физика_ часть 1

щий через тело человека.

На тяжесть поражения человека электрическим током влияют многие факторы: величина тока, его амплитуда, продолжительность прохождения че-

рез тело, частота тока, путь в теле человека, площадь контакта, состояние кож-

ного покрова человека и его физиологическое состояние. Если путь тока про-

ходит через жизненно важные органы, то опасность такого воздействия возрас-

тает.

С увеличением частоты тока сопротивление тела человека падает. Это объясняется тем, что полное сопротивление тела человека включает в себя ем-

костное сопротивление Rc, величина которого обратнопропорциональна частоте

переменного тока Rc= 1 , где =2 f – циклическая частота; f - частота тока.

С

С увеличением силы тока и времени его протекания сопротивление тела также падает, так как при этом усиливается местный прогрев кожи, что приво-

дит к расширению сосудов и, следовательно, к усилению снабжения этого уча-

стка кровью и потоотделения.

С ростом величины действующего напряжения сопротивление может уменьшиться в десятки раз, так как наступает электрический пробой кожного покрова. Величина этого напряжения находится в пределах 50-200 В.

Наиболее опасен продольный путь тока через тело человека (например,

левая рука - правая нога). Так же очень опасен путь тока поперечный (рука -

рука, голова - нога). Человек начинает ощущать воздействие проходящего че-

рез него переменного тока величиной 0,6 1,5мА. Этот ток называется порого-

вым ощутимым. При токе 10 15мА человек не может оторвать рук от элек-

тропроводов, т.е. самостоятельно разорвать цепь поражающего его тока. Такой ток называется неотпускающим током.

В таблице 2.1 приведены данные по характеру действия переменного и постоянного токов.

21

Таблица 2.I

Характер воздействия тока в зависимости от рода и величины

	Величина	Характер действия
	воздействующего	Переменный ток	Постоянный ток
	тока, mА
0,6-1,5		Пороговый ощутимый. Начало ощу-	Не ощущается.
		щения, легкое дрожание пальцев.
2-3		Сильное дрожание пальцев.	Не ощущается.
5-7		Судороги в руках.	Зуд. Ощущение нагрева.
10-15		Сильная боль в пальцах и кистях.	Усиленный нагрев.
20-25		Паралич рук. Очень сильные боли.	Сильный нагрев. Сокраще-
			ние мышц рук.
50-80		Остановка дыхания. Начало фибрил-	Судороги, дыхание затруд-
		ляции сердца.	нено.
90-100		При длительности более трех секунд,	Моментальная остановка
		остановка сердца.	дыхания.

При невысоких напряжениях - до 100В постоянный ток примерно в 3 - 4

раза менее опасен, чем переменный частотой 50Гц; при напряжениях 400 500В

опасность их сравнивается. Здоровые и физически крепкие люди переносят электрические удары легче, чем больные. Повышенной восприимчивостью к току обладают лица, страдающие нервными заболеваниями, болезнями кожи,

сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции и болезнями лег-

ких.

2.1.3. Основные причины поражения человека

электрическим током

-прикосновение к токоведущим частям (с поврежденной изоляцией штепселя или розетки);

-прикосновение к корпусам приборов, которые оказались под напряже-

нием из-за неисправности заземляющих проводов или нарушения изоляции подводящих проводов. Этот вид поражения носит название напряжение при-

косновения - разность потенциалов между двумя точками электрической цепи,

которых одновременно касается человек.

При обрыве провода (замыкание на землю) ток растекается в землю и су-

22

ществует реальная возможность попадания под шаговое напряжение. Напряже-

ние между двумя точками поверхности земли, отстоящими на расстояние одно-

го шага в зоне замыкания (это примерно 0,8 м), называется шаговым напряже-

нием.

При выполнении лабораторного цикла приборы, как правило, включают-

ся в городскую сеть переменного напряжения величиной 220В частотой 50 Гц.

В этом случае опасность поражения током зависит от того, каких токоведущих частей касается человек. При касании двух клемм розетки или двух оголенных проводов человек попадает под напряжение 220 В и величина тока Iч через тело человека будет определяться только его сопротивлением Rч (рис. 2.2).

Рис. 2.2.

Если же человек касается одной клеммы находящейся под напряжением,

то величина тока через тело человека (Iч) уже будет определяться его сопротив-

лением, сопротивлением обуви и сопротивлением пола (рис. 2.3), а если в ауди-

ториях проводящие полы, сырость - опасность поражения током возрастает.

Рис. 2.3

Как правило, такие два вида поражения электрическим током объясняют-

ся, прежде всего, нарушением изоляции проводов, неисправностью розеток, со-

единительных разъемов, штепселей и невнимательностью персонала.

Для исключения поражения электрическим током все металлические

23

корпуса приборов должны быть заземлены, т.е. соединены отдельным провод-

ником с общим контуром заземления. В этом случае, при нарушении изоляции или замыкании на корпус, прикосновение к металлическому корпусу прибора будет не опасно для человека, так как сопротивление контура заземления Rзаз

много меньше сопротивления человека Rчел и ток будет стекать в заземлитель по пути наименьшего сопротивления (рис. 2.4).

