Електричний струм дуже схожий з потоком води, тільки замість її молекул, що рухаються вниз річкою, заряджені частинки рухаються провідником.

Для того, щоб електричний струм протікав через тіло, воно має стати частиною електричного ланцюга.

Постійний та змінний струм

Ступінь вражаючої дії електричного струму на організм людини залежатиме від її виду.

Якщо струм протікає лише одному напрямку, він називається постійним (DC).

Якщо струм змінює напрямок, він називається змінним (AC). Змінний струм – найкращий спосіб передачі електроенергії на великі відстані.

AC з тією ж напругою, як і DC, є більш небезпечним і викликає найгірші наслідки. Дія електричного струму на організм людини в цьому випадку може спричинити ефект "заморожування м'яза руки". Тобто відбудеться настільки сильне скорочення м'язів (тетанія), яке людина не зможе подолати.

Шляхи отримання удару

Прямий контакт з електрикою відбудеться, коли хтось торкнеться струмопровідної частини, наприклад, неізольованого дроту. У приватних будинках це можливо у поодиноких випадках. Непрямий контакт виникає, коли відбувається взаємодія з якоюсь технікою або електроприладом, а через несправність або порушення правил зберігання та експлуатації корпус пристрою може вдарити струмом.

Цікавий факт: чому птахи ніколи не зазнають електричного удару від сидіння на кабелях?

Це тому, що між пернатою та кабелем електропередач не виникає різниці напруги. Адже землі вона не стосується, як іншого кабелю. Звідси збігається напруга птаха та кабелю. Але якщо раптом крило птаха торкнеться, припустимо, металевої обмотки на стовпі, удар струму не забариться.

Сила удару та його наслідки

Розглянемо дію електричного струму на організм людини:

	Ефект
	Не сприймається
	Викликає поколювання
	Невеликий шок. Не боляче. Людина легко відпустить джерело струму. Мимовільна реакція може призвести до непрямих травм
6-25 мА (жінки)	Болісні потрясіння. Втрата контролю м'язів
9-30 мА (чоловіки)	"Невідпускає" струм. Людина може бути відкинута від джерела живлення. Сильна мимовільна реакція може призвести до недобровільних травм
Від 50 до 150 мА	Сильний біль. Зупинка дихання. Реакція м'язів. Можлива смерть
	Фібриляція серця. Пошкодження нервових закінчень. Ймовірна смерть
	Серцева зупинка, сильні опіки. Смерть найімовірніша

Коли струм протікає через тіло, нервова система зазнає електричного шоку. Інтенсивність удару залежить головним чином від сили струму, його шляху, що проходить через тіло, та тривалості контакту. У крайніх випадках шок викликає перебої у звичайній роботі серця та легень, що призводять до несвідомого стану чи смерті. Види дії електричного струму на організм людини поділяються залежно від того, які ускладнення струм завдав організму.

Електроліз

Тут все просто: удар струмом сприятиме зміні хімічного складу крові та інших рідин в організмі. Що надалі позначиться на роботі всіх систем загалом. Якщо постійний струм проходить через тканини тіла протягом декількох хвилин, починається виразка. Такі виразки, хоча зазвичай не смертельні, можуть бути болючими і лікуватися довго.

Опіки

Термічна дія електричного струму на організм людини проявляється у вигляді опіків. Коли електричний струм проходить через будь-яку речовину, що має електричний опір, виділяється тепло. Кількість тепла залежить від потужності, що розсіюється.

Електричні опіки часто виявляються найпомітнішими поблизу ділянки входу струму в тіло, хоча досить часто виникають і внутрішні опіки, які, якщо вони не смертельні, можуть спричиняти довготривалу та хворобливу травму.

М'язові судоми

Дратуючи і збуджуючи живі тканини, електричний розряд надходить до м'яза, м'яз протиприродно і судомно починає стискатися. Відбуваються різні порушення у роботі організму. Так проявляється біологічна дія електричного струму на організм людини. Тривале мимовільне скорочення м'язів, викликане зовнішнім електричним стимулом, несе у собі одне несприятливе наслідок, коли людина, який тримає електричний об'єкт, неспроможна його відпустити.

Зупинка дихання та серця

М'язи між ребрами (міжреберні м'язи) повинні багаторазово скорочуватися і розслаблятися, щоб людина дихала. Таким чином, тривале скорочення цих м'язів може перешкоджати диханню.

Серце - це м'язистий орган, який повинен постійно скорочуватися і розслаблятися, щоб виконувати свою функцію як насос для перекачування крові. Тривале скорочення серцевої мускулатури перешкоджатиме цьому процесу і призведе до його зупинки.

Фібриляція шлуночків

Шлуночки - це камери, відповідальні за перекачування крові із серця. При ударі струмом мускулатура шлуночків зазнаватиме нерегулярних, неузгоджених посмикань, в результаті перестане працювати "насосна" функція в серці. Цей фактор може бути фатальним, якщо не буде виправлено за дуже короткий проміжок часу.

