Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловое действие тока

Тепловое действие тока

Закон Джомуля — Лемнца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U*I*t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I*R*I*t, т. е. Q=I *R*t Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени. К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Рассмотрим устройство лампы накаливания. Нагреваемым элементом в ней является свернутая в спираль тонкая вольфрамовая нить 1. Вольфрам для изготовления нити выбран потому, что он тугоплавок и имеет достаточно большое удельное сопротивление. Спираль с помощью специальных держателей 2 укрепляется внутри стеклянного баллона, наполненного инертным газом, в присутствии которого вольфрам не окисляется. Баллон крепится к цоколю 3, к которому припаян один конец токоведущего провода в точке 4. Второй конец провода через изолирующую прокладку 5 припаян к нижнему контакту. Лампа ввертывается в патрон. Он представляет собой пластмассовый корпус А, в котором имеется металлическая гильза Б с резьбой; к ней присоединен один из проводов сети. Патрон контактирует с цоколем 3. Второй провод от сети присоединен к контакту В, который касается нижнего контакта лампы. Лампы накаливания удобны, просты и надежны, но экономически они невыгодны. Так, например, в лампе мощностью 100 Вт лишь небольшая часть электроэнергии (4 Вт) преобразуется в энергию видимого света, а остальная энергия преобразуется в невидимое инфракрасное излучение и в форме тепла передается окружающей среде.

Для оценки эффективности того или иного устройства в технике введена специальная величина — коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициентом полезного действия называют отношение энергии, полезно преобразованной (работы или мощности), ко всей потребленной энергии, или затраченной (работе или мощности):

Часто КПД выражают в процентах (%). Вычислим КПД электрической лампы накаливания по данным, приведенным выше: h=4/100=0.04=4%;

Для сравнения укажем, что КПД лампы дневного света примерно 15%, а у натриевых ламп наружного освещения около 25%.

Существует большое число электрических нагревательных приборов, например электрические плиты, утюги, самовары, кипятильники, обогреватели, электрические одеяла, фены для сушки волос, в которых используется тепловое действие тока. Основным нагревательным элементом является спираль из материала с большим удельным сопротивлением. Она помещается в керамические изоляторы с хорошей теплопроводностью, которые изготовлены в виде своеобразных бус. В приборах, предназначенных для нагревания жидкостей, изолированная спираль помещается в трубки из нержавеющей стали. Ее выводы тоже тщательно изолируются от металлических частей приборов. Температура спирали при работе нагревательного прибора остается постоянной. Объясняется это тем, что очень быстро устанавливается баланс между потребляемой из сети электроэнергией и количеством теплоты, отдаваемым путём теплообмена окружающей среде. теплота сверхпроводимость постоянный ток

Очень эффективным преобразователем электрической энергии, дающим много тепла и света, является электрическая дуга. Ее широко используют для электрической сварки металлов, а также в качестве мощного источника света. Для наблюдения электрической дуги надо два угольных стержня с присоединенными к ним проводами закрепить в хорошо изолирующих держателях, а затем подключить стержни к источнику тока, дающему невысокое напряжение (от 20 до 36 В) и рассчитанному на большие силы тока (до 20 А). Последовательно стержням обязательно надо включить реостат. Ни в коем случае нельзя подключать угли в городскую сеть (220 или 127 В), так как это приведет к сгоранию проводов и к пожару. Коснувшись углями друг друга, можно заметить, что в месте соприкосновения они сильно раскалились. Если в этот момент угли раздвинуть, между ними возникает яркое слепящее пламя, имеющее форму дуги. Это пламя вредно для зрения. Пламя электрической дуги имеет высокую температуру, при которой плавятся самые тугоплавкие материалы, поэтому электрическая дуга используется в дуговых электрических печах для плавки металлов. Пламя дуги является очень ярким источником света, поэтому его часто используют в прожекторах, стационарных кинопроекторах и т. д.

Электрические цепи всегда рассчитаны на определенную силу тока. Если по той или иной причине сила тока в цепи становится больше допустимой, то провода могут значительно нагреться, а покрывающая их изоляция — воспламениться. Причиной значительного увеличения силы тока в сети может быть или одновременное включение мощных потребителей тока, например электрических плиток, или короткое замыкание. Коротким замыканием называют соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. Короткое замыкание может возникнуть, например, при ремонте проводки под током (рис. 86) или при случайном соприкосновении оголенных проводов. Сопротивление цепи при коротком замыкании незначительно, поэтому в цепи возникает большая сила тока, провода при этом могут сильно накалиться и стать причиной пожара. Чтобы избежать этого, в сеть включают предохранители. Назначение предохранителей — сразу отключить линию, если сила тока вдруг окажется больше допустимой нормы.