Таким образом, для обеспечения безопасности при выполнении лабора-

торных работ студенты обязаны руководствоваться следующими правилами.

Рис. 2.4

2.1.4. Правила монтажа электрических цепей:

Монтаж электрической цепи студент, как правило, производит самостоя-

тельно по принципиальной схеме, приведенной в методических указаниях.

1.Монтаж электрической схемы начинают от отключенного от сети источника тока. Источник тока подключают в последнюю очередь, только после про-

верки монтажной схемы преподавателем.

2.Схему монтируют с помощью специальных соединительных проводов, ко-

торые должны иметь неповрежденную изоляцию.

3.Все потенциометры в приборах предварительно устанавливают на нуль по-

даваемого в контур напряжения.

4.Разборку схемы начинают с отключения источника тока.

24

2.1.5.Правила безопасности:

1.Не подключать приборы к блоку питания или сети без разрешения препода-

вателя.

2.Не производить переключение проводов в схеме, находящейся под напря-

жением.

3.Не прикасаться к неизолированным частям схемы. Не пользоваться разби-

тыми штепсельными разъемами и розетками.

4.Обязательно заземлять металлические корпуса приборов (звуковые генера-

торы, блоки питания, осциллографы, медицинские приборы).

5.При обнаружении нагревания отдельных частей электрической схемы и, тем более, при появлении запаха гари ток немедленно отключить и поставить в известность преподавателя.

6.Уметь оказать первую помощь при электротравмах.

2.1.6.Первая помощь при электротравмах

Переменный ток напряжением 220В может вызвать очень тяжелое пора-

жение организма. Действие тока усиливается, если руки, одежда, обувь окажут-

ся мокрыми. Под действием тока может произойти судорожный спазм диа-

фрагмы, сердца, что вызовет остановку дыхания и сердечной деятельности.

Действие тока на мозг вызывает потерю сознания.

При оказании первой помощи необходимо:

1.Снять действие тока: выключить основную вилку или разъем из розетки,

выключить рубильник, выкрутить пробку, оттянуть палкой или сухой дос-

кой провод упавший на человека и т.п.

До тех пор, пока действие тока не устранено, нельзя дотрагиваться до по-

страдавшего!

2.Проводить искусственное дыхание до его восстановления, одновременно вызвать "скорую помощь".

3.При восстановлении дыхания и улучшении самочувствия пострадавшего не-

25

обходимо укрыть (одеяло, пальто) и напоить большим количеством жидко-

сти (чай, минеральная вода). Противопоказан черный кофе и алкоголь! 4. Как можно быстрее доставить пострадавшего в лечебное учреждение.

2.2.Часть II

Вэтой части методического руководства надлежит ознакомиться с назна-

чением, принципом действия и правилами расчета плавких вставок предохра-

нителей, защитным заземлением, обеспечивающим безопасность персонала,

ролью защитного сопротивления, а также с правилами расширения пределов измерений вольтметров и амперметров.

2.2.1. Предохранители

Предохранители служат для защиты электрических приборов, радиоаппа-

ратуры и бытовой техники от токовых перегрузок или скачков напряжения в электрической сети.

Токовые перегрузки могут возникать при коротких замыканиях внутри самого устройства, когда возникает металлический контакт между оголенными проводами, находящихся под напряжением или, как правило, при электриче-

ском пробое конденсаторов, включенных в сглаживающий фильтр устройства,

в результате скачкообразного увеличения напряжения.

Скачки (броски) напряжения в питающей сети происходят из-за различ-

ных отклонений от нормы при передаче энергии от питающей подстанции к по-

требителю.

Рис. 2.5 Включение предохранителя в защищаемую цепь

Для предотвращения перегорания основных узлов на входе приборов, в

разрыв питающих проводов, последовательно включают предохранитель Пр

26

(рис. 2.5). Предохранитель предоставляет из себя изоляционный корпус (стек-

ло, фарфор), внутрь которого встроена плавкая вставка (проволочка), имеющая металлический контакт с колпачками предохранителя (рис. 2.6). На колпачках предохранителя указывается величина тока, на который рассчитана плавкая вставка (например, 2А).

При увеличении тока выше номинального плавкая вставка в предохрани-

теле сгорает и происходит разрыв цепи, т.е. прибор автоматически отключается от сети.

В зависимости от нужд потребителя промышленность выпускает много разновидностей предохранителей, плавкие вставки которых рассчитаны на про-

текание токов от долей ампера до десятков и даже сотен ампер. Плавкие встав-

ки предохранителей в нормальном рабочем режиме должны пропускать номи-

нальные токи, потребляемые электротехническими устройствами. В техниче-

ском паспорте каждого устройства указывается потребляемая им мощность,

номинальный ток и ток плавкой вставки предохранителя, как правило, эти дан-

ные наносятся на корпуса электроприборов.

Рис. 2.6. Предохранитель со стеклянным корпусом

1 - корпус предохранителя; 2 - контактные колпачки; 3 - плавкая вставка; 4 -

номинальный ток вставки.