Фібриляція шлуночків може бути викликана дуже невеликими електричними подразниками. Достатньо струму 20 мкА, що проходить безпосередньо через серце. Саме з цієї причини більшість смертей зумовлено виникненням фібриляції шлуночків.

Фактори природного захисту

Тіло має власний опір діям, що надаються електричним струмом на організм людини у вигляді шкіри. Однак воно залежить від безлічі факторів: від частини тіла (товстіша або більш тонка шкіра), вологості шкіри і площі тіла, на яку виявляється шкідливий вплив. Суха та волога шкіра мають дуже різні значення опору, але не є єдиним аспектом, який слід враховувати під час ураження електричним струмом. Порізи та глибокі садна сприяють значному зниженню опірності. Звичайно ж, опір шкіри залежатиме і від потужності струму, що поступає. Але все-таки існує чимало випадків, коли через високу опірність шкіри людина, крім неприємного удару струмом, не отримувала жодної електротравми. Дія електричного струму на організм людини не давала жодних небажаних наслідків.

Як запобігти ураженню електричним струмом

Запобігання ударам електричним струмом, особливо у повсякденному житті, є обов'язковою умовою для безпечного життя. Використовується ізоляція для будь-яких струмопровідних частин. Наприклад, кабелі є ізольованими електричними проводами, що дозволяє їх використання без ризику будь-яких електричних ударів, а вимикачі світла, укладені в коробки, запобігають доступу до деталей, що знаходяться під напругою.

Існують спеціальні низьковольтні апарати, які забезпечують додатковий захист від отримання електричного удару.

Можуть забезпечувати додаткову електробезпеку. Дія електричного струму на організм людини в цьому випадку буде нульовою. У разі небажаного витоку пристрій за кілька секунд відключить пошкоджену ділянку електропроводки або несправний електроприлад, чим не тільки врятує людину від отримання струму, а й убереже від пожежі.

Дифавтомат, крім описаних вище можливостей, має захист від перевантажень та короткого замикання.

Важливо переконатися, що будь-яка електрична робота, що проводиться в будинку, здійснюється кваліфікованим спеціалістом-електриком, який має технічні знання та досвід, щоб забезпечити безпеку роботи.

Сила електрики у живих істотах

Електрохімічна енергія виробляється у кожній клітині кожного живого організму. Нервова система тварини чи людини посилає свої сигнали у вигляді електрохімічних реакцій.

Практично кожен електрохімічний процес та його технологічне застосування відіграють певну роль у сучасній медицині.

У фільмі про Франкенштейна використовується специфічна дія електричного струму на організм людини. Сила електрики перетворює мертвого чоловіка на живого монстра. Хоча використання електрики в такому контексті все ще неможливе, електрохімічні сили необхідні для того, щоб наші тіла функціонували. Розуміння цих сил допомогло розвитку медицини.

Дія електричного струму: перші експерименти

З 1730, після дослідів Стівена Грея з передачі електричного струму на відстань, протягом наступних п'ятдесяти років інші дослідники виявили, що дотик електрично зарядженого стрижня може призвести до скорочення м'язів мертвих тварин. Типовим прикладом впливу електричного струму на біологічний об'єкт є низка експериментів італійського лікаря, фізика та біолога Луїджі Гальвані, який вважається одним із батьків-засновників електрохімії. У цих експериментах він посилав електричний струм через нерви в лапку жаби, і це викликало скорочення м'язів та рух кінцівки.

Наприкінці ХІХ століття деякі лікарі почали вивчати дію електричного струму на організм людини, але не мертвого, а живого! Це дозволило їм зробити докладніші карти м'язової системи, які раніше були недоступні.

Електротерапія та фокуси

Протягом вісімнадцятого та початку дев'ятнадцятого століть електричний струм використовувався повсюдно. Лікарі, вчені та шарлатани, які не завжди відрізняються один від одного, використовували електрохімічні удари, щоб лікувати будь-яку хворобу, особливо параліч і радикуліт.

Тоді ж з'явилися специфічні шоу, які одночасно жахливі і приводять у дике захоплення. Суть таких полягала в тому, щоб пожвавити труп. Досяг успіху в цій справі Джованні Альдіні, який за допомогою електричного струму робив так, щоб мертвий "оживав": відкривав очі, ворушив кінцівками, підводився.

Струм у сучасній медицині

Дія електричного струму на організм людини, крім лікування (наприклад, фізіотерапія), також може бути використана для виявлення проблем зі здоров'ям. Спеціальні пристрої запису тепер перетворюють природну електричну активність тіла на діаграми, які потім використовують лікарі для аналізу відхилень. Лікарі тепер діагностують серцеві аномалії за допомогою електрокардіограм (ЕКГ), порушення мозку за допомогою електроенцефалограм (ЕЕГ) та втрати нервової функції за допомогою електроміограм (ЕМГ).