Читайте так же:
Автоматический выключатель с тепловым расцепителями

Рассмотрим устройство предохранителей, применяемых в квартирной проводке. Главная часть предохранителя, изображенного на рисунке проволока С из легкоплавкого металла (например, из свинца), проходящая внутри фарфоровой пробки П. Пробка имеет винтовую нарезку Р и центральный контакт К. Нарезка соединена с центральным контактом свинцовой проволокой. Пробку ввинчивают в патрон, находящийся внутри фарфоровой коробки Свинцовая проволока представляет, таким образом часть общей цепи. Толщина свинцовых проволок рассчитана так, что они выдерживают определенную силу тока, например 5, 10 А и т.д. Если сила тока превысит допустимое значение, то свинцовая проволока расплавится и цепь окажется разомкнутой. Предохранители с плавящимся проводником называют плавкими предохранителями.

ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА

Одним из следствий протекания по проводнику электрического тока является нагревание последнего. Это нагревание является следствием того, что проводник представляет собой некоторое сопротивление току. Роль электрического сопротивления подобна роли трения в механической системе.

Напряжение между концами проводника согласно закону Ома

Чтобы определить работу, совершаемую током для преодоления сопротивления проводника за время dt, нужно умножить U на Idt:

Это закон Джоуля—Ленца: тепло пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению. Вся работа в проводнике преобразуется в тепло (?теп, которое измеряется в единицах энергии — джоулях.

Обозначим величину Pxr= Q<), ее можно назвать тепловой мощностью. Таким образом, тепло

Это тепло частично поглощается самим проводником, т.е. затрачивается на повышение его температуры (dQttou), а частично отдается в окружающую среду (dQom):

Первый член правой части (5.4) равен произведению изменения температуры проводника dT по отношению к окружающей среде на его теплоемкость С, т.е.

Теплоемкость тела С (Дж / К) есть тепло, необходимое для нагревания тела на 1 °С. В свою очередь, теплоемкость С равна произведению удельной теплоемкости материала с на его массу т, т.е. С = cm .

Второй член уравнения (5.4) dQ выражает собой часть тепла, отдаваемую проводником через его поверхность теплоотдачи ST в окружающую среду.

За время dt в окружающую среду отдается

где кт удельная теплоотдача проводника [Дж: (м 2 °С х х с)]. Полная теплоотдача проводника обозначена через Н.

Отметим, что под Тмы понимаем не температуру проводника, а только превышение температуры проводника 0 над температурой окружающей среды 0О, т.е. Т= 0 — 0О.

Таким образом, уравнение нагревания проводника имеет вид:

Проводник не сразу нагревается до максимальной температуры 0М = 0О + Тм, его температура повышается постепенно. По мере возрастания Тувеличивается второй член в уравнении (5.7) и уменьшается первый, т.е. сильно нагретый проводник отдает все больше тепла и все медленнее он нагревается. Наконец, наступает тепловое равновесие. Температура проводника перестает повышаться, так как тепло, выделяемое током, равно теплу, отдаваемому в окружающую среду. Это равновесие наступает при максимальном повышении температуры Тм. Следовательно,

Во всех электротехнических устройствах проводник не должен нагреваться выше определенной температуры. Например, провода с резиновой изоляцией на должны нагреваться выше 55 °С, а кабели с бумажной изоляцией — выше 80 °С. При расчетах допустимого значения Тм в качестве температуры окружающей среды принимают 40 °С — наиболее неблагоприятную возможную температуру. Следовательно, для провода с резиновой изоляцией Тм = 55 — 40 = 15 °С.

Тепловое действие тока

Закон Джо́уля — Ле́нца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцем [1] .

В словесной формулировке звучит следующим образом [2] :

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, равна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля.

Математически может быть выражен в следующей форме:

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах [3] :

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка.

В интегральной форме этот закон имеет вид

Применяя закон Ома, можно получить следующие эквивалентные формулы:

Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока в проводах является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно — значит, ток в сети I на проводах и нагрузке одинаков. Мощность нагрузки и сопротивление проводов не должны зависеть от выбора напряжения источника. Выделяемая на проводах и на нагрузке мощность определяется следующими формулами

Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при выборе проводов, предназначенных для сборки электрических цепей, достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют выбор сечения проводников.

Читайте так же:
Тепловизионный контроль трансформатора тока

По этой причине для передачи необходимой мощности через современные магистральные воздушные линии электропередач, их проектируют под сверхвысокое напряжение (до 1150 кВ), чтобы обеспечить сверхнизкие токи в ЛЭП.

Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

Урок физики "Действия тока"

Нажмите, чтобы узнать подробности

С какой бы скоростью ни двигались электроны в металле, мы не можем увидеть их воочию – они слишком малы. Судить о наличии в проводнике тока, мы можем лишь по производимому им действию. Действие электрического тока может быть очень разнообразным. Тепловое действие тока проявляется в нагревании проводника. В домашних условиях это действие широко используется в электронагревательных приборах: чайниках, обогревателях, фенах, кухонных плитах. При создании таких приборов основная задача сводится к тому, чтобы тепловое действие проявилось максимально.

