы диафрагма замерзла, останавливая дыхание.

Сердце можно остановить электрическим током, как и любую другую мышцу. Или он может перейти в более опасное состояние — неконтролируемое трепетание, называемое фибрилляцией, которое почти бесполезно, когда дело доходит до перекачивания крови.наверх

Как не попасть в электрическую цепь

Помимо правильно установленного дефибриллятора в случае сердечной недостаточности, лучше избегать поражения электрическим током.

Уловка не в том, чтобы стать путем наименьшего сопротивления для электрического тока. Это трудный вызов для наземных существ вроде нас.

Среди своих многочисленных талантов Земля прокладывает блестящий путь наименьшего сопротивления для электронов. Он может поглотить огромное количество из них — удары молнии — пустяк.И если вы стоите на земле и касаетесь провода, по которому течет ток, вы становитесь очень привлекательным средством для сокращения доступа этих электронов.

Птицы могут спокойно сидеть на линиях электропередач, потому что они не касаются земли, а электронам легче перемещаться по проводам, чем птицам.

Но подключение живого тока к земле — не единственный способ поджариться, о чем может свидетельствовать любое количество летучих мышей. Они не касаются земли, но их большие крылья и плохое зрение делают летучих мышей отличным путем наименьшего сопротивления между двумя живыми линиями электропередач.Если бы оба их крыла касались одной и той же линии электропередачи, все было бы в порядке — проволока обеспечивает более легкий проход электронам, чем летучая мышь. Но прикасаться к двум разным линиям электропередачи всегда небезопасно, потому что они никогда не будут иметь одинакового «толчка» на электроны. Ток всегда будет течь от одного с большим «толчком» к другому — через летучую мышь, вы или любой другой проводник, выполняющий соединение.

Разумеется, электрические разряды могут вызвать не только линии электропередач. Неисправным прибором может быть один большой провод под напряжением, поэтому не прикасайтесь к нему, когда стоите на планете с чем-либо, кроме серьезных резиновых подошв.наверх

Опубликовано 21 июля 2010 г.

Электронная почта ABC Science

Используйте эти ссылки в социальных сетях, чтобы поделиться Электричество: шокирующие факты .

Используйте эту форму, чтобы отправить электронное письмо «Электричество: шокирующие факты» тому, кого вы знаете:
https://www.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.