Життя завдяки електричному струму

Одним із найбільш драматичних застосувань електрики є дефібриляція, яка у фільмах іноді показана як «запуск» серця, яке вже перестало працювати.

Справді, запуск короткочасного імпульсу значної величини може іноді (але дуже рідко) перезапускати серце. Однак частіше дефібрилятори використовуються для корекції аритмії та відновлення його нормального стану. Сучасні автоматизовані зовнішні дефібрилятори можуть реєструвати електричну активність серця, визначати фібриляцію серцевих шлуночків, а потім обчислювати силу струму, необхідну для пацієнта на основі цих факторів. Багато громадських місць тепер мають дефібрилятори, щоб електричний струм і його вплив на організм людини у разі запобіг смерті, викликані дисфункцією серця.

Слід також згадати штучні кардіостимулятори, які контролюють скорочення серця. Ці пристрої імплантуються під шкіру або під м'язи грудей пацієнта і передають імпульси електричного струму близько 3 через електрод і серцевий м'яз. Це стимулює нормальний серцевий ритм. Сучасні кардіостимулятори можуть працювати протягом 14 років, перш ніж їх потрібно замінити.

Дія електричного струму на організм людини стала повсякденною і не тільки в медицині, а й фізіотерапії.

У повсякденному житті кожен із нас стикається з електрикою. Це може бути як електроприлади, і деякі процедури. Проте іноді струм може впливати людське тіло. Варто розібратися, що таке струм і як вплив електричного струму на організм людини.

Що таке струм?

Сучасне поняття електричного струму визначає його як спрямований рух заряджених частинок. Такими частинками можуть бути електрони та іони, хоча в деяких випадках струм може виникати під дією зміни магнітного поля часу.

Струм може бути постійним та змінним. Постійний струм має постійні показники напряму та часу, тоді як змінна його форма є нестабільною за даними показниками. Виділяють також форму квазистаціонарного струму, який є змінним, але його зміни в часі та у напрямку настільки малі, що він підпорядковується законам постійного струму.

Всі частинки, що рухаються при виникненні струму, мають певний заряд і напрямок руху.

Слід визначити, якими можуть бути види впливу електричного струму на організм.

За канонічними законами, рух струму відбувається згідно спрямування позитивних зарядів у середовищі. У деяких випадках струм може бути спрямованим назад, коли його рух відбувається у зворотний бік від напрямку позитивних векторів (може бути обумовлено негативними зарядами). То як діє струм?

Дія електричного струму на людину та види поразок

При попаданні людського організму під дію електричного струму можливо кілька видів взаємодії.

Біологічна дія струму на організм. Може вплинути на роботу м'язових волокон та органів, сприяти проведенню імпульсу і, навпаки, призупинити його поширення.

Електролітична дія електричного струму на організм людини передбачає утворення деяких речовин в організмі людини та на її поверхні.

Термічний вплив спрямовано спотворення процесів теплоутворення та тепловіддачі.

Формально кожен із даних видів впливу має місце за вплив струму на організм, різниця у тому, якою мірою проявляється кожен із даних ефектів.

Регулюючи силу струму, можна перевести його негативний вплив на позитивний ефект. Головне – вміти контролювати сам процес перетворення зарядів. Варто зупинитися докладніше кожному з видів впливу.

Біологічний ефект

Біологічна дія електричного струму на організм людини замикається на деяких процесах, що проходять у м'язах та нервовій системі.

Найбільшу небезпеку зазвичай становить змінний струм. Якщо схопитися за оголений провод під час проходження електричного струму по ньому, можуть розвинутися такі ефекти.

• Порушення електропровідності нервових імпульсів. Такий струм впливає на систему серця, що проводить, перезбуджуючи всі водії ритму. Внаслідок цього мають місце аритмії, фібриляції.
• М'язовий спазм. Заснований на блокуванні струмом синапсів з величезним переважанням спастичного ефекту. Саме через це неможливо відпустити провід.

Однак якщо є можливість контролювати силу струму, його напрямок і напругу, його можна використовувати і в корисних цілях. Наприклад, вплив електричного струму на організм людини фіксованою кількістю імпульсів певної сили та напруги використовується у фізіотерапії для лікування м'язових спазмів і торакоалгій. Використовується подібна методика при лікуванні хворих з периферичними паралічами.

Термічна дія

Локальний вплив електричного струму на організм людини може залишити електричні опіки. Таке часто спостерігається при торканні оголених дротів, при ударі блискавки. Не завжди людина помирає безпосередньо від удару електричним струмом, найчастіше до смерті призводять ускладнення, викликані впливом струму на процеси, що проходять в органах.