Если же ток плавкой вставки предохранителя не указан в паспорте при-

бора, а стандартный предохранитель утрачен или уже использован, тогда рас-

чет плавкой вставки производится с учетом допустимых пределов изменения напряжения питающей сети.

В РФ, согласно ГОСТ, этот допуск расположен в диапазоне 220В 10%,

27

т.е. напряжение сети может изменяться от 200В до 240В. Повышение напряже-

ния питающей сети более 240В будет уже опасно для прибора, т.к. через при-

бор потечет ток, превышающий номинальный и, в этом случае, должна распла-

вится плавкая вставка предохранителя и разорвать цепь питания прибора.

Таким образом, при нормальном режиме работы предохранитель может длительно находится под напряжением (220 +10%) В, а, в случае превышения этого предела, плавкая вставка сгорает, защищая прибор.

2.2.2. Пример выбора плавкой вставки

Допустим, что нам нужно подобрать предохранитель, который защищал бы прибор от скачков напряжения и токов короткого замыкания. Прибор имеет следующие параметры:

Номинальное напряжение - Uном.=220 В;

Потребляемая мощность - Р=750 Вт=0,75кВт.

Предварительно определяют величину расчетного тока

I P 103 , [А], где Р - потребляемая мощность, кВт.

Uном

Так как подключаемый прибор имеет малую мощность, то кратность пус-

кового тока (в момент включения прибора) принимают 2,5. Тогда ток плавкой вставки

I пл. вст. I.

Для данного примера I P 103 =0,75 103 =3,409 3,4 А.

Uном

220

При этом необходимо учесть, что по ГОСТу напряжение в сети может колебаться в пределах 10% от номинального напряжения, согласно этому по-

ложению, аварийный ток плавкой вставки (ток, при котором вставка сгорит)

принимают равным 1,2 Iном. Для нашего примера это ток величиной

I пл. вст= 3,4 1,2= 4,08А.

Наша электротехническая промышленность выпускает стандартные пре-

дохранители следующих номиналов 0,25А, 0,5А, 1А, 2А, 3А, 4А, 5А, 10А, 25А

28

и т.д. (Эти данные приводятся в любом электротехническом справочнике). Так как стандартных предохранителей на такие номиналы нет, выбираем для наше-

го примера ток плавкой вставки

I пл. вст =4 А.

Определив ток плавкой вставки, можно рассчитать сечение медного про-

водника плавкой вставки, зная, что допустимая плотность тока для медных проводников j=32А/мм2.

2.2.3. Защитное сопротивление

Все медицинские приборы, а также приборы, используемые в научных целях, предназначенные для исследования воздействия на организм человека переменного, импульсного или постоянного электрического тока содержат за-

щитное сопротивление. Это приборы для проведения физиотерапевтических процедур электрофореза, гальванизации, стимуляции мышечной деятельности,

импедансплетизмографии и т.п.

Защитное сопротивление Rзащ включается в цепь последовательно с элек-

тродами Rэл (рис. 2.7), прикрепляемыми непосредственно к телу человека Z чел и

предназначено для ограничения тока, протекающего через организм, до безо-

пасной величины, не превышающей 10-3 А. Сопротивление Rэл состоит из со-

противления металлических электродов - Rмет и сопротивления прокладок, смо-

ченных физраствором - R пр , т.е. Rэл= Rмет+ R пр

Рис. 2.7. Пример включения защитного сопротивления

Рассмотрим конкретный пример применения защитного сопротивления.

Согласно закону Ома ток в этой цепочке (рис. 2.7) равен:

29

I = U/Rобщ.

Полное сопротивление цепи из последовательно соединенных элементов

Rобщ= Rзащ+Zчел+2Rэл

Но, так как сопротивление электродов Rэл пренебрежимо мало, по срав-

нению с остальными элементами цепи, то его величину можно не учитывать.

Напряжение U = Uзащ + Uчел есть сумма падений напряжения на соответ-

ствующих элементах цепи: Uзащ = I Rзащ ; Uчел = I Z чел.

Тогда:

	U		защ	Uчел		U	.
	I
		Rзащ		Zчел		Rобщ

Допустим U = 10 вольт, Zчел = 1,5кОм = 1,5 103 Ом. Без защитного со-

противления ток через организм человека составит:

I U =6,6 10-3А,

Zчел

т.е. превысит величину безопасного тока в 6,6 раз.

Рассчитаем величину защитного сопротивления Rзащ,

раничить ток I в этой цепи до безопасной величины Iб=10 -3

U

Iб = Zчел Rзащ , преобразуя, получим:

Rзащ = U Iбез Zчел .

Iбез

которое должно ог-

А:

Подставив численные значения, получим:

Rзащ= 8,5 кОм.

2.2.4. Измерение тока

Прибор, предназначенный для измерения величины потребляемого тока,

называется амперметром. Для измерения тока, протекающего через какой либо элемент электрической цепи, амперметр включается последовательно.

Так как амперметр обладает некоторым сопротивлением Rа , то для того,

чтобы амперметр не вносил погрешностей в измеряемую величину, его сопро-

тивление делают очень малым. Поэтому никогда не пытайтесь измерить силу

30