В лампах накаливания электрический ток нагревает проволоку из вольфрама до белого каления, так, что она излучает свет. Впрочем, при этом 95 % электроэнергии превращается в тепловую и только 5 % превращается в световую энергию.

В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, инкубаторы, сушат зерно.

Ток обладает также и магнитным действием. Причём магнитное действие тока проявляется всегда и в любых проводниках, это основное действие тока.

Человек очень активно использует магнитные свойства тока. Для использования магнитного действия тока сооружают катушки – спиральные обмотки из изолированных проводов и пропускают по ним ток. Таким образом, создают электромагниты. Электромагнит – одна из основных деталей многих технических приборов. Электромагнитный подъёмный кран переносит железный лом. Этот кран поднимает железные предметы и тогда, когда они находятся в деревянных ящиках, т.к. магнитные силы действуют через различные немагнитные материалы. Электромагнитный кран способен поднять сплошные стальные плиты весом до 16 тонн.

Магнитные сепараторы применяют в сельском хозяйстве для отделения семян клевера, люцерны, люцерны от семян сорняков. Если засыпать загрязнённые сорняками семена мелкими железными опилками, на семенах сорняков скопится их большое количество, в то время, как гладкие семена злаков останутся чистыми. Теперь можно с лёгкостью очистить зерно от сорняков в устройстве типа магнитного сепаратора.

Электролиз (химическое действие тока) получил широкое применение в различных отраслях промышленности. Впервые он был использован для гальванопла­стики, представляющей собой получение копий с рельефов. С этой целью гипсовый оттиск (негатив) со снимаемого рельефа покрыва­ют слоем графита и погружают в раствор соли металла, который осаждается на оттиске, как на катоде. После удаления гипса полу­чается металлическая копия рельефа.

С помощью электролиза наносят относительно тонкие покрытия одних металлов на другие (гальваностегия). Гальваностегия ис­пользуется для придания изделиям декоративного вида и для защи­ты от коррозии. Таким способом производят золочение, серебрение, никелирование и т. д.

Электролиз служит также для очистки (рафинирования) метал­лов, например меди. Пластины литой меди, полученной путем обжига руды, опускают в качестве анодов в ванны, содержащие раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой для по­вышения проводимости электролита. Катодами в этих ваннах явля­ются тонкие медные кисти, на которых отлагается электролитиче­ская медь, а примеси осаждаются на дно ванны.

Весьма распространен электролитический способ получения едких щелочей натрия, калия и хлора, а также кислорода и водоро­да путем разложения воды, подкисленной серной кислотой.

Просмотр содержимого документа
«Тест первичное закрепление»

1. Электрический ток – это…

а) упорядоченное движение частиц,

б) упорядоченное движение свободных электронов,

в) упорядоченное движение заряженных частиц,

г) движение заряженных частиц.

2. Какое действие тока всегда наблюдается в твердых, жидких и газообразных проводниках?

а) тепловое, б) химическое,

в) магнитное, г) биологическое.

3. В каком из перечисленных случаев используется химическое действие тока?

а) нагревание воды электрическим током,

б) хромирование деталей,

в) рефлекторное сокращение мышц,

г) свечение электрической лампы.

4. Какое действие тока используют в устройстве пылесоса?

Читайте так же:
Плотность тепловой мощности постоянного тока равна теплу выделяемому единицей

а) химическое, б) магнитное, в) биологическое, г) тепловое.

5. В устройстве какого бытового прибора используется тепловое действие тока?

а) телевизор, б) тостер, в) пылесос, г)вентилятор.

1.Электрический ток в металлах – это…

а) упорядоченное движение частиц,

б) упорядоченное движение свободных электронов,

в) упорядоченное движение заряженных частиц,

г) движение заряженных частиц.

2.Как называется действие тока, которое может вызвать сильные конвульсии и кровотечения из носа?

а) тепловое, б) химическое,

в) магнитное, г) биологическое.

3. В каком из перечисленных случаев используется биологическое действие тока?

а) нагревание воды электрическим током,

б) хромирование деталей,

в) рефлекторное сокращение мышц,

г) свечение электрической лампы.

4. Какое действие тока используют в устройстве гальванометра?

а) химическое, б) магнитное,

в) биологическое, г) тепловое.

5. В устройстве какого бытового прибора используют одновременно

тепловое и магнитное действие тока?

а) телевизор, б) фен,

в) пылесос, г) электрическая лампа.

Просмотр содержимого документа
«Технологическая карта урока»

Структура урока

Задачи этапа

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Формируемые

1. Организацион-ный момент.