Електричні опіки майже завжди протікають разом із електролітичними процесами. Часто вплив електричного струму на організм людини призводить до появи електричних знаків, міток, металізації шкіри.

Дані наслідки не несуть сильних ушкоджень, якщо тривалість удару струмом була короткою, яке напруга і сила - слабкими. Набагато небезпечніше протікає електричний удар, оскільки саме він сприяє спалюванню внутрішніх органів. Спостерігається це за тривалого проходження змінного струму через організм людини.

Електролітична дія

Як було сказано, струм призводить до появи на шкірі міток, знаків, металізації. Що це за процеси?

Електричні знаки з'являються через безпосередню локальну дію. Є овальні ділянки шкіри, безболісні при дотику до них, що проходять самостійно через деякий час.

Металізація як локальна дія електричного струму на організм людини є процесом електролізу. Під впливом електрики відбувається відділення іонів металів (наприклад провідника при контакті з ним) і проникнення їх у шари шкіри, що лежать вище. У місці дії струму шкіра темніє, стає щільною та хворобливою.

Електроофтальмії. Ураження очей розвивається не за рахунок безпосередньої дії струму, а при впливі ультрафіолету, що відходить від електричної дуги. Характеризується запаленням оболонки за рахунок порушення іонних процесів в оболонці ока.

Наслідки електричної поразки

Всі перераховані вище ефекти негативного впливу струму вимагають надання медичної допомоги. Якщо дія електричного струму на організм людини була нетривалою, ураження та порушення роботи внутрішніх органів не розвиваються. Якщо ж дія електричного струму на людину зайняла більше часу, обов'язково матимуть місце ураження внутрішніх органів та порушення функцій.

Прояви внутрішніх порушень можуть давати себе знати як безпосередньо після отримання електротравми, так і у віддаленому періоді. Тяжкість даних ускладнень залежить від того, під якою силою струму і якою напругою вони були отримані.

Ступінь дії електричного струму на організм людини визначається також станом внутрішнього опору. У кожної людини воно по-різному: одному навіть сильний струм не завдасть жодних пошкоджень, а інший під дією такої ж напруги може миттєво загинути. Опір обумовлений станом внутрішнього середовища організму та зовнішніми умовами.

Основні заходи невідкладної допомоги

Що ж робити, якщо розвинулася електрична поразка, і які заходи повинна включати перша допомога?

Насамперед слід пам'ятати, як діє електричний струм на організм людини. Якщо по провіднику йде змінний струм, людина не може його відпустити, сама стає його провідником. Тому в жодному разі не можна намагатися допомогти розтиснути руки людині, що потрапила під дію струму. Першим заходом має стати відключення Тільки після цього слід розпочинати основні лікувальні заходи. Обов'язково відразу викликати швидку допомогу.

Невідкладна допомога включає проведення серцево-легеневої реанімації (при відсутності дихання або серцебиття). Після приходу людини до тями рекомендується укласти її на бік і вкрити ковдрою або одягом з метою профілактики переохолодження. Решта заходів має проводити бригада швидкої допомоги або безпосередньо на місці, або дорогою до стаціонару.

Невідкладна допомога при порушеннях ритму серця

Як говорилося вище, найбільшу небезпеку вплив електричного струму на людину представляє для її провідної системи серця.

До неї відносяться основні структури, так звані водії ритму, що забезпечують серцеві скорочення та прокачування крові до внутрішніх органів та від них. При збої у формуванні електричних імпульсів порушується координація серцевої діяльності, що загрожує наслідками.

До таких наслідків відносяться аритмії, фібриляції та тріпотіння передсердь та шлуночків. Вони характеризуються неправильним, прискореним серцевим ритмом, який здатний збагачувати органи кров'ю. Через це наростають тяжкі наслідки в інших органах. Крім того, це небезпечно і для самого серця.

Щоб відновити правильний серцевий ритм, проводять кардіоверсію. Вона може здійснюватись як за рахунок препаратів (антиаритміки), так і при впливі струму певної сили та напруги. Кардіоверсію необхідно починати відразу після зриву ритму.

Профілактика електричних уражень

Для того щоб запобігти вражаючій дії електричного струму на організм людини, слід пам'ятати про елементарні правила техніки безпеки.

У жодному разі не варто торкатися голими руками до дротів. Будь-які маніпуляції з ними повинні проводитися лише за наявності спецодягу (гумові чоботи, рукавички з ізолюючим покриттям тощо).

При виявленні проводів, що лежать на землі, відразу ж слід викликати електриків. У жодному разі не варто намагатися повернути їх на місце самотужки.

Ремонт електроприладів та розеток заборонено проводити самотужки (дозволяється лише за наявності відповідної освіти та необхідних для цього інструментів).

Якщо все ж таки трапилося так, що ви або ваші близькі були вражені електрикою, в жодному разі не потрібно панікувати, а потрібно починати невідкладну допомогу. У цій ситуації чим раніше її почати, тим більша ймовірність того, що ускладнення не розвинуться.

