Электричество несет в себе опасности, это знают практически все. Чтобы избежать поражения электрическим током, надо понимать сущность воздействия, которое вызывает напряжение, приложенное к человеческому организму.
Термины ток и напряжение
Чтобы понять природу опасности электричества, сначала стоит разобраться с базовыми электротехническими понятиями и уяснить разницу между током и напряжением.
Напряжение представляет собой разность потенциалов. Упрощенно говоря, это разность между наличием зарядов в двух точках электрической цепи. Чем больше в одной точке носителей зарядов относительно другой точки, тем больше разность потенциалов (тем выше напряжение, которое измеряется в вольтах).
За уровень с нулевым потенциалом обычно принимают поверхность Земли.
Можно привести аналогию с сосудами с водой. Пусть есть два сосуда, один поднят относительно другого (или относительно земли) на определенную высоту. Можно провести аналогию между разностью высот (точнее, разностью потенциальной энергии воды) и разностью потенциалов.
Теперь можно соединить сосуды трубкой (или опустить трубку из сосуда до земли). Вода потечет из верхнего сосуда, производя какое-то воздействие (шум, разбрызгивание, размывание земли) в соответствии со своей кинетической энергией, которая зависит:
- от разности высот (аналогия с напряжением);
- от сечения трубки (аналогия с электрическим сопротивлением).
Кинетическую энергию потока воды можно сравнить с величиной электрического тока (он измеряется в амперах) и провести воздействие водяного потока с воздействием тока (нагревание проводника, возникновение магнитного поля и т.д.). Очевидно, что чем больше разность высот, тем больше брызг, тем больше шума и т.д. Увеличение сечения трубки тоже ведет к этому эффекту.
На самом деле электрический ток проявляется, как направленное движение носителей заряда. Чем больше заряда за единицу времени переносится, тем выше сила тока.
Можно резюмировать, что напряжение может существовать без тока (разомкнутая цепь), а ток без напряжения (разности потенциалов) – нет.
Еще можно сделать два важных вывода:
- При одном и том же напряжении через разное сопротивление может течь разный ток.
- Равный ток может быть вызван разным напряжением при различающемся сопротивлении проводника.
Оба вывода важны для понимания последующих разделов.
Что убивает ток или напряжение
В быту и в Интернете часто можно услышать расхожую фразу – «убивает не напряжение, убивает ток». Она в целом верна, но зачастую ее понимают неправильно. Отсюда пугалки, подобные той, что автомобильный аккумулятор выдает напряжение 12 вольт, но ток до 100 ампер, поэтому он может убить человека.
На самом деле выше разобрано, что ток создается напряжением, приложенным к определенному сопротивлению. Это значит, что чтобы создать ток в 0,1 А (100 мА), который считается смертельным для человеческого организма, аккумулятор должен быть нагружен на сопротивление 120 Ом, что гораздо ниже сопротивления тела человека (считается, что в среднем оно составляет 50 кОм, а фактически находится в пределах от 2 кОм до 2 Мом, в зависимости от состояния кожи и пути прохождения).
Чтобы создать ток в 0,1 А (100 мА) через человеческий организм (если принять сопротивление тела за 50 кОм) потребуется 500 вольт. А если сопротивление человеческого тела по какой-либо причине ниже 50 кОм, смертельным может стать и напряжение бытовой сети 220 В. Аккумулятор же в таких условиях выдаст 0,00024 А или 0,24 мА, что не создаст даже неприятных ощущений. Даже если сопротивление тела будет минимальным, низковольтный источник электричества опасного тока создать не сможет.
Вывод: убивает ток, но для его создания нужно соответствующее напряжение. Поэтому изначально для человека смертельно напряжение, и уровень опасности определяют по величине напряжения.
Ток различного уровня по-разному влияет на человеческий организм. По мере повышения силы тока вредное воздействие увеличивается.
| Сила тока, мА | 1,5..5 | 3..7 | 10..17 | 17..30 | 30..80 | 80..120 |
| Ощущение | Легкое покалывание | Легкое дрожание пальцев, кистей рук | Судороги мыщц, жжение | Сильные судороги, боль | Перебои в работе сердца, затруднение дыхания | Остановка сердца и дыхания |
Какое напряжение опаснее переменное или постоянное
При прохождении электрического тока через человеческое тело он производит несколько видов воздействия:
- тепловое (нагрев тканей), включая прямой нагрев и воздействие электрической дуги;
- электрохимическое (электролитическое разложение крови, лимфы и других биологических жидкостей);
- биологическое (неуправляемое сокращение мыщц, включая миокард).
Если тепловое и электрохимическое действие переменного и постоянного тока примерно одинаково вредно, то с биологическим воздействием есть отличия. Периодическое изменение направления тока несколько десятков раз в секунду сбивает нормальный ритм сокращения сердечной мышцы и может привести к фибрилляции (некоординированному дрожанию) желудочков, что может привести с смертельному исходу. Поэтому переменный ток считается опаснее постоянно.
Безопасное напряжение для человека
В ГОСТ 30331.1-2013 закреплено понятие сверхнизкого напряжения. Оно составляет:
- 50 вольт переменного напряжения;
- 120 вольт постоянного напряжения.
Этот уровень напряжения считается безопасным для человеческого организма в любых условиях.
Можно посчитать, что при таком напряжении ток через человеческий организм при наименьшем сопротивлении 2 кОм составит:
- для переменного напряжения 0,025 А;
- для постоянного напряжения 0,06 А.
Оба уровня могут вызвать в худшем случае боли и неприятные ощущения, но не смерть. При нормальном же сопротивлении тела или при его значении, близком к максимуму, воздействие может даже не почувствоваться.
От чего зависит степень поражения
В первую очередь можно говорить о том, что степень поражения электрическим током зависит от сопротивления человеческого тела – чем меньше сопротивление, тем выше будет ток при равном напряжении. А сопротивление зависит от состояния кожи, и уменьшить сопротивление могут:
- Влажные кожные покровы.
- Повреждения на коже.
- Загрязненная поверхность покровов.
Второе, что определяет последствия воздействия тока на организм, это путь его прохождения. Особенно опасным для человека считается прохождение тока по путям (независимо от направления):
- Рука-рука.
- Левая рука-правая нога.
- Левая нога-левая рука.
Дело в том, что в этом случае на пути протекания тока расположено сердце. В подобной ситуации к прочим воздействиям электричества на организм добавляется воздействие на мышцы миокарда, что ведет к сбою в работе сердца и к его остановке. Не менее опасны пути, при которых электричество действует на мозг и легкие человека.
Также на степень тяжести последствий влияют индивидуальные особенности организма. Что для одного человека может привести к смерти, другой в тех же условиях отделается неприятными ощущениями.
Знания о природе опасности электричества, конечно, не уменьшат уровень этой опасности. Но осознанный подход к защите поможет снизить риски и сохранить жизнь и здоровье.
Хорошо ?