2.Вводно- мотивационный

Включить учащихся в учебную деятельность

Организует познавательную деятельность учащихся: предлагает составить кластер по теме «Электрический ток».

Организует коллективную работу по систематизации материала и проверке составленного кластера.

Отвечают на приветствие учителя

Психологическая готов­ность и эмоциональная настроенность учащихся на работу.

Обучающиеся самостоятельно систематизируют имеющиеся знания по теме, затем отвечают на предложенные вопросы вслух и озвучивают ответ с места.

(П) Осознанное и произвольное построение речевого высказывания;

слушают и понимают физический смысл речи учащихся класса и учителя, систематизация знаний.

2. Постановка цели и задач урока

Актуализировать учебное содержание. Организовать познавательную деятельность учащихся.

Учитель предлагает учащимся собрать электрическую цепь из имеющихся электроприборов и проверить наличие электрического тока в цепи.

Как вы узнаете, что электрический ток течет по проводам?

Как определить исправна ли электрическая плитка?

Постановка проблемного вопроса.

Выяснение темы урока, формулировка его цели.

Учащиеся формулируют ответы на вопросы ,на экспериментальную проблему поставленную учителем.

Учащиеся выдвигают предположения о теме урока «Действия электрического тока.»

(Р) — развитие мотивов и интересов познавательной деятельности.

(П) — построение цепи рассуждений и речевого высказывания.

3. Введение новых знаний

Принятие учебной задачи

Действием электрического тока называют те явления, которые наблюдаются при наличии электрического тока в цепи. По этим действиям судят об электрическом токе, так как нельзя непосредственно наблюдать за движением заряженных частиц в проводнике. Некоторые действия тока вам известны из повседневной жизни.

Весь класс делится на группы. Каждая группа получает экспериментальное задание. Выполняет задание и отчитывается перед классом.

1) Группа наблюдает тепловое действие электрического тока. Для выполнения работы используют резистор, ключ, источник тока , соединительные провода и термометр.

2) Группа наблюдает магнитное действие электрического тока. Для выполнения работы используют катушку с током и магнитную стрелку.

3)Весь класс наблюдает химическое действие электрического тока. Для выполнения работы используют сосуд с раствором медного купороса , два угольных стержня, лампочка на стойке, ключ, соединительные провода.

(учитель химии)

4) Работа с научным текстом.

самостоятельно познакомиться с механическим действием тока и областями применения данного действия.

Учащиеся выполняют экспериментальные задания, работая в группах, делают выводы, отличая факт от гипотезы. Приводят примеры практического применения данного действия тока. В результате совместной работы класса и учителя; предлагают разнообразные способов решения познавательных задач (анализ, синтез, обобщение в выводах); используют знаково-символьную информацию; оформляют свои мысли в устной и письменной форме; слушают и понимают речь других.

Самостоятельно изучают научный текст, отвечают на поставленные вопросы и заносят информацию в таблицу.

(П) — понимают ценностные ориентиры и смысл учебной деятельности.

(Р) — учатся высказывать свои предположения (версии); принимают учебную задачу; учатся работать с приборами.

(К) — адекватно воспринимают информацию учителя или товарища, содержащую оценочный характер ответа или выполнения действия.

4.Первичное закрепление нового знания

Организует работу с тестом

Обучающиеся отвечают индивидуально на предложенные вопросы. Затем осуществляют взаимопроверку.

(Р)- осуществление прогнозирования, самоконтроля, коррекции действий;

(К)- владение монологической и диалогической речью;

-планирование сотрудничества со сверстниками;

-становление причинно-следственных связей.

Зафиксировать новое содержание, изученное на уроке. Оценить собственную деятельность на уроке. Зафиксировать неразрешенные затруднения как направления будущей учебной деятельности

Оценить собственную деятельность на уроке, продолжив фразу.

1.Проверяют листы с заданиями. Ставят оценки.

2. Проводят самоанализ работы на уроке .

(Р) — самоконтроль; оценивание качества и уровня усвоения; коррекция

Домашнее задание

Обсудить и записать домашнее задание

Домашнее задание: § 35, упр.14

рассмотреть применение электроприборов в парикмахерской , указать название и действие тока.

Ученики записывают домашнее задание в дневники

Просмотр содержимого документа
«Фамилия 2»

1. Практическое задание

Собрать электрическую цепь, состоящую из источника тока, катушки, ключа, соединительных проводов. Поднести к катушке компас (магнитную стрелку), описать результаты наблюдений.

2. Составить кластер «Электрический ток»

3.Прочитать предложенный текст, заполнить таблицу.

Действие тока

Практическое применение

4. Выполнить предложенный тест

сегодня я узнал.

было интересно узнать, что…

Просмотр содержимого документа
«Фамилия1»