Вражаюча дія електричного струму на організм людини називається електротравматизмом. Необхідно взяти до уваги, що цьому виду виробничих травм властива велика кількість наслідків з важкими і навіть летальними наслідками. Нижче наведено графік, що демонструє відсоткове співвідношення між ними.

Як показує статистика, найбільший відсоток електротравм (від 60 до 70%) посідає експлуатацію електрообладнання до 1000 вольт. Такий показник пояснюється як поширеністю установок цього класу, і слабкою підготовкою робочого персоналу.

У більшості випадків отримання електротравм пов'язане з порушенням норм безпеки та незнанням елементарних законів електротехніки. Наприклад, електробезпека не допускає використовувати пінні вогнегасники як первинні засоби пожежогасіння електроустаткування.

Охорона праці вимагає, щоб усі, хто працює з електроустаткуванням, обов'язково проходили інструктаж електробезпеки. Де розповідається про небезпеку електроструму, які заходи необхідно вживати при електротравмах, а також способи надання необхідної у цих випадках допомоги.

Зауважимо, що кількість електротравм значно нижча серед осіб, які обслуговують електрообладнання з напругою понад 1000В, це вказує на підготовку таких фахівців.

Чинники, що впливають результат ураження електричним струмом

Є кілька домінуючих причин, від яких залежить характер пошкоджень при електротавмі:

Види впливу

Електрострум силою від 0,5 до 1,5 мА вважається мінімальним для сприйняття людиною, коли відбувається перевищення цього порогового значення, починає з'являтися відчуття дискомфорту, яке виявляється у мимовільному скороченні м'язової тканини.

При 15 мА і більше втрачається контроль над м'язовою системою. У цьому стані без сторонньої допомоги відірватися від електричного джерела неможливо, тому цю порогову величину сили електроструму називають невідпускною.

При силі електроструму, що переходить межу 25 мА, відбувається параліч м'язів, які відповідають за роботу дихальної системи, що загрожує задухою. Якщо цей поріг значно перевищується, настає фібриляція (збій серцевого ритму).

Відео: дія електричного струму на організм людини

Нижче наведено таблицю, де вказано допустиму величину напруги, струму та часу їх впливу.

Електротравми можуть зробити такі види впливів:

• теплове, з'являються опіки різного ступеня, які можуть порушити роботу кровоносних судин, так і внутрішніх органів. Звернемо увагу, що термічний прояв дії електроструму спостерігається при більшості електротравм;
• вплив електролітичного характеру стає причиною зміни фізичного та хімічного складу тканин, внаслідок розщеплення крові та інших рідин організму;
• фізіологічне, призводить до судомних скорочень м'язових тканин. Зауважимо, що біологічна дія електроструму також порушує роботу та інших важливих органів, наприклад, серця та легень.

Види електротравм

Вплив електроструму викликає такі характерні ушкодження:

• електроопіки можуть виникнути внаслідок проходження електроструму або бути викликані електричною дугою. Зауважимо, що такі електротравми зустрічаються найчастіше (близько 60%);
• поява на шкірі овальних плям сірого або жовтого кольору у місцях проходження електроструму. Омертвілий шар шкірного покриву огрубує, через якийсь час таке утворення, зване електричним знаком, самостійно сходить;
• проникнення дрібних частинок металу (що оплавився від КЗ або електродуги) у шкірний покрив. Такий вид травми називають металізацією шкіри. Для уражених ділянок характерний темно-металевий відтінок, дотик до нього викликає болючі відчуття;
• світлова дія стає причиною електроофтальмії (запального процесу очної оболонки) через ультрафіолетове випромінювання, характерне для елетродуги. Для захисту достатньо використовувати спеціальні окуляри чи маску;
• механічна дія (електричний удар) відбувається внаслідок мимовільного скорочення м'язової тканини, внаслідок цього може статися розрив шкірного покриву чи інших органів.

Зауважимо, що з усіх описаних вище електротравм найбільшу небезпеку становлять наслідки електричного удару, їх поділяють за ступенем впливу:

1. викликають скорочення м'язової тканини, при цьому потерпілий не втрачає свідомості;
2. судомні скорочення м'язових тканин, що супроводжується втратою свідомості, кровоносна та дихальна системи продовжують функціонувати;
3. відбувається параліч дихальної системи та порушення серцевого ритму;
4. настання клінічної смерті (дихання відсутнє, серце зупиняється).

Крокова напруга

Враховуючи нерідкі випадки поразки від крокової напруги, є сенс розповісти докладніше про механізм його впливу. Обрив лінії електропередач або порушення цілісності ізоляції в прокладеному під землею кабелі призводять до утворення навколо провідника небезпечної зони, в якій відбувається розтікання струму.

При попаданні в цю зону можна зазнати впливу напруги кроку, його величина залежить від різниці потенціалів між місцями, де людина стосується землі. На малюнку наочно продемонстровано, як це відбувається.

На малюнку зазначено:

• 1 – електропроводка;
• 2 – місце падіння обірваного дроту;
• 3 – людина, яка потрапила до зони розтікання електроструму;
• U 1 і U 2 – потенціали у точках, де ноги стикаються із землею.

Напруга кроку (V ш) визначається наступним виразом: U 1 -U 2 (В).

Як видно з формули, чим більше буде відстань між ступнями, тим значніша різниця потенціалів і вища V ш. Тобто, при попаданні на ділянку, де відбувається розтікання електроструму, для виходу з нього не можна робити великих кроків.

Як необхідно діяти, надаючи допомогу при електротравмах

Перша допомога при ураженні електричним струмом полягає у певній послідовності дій:

Електричний струм у ланцюзі завжди проявляється якоюсь своєю дією. Це може бути як робота у певному навантаженні, так і супутня дія струму. Таким чином, за дією струму можна судити про його наявність або відсутність у цьому ланцюзі: якщо навантаження працює – струм є. Якщо типове супутнє струму явище спостерігається - струм у ланцюзі є, і т.д.

Взагалі, електричний струм здатний викликати різні дії: теплова, хімічна, магнітна (електромагнітна), світлова або механічна, причому різного роду дії струму найчастіше виявляються одночасно. Про ці явища і дії струму і йтиметься у цій статті.

Теплова дія електричного струму

При проходженні постійного або змінного електричного струму провідником провідник нагрівається. Такими провідниками, що нагріваються, в різних умовах і додатках можуть виступати: метали, електроліти, плазма, розплави металів, напівпровідники, напівметали.

У найпростішому випадку, якщо, скажімо, через ніхромовий дріт пропустити електричний струм, він нагріється. Дане явище використовується в нагрівальних приладах: в електрочайниках, в кип'ятильниках, в обігрівачах, електроплитках і т.д.

Кількість теплоти, що виділяється на ділянці ланцюга, залежить від прикладеної до цієї ділянки напруги, значення струму, що протікає, і від часу його протікання ().

Перетворивши закон Ома для ділянки ланцюга, можна для обчислення кількості теплоти використовувати або напругу, або силу струму, але тоді обов'язково необхідно знати і опір ланцюга, адже саме воно обмежує струм і викликає, по суті, нагрівання. Або, знаючи струм і напругу в ланцюгу, можна так само легко знайти кількість теплоти, що виділяється.

Хімічна дія електричного струму

Електроліти, що містять іони, під дією постійного електричного струму – це і є хімічна дія струму. До позитивного електрода (анода) у процесі електролізу притягуються негативні іони (аніони), а до негативного електрода (катода) - позитивні іони (катіони). Тобто речовини, що містяться в електроліті, у процесі електролізу виділяються на електродах джерела струму.

Наприклад, розчин певної кислоти, луги або солі занурюють пару електродів, і при пропусканні електричного струму по ланцюгу на одному електроді створюється позитивний заряд, на іншому - негативний. Іони, що містяться в розчині, починають відкладатися на електроді з протилежним зарядом.

Скажімо, при електролізі мідного купоросу (CuSO4), катіони міді Cu2+ з позитивним зарядом рухаються до негативно зарядженого катода, де вони отримують заряд, що бракує, і стають нейтральними атомами міді, осідаючи на поверхні електрода. Гідроксильна група -OH віддасть електрони на аноді і в результаті виділиться кисень. Позитивно заряджені катіони водню H+ і негативно заряджені аніони SO42 залишаться в розчині.

Хімічна дія електричного струму використовується в промисловості, наприклад, для розкладання води на її частини (водень і кисень). Також електроліз дозволяє одержувати деякі метали у чистому вигляді. За допомогою електролізу покривають тонким шаром певного металу (нікелю, хрому) поверхні це і т.д.

В 1832 Майкл Фарадей встановив, що маса m речовини, що виділився на електроді, прямо пропорційна електричному заряду q, що пройшов через електроліт. Якщо через електроліт пропускається протягом часу t постійний струм I, то справедливий перший закон електролізу Фарадея:

Тут коефіцієнт пропорційності k називається електрохімічним еквівалентом речовини. Він чисельно дорівнює масі речовини, що виділився під час проходження через електроліт одиничного електричного заряду, і від хімічної природи речовини.

За наявності електричного струму в будь-якому провіднику (у твердому, рідкому або газоподібному) спостерігається магнітне поле навколо провідника, тобто провідник зі струмом набуває магнітних властивостей.

Так, якщо до провідника, яким тече струм, піднести магніт, наприклад у вигляді магнітної стрілки компаса, то стрілка повернеться перпендикулярно провіднику, а якщо намотати провідник на залізний сердечник, і пропустити по провіднику постійний струм, то сердечник стане електромагнітом.

В 1820 Ерстед відкрив магнітну дію струму на магнітну стрілку, а Ампер встановив кількісні закономірності магнітної взаємодії провідників зі струмом.

Магнітне поле завжди породжується струмом, тобто електричними зарядами, що рухаються, зокрема - зарядженими частинками (електронами, іонами). Протилежно спрямовані струми взаємно відштовхуються, односпрямовані струми взаємно притягуються.

Така механічна взаємодія відбувається завдяки взаємодії магнітних полів струмів, тобто це насамперед - магнітна взаємодія, а вже потім - механічна. Таким чином, магнітна взаємодія струмів є первинною.

У 1831 році, Фарадей встановив, що магнітне поле, що змінюється, від одного контуру породжує струм в іншому контурі: генерована ЕРС пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Логічно, що саме магнітна дія струмів використовується досі і у всіх трансформаторах, а не лише в електромагнітах (наприклад, у промислових).

У найпростішому вигляді світлову дію електричного струму можна спостерігати в лампі розжарювання, спіраль якої розігрівається струмом, що проходить через неї, до білого гартування і випромінює світло.

Для лампи розжарювання на світлову енергію припадає близько 5% від підведеної електроенергії, решта 95% якої перетворюється на тепло.

Люмінесцентні лампи більш ефективно перетворюють енергію струму у світло - до 20% електроенергії перетворюється на видиме світло завдяки люмінофору, що приймає від електричного розряду в парах ртуті або в інертному газі типу неону.

Найбільш ефективна світлова дія електричного струму реалізується у світлодіодах. При пропущенні електричного струму через p-n перехід у прямому напрямку, носії заряду - електрони та дірки - рекомбінують з випромінюванням фотонів (через переход електронів з одного енергетичного рівня на інший).

Кращі випромінювачі світла відносяться до прямозонних напівпровідників (тобто таких, у яких дозволені прямі оптичні переходи зона-зона), наприклад GaAs, InP, ZnSe або CdTe. Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди для різних довжин хвиль від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS). ККД світлодіода як джерела світла сягає середньому до 50%.

Як було зазначено вище, кожен провідник, яким тече електричний струм, утворює навколо себе . Магнітні дії перетворюються на рух, наприклад, в електродвигунах, магнітних підйомних пристроях, магнітних вентилях, реле і т. д.

Механічна дія одного струму в інший описує закон Ампера. Вперше цей закон був встановлений Андре Марі Ампером в 1820 році для постійного струму. З випливає, що паралельні провідники з електричними струмами, що поточні в одному напрямку, притягуються, а в протилежних відштовхуються.

Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника зі струмом. Сила, з якою магнітне поле діє елемент провідника зі струмом, що у магнітному полі, прямо пропорційна струму у провіднику і векторному добутку елемента довжини провідника на магнітну індукцію.

На цьому принципі заснована , де ротор відіграє роль рамки зі струмом, що орієнтується в зовнішньому магнітному полі статора моментом, що обертає M.

Додати сайт до закладок

Як діє електричний струм на людину?

Електричні травми

Електричний струм вражає людину раптово. Проходження струму через тіло людини викликає електричні травми різного характеру: електричний удар, опіки, електричні мітки.

Електричним ударом називається поразка струмом, у якому виникає шок, т. е. своєрідна важка реакція організму на сильний подразник - електричний струм.

Результат шоку різний. У тяжкому випадку шок супроводжується розладом кровообігу та дихання. Можлива фібриляція серця, тобто замість одночасного ритмічного (приблизно 1 раз на секунду) скорочення серцевого м'яза виникає хаотичне посмикування окремих її волокон - фібрил. Це припиняє нормальну роботу серця, кровообіг зупиняється, і може настати смерть.

Поразка людини струмом при напрузі до 1000 У здебільшого супроводжується електричним ударом.

Опіки виникають при впливі струму значної величини (близько 1 Аі більше) або електричної дуги. Так, при наближенні до струмоведучих частин напругою вище 1000 на неприпустимо малу відстань між струмоведучою частиною і тілом людини з'являється іскровий розряд, а потім електрична дуга, яка завдає важкого опіку. При випадковому контакті з струмоведучою частиною напругою до 1000 В струм, що проходить через тіло людини, нагріває тканини до 60-70°С. Це спричиняє згортання білка. Опіки електричним струмом виліковуються важко. Вони захоплюють велику поверхню тіла та проникають глибоко.

Електричні знаки - це омертвіння шкіри у вигляді мозолі жовтого кольору з сірою облямівкою в місці входу і виходу струму. Якщо поразка проникла глибоко, тканини тіла поступово відмирають.

Характер впливу змінного електричного струму залежно з його величини наведено у табл. 1

З табл. 1 слід, що небезпечним людини є струм понад 15 мА, у якому людина неспроможна самостійно звільнитися. Струм 50 мА викликає важку поразку. Струм 100 мА, що впливає більше 1-2 с, є смертельно небезпечним.

Чинники, що впливають результат поразки

Величина електричного струму, що проходить через тіло людини, а отже, результат ураження залежить від багатьох обставин.

Найбільш небезпечним є змінний струм із частотою 50-500 Гц. Більшість людей зберігають здатність самостійно звільнитися від струмів такої частоти за дуже малих його величин (9-10 мА). Постійний струм теж небезпечний, але самостійно звільнитися від нього можна за кілька більших величин (20-25 мА).

Величина струму залежить від напруги електроустановки та від опорів всіх елементів ланцюга, по якому протікає струм, у тому числі від опору тіла людини. Опір тіла складається з активного та ємнісного опорів шкіри та внутрішніх органів. . Суха, неушкоджена шкіра має опір близько 100 000 Ом, волога - близько 1000 Ом, а опір внутрішніх тканин (при знятому роговому шарі) становить приблизно 500-1000 Ом. Найменший опір має шкіра обличчя та пахвових западин.

Опір тіла людини – величина нелінійна. Воно різко, непропорційно зменшується при збільшенні прикладеного до тіла напруги, збільшенні часу впливу струму, при незадовільному фізичному та психічному стані, при великому та щільному контакті з струмоведучою частиною і т. д. З рис. 1 слід, що зі збільшенням прикладеного до тіла напруги від 0 до 140 В опір тіла нелінійно падає від десятків тисяч до 800 Ом (крива 1). Відповідно, струм, що проходить через тіло, зростає (крива 2).

Опір тіла людини (Ом) приблизно визначають за формулою

Z чол = U пр/I чол

де U пр- Падіння напруги на опорі тіла людини - Ст.

У розрахунках з електробезпеки його (теж приблизно) приймають рівним:

Z чол = 1000 Ом

Найбільш небезпечний шлях струму через серце, мозок, легені. Характерні шляхи: долоня – ступні, долоня – долоня, ступня – ступня. Однак смертельна поразка можлива і при проходженні струму шляхом, який, здавалося б, не зачіпає життєво важливі органи, наприклад через гомілку до ступні. Це пояснюється тим, що струм у тілі протікає шляхом найменшого опору (нервам, крові), а не прямою - через тканини з великим опором (м'язи, жир).

Встановлено, що результат ураження струмом залежить від фізичного та психічного стану людини . Якщо він голодний, стомлений, п'яний чи здоровий, то ймовірність важкого поразки зростає. Жінки, підлітки, чоловіки зі слабким здоров'ям здатні витримати значно менші струми (не більше б мА), ніж здорові чоловіки (12-15 мА).

Тривалість впливу - одне із основних чинників, які впливають результат поразки. Цикл роботи серця дорівнює приблизно 1 с. У циклі є фаза Т,рівна 0,1 с, коли м'яз серця розслаблений і воно найбільш уразливе для струму: може виникнути фібриляція. Чим менший час впливу струму (менше 0,1 с), тим менша ймовірність фібриляції. Тривала (кілька секунд) вплив струму призводить до важкого результату: опір тіла зменшується, а струм ураження зростає.

Механізм впливу електричного струму на людину складний. З одного боку, у високовольтних установках були випадки, коли короткочасний (соті частки секунди) вплив струму в кілька амперів не призводив до смерті. З іншого боку, встановлено, що смертельний наслідок можливий при напрузі 12-36, коли впливає струм в кілька міліампер. Це відбувається в результаті дотику до струмоведучої частини найбільш вразливою частиною тіла - тильною стороною долоні, щокою, шиєю, гомілом, плечем.

Враховуючи небезпеку електроустановок напругою як до 1000, так і вище 1000 В, кожен працюючий повинен твердо пам'ятати, що не можна торкатися струмопровідних частин незалежно від того, під якою напругою вони знаходяться, не можна близько наближатися до струмоведучих частин у високовольтних установках, не можна без до металевих конструкцій розподільних пристроїв, опор ліній електропередачі, до корпусів обладнання, що можуть опинитися під напругою при замиканні на них струмопровідних частин.

Замикання на землю в електроустановках зазвичай відключаються основним релейним захистом за частки секунди. Тому пристрої електробезпеки (заземлення та ін.) Дозволяється розраховувати, виходячи з великих величин допустимого струму. У цьому випадку допустимим вважається струм, який не викликає фібриляції у 99,5% піддослідних тварин, маса тіла та серця яких близька до людських. Допустимі величини струму та напруги дотику, отримані при лабораторних дослідженнях, наведені в табл. 2

З табл. 3-2 слід, що струми більше 65 мА і напруги більше 65 допускаються менше 1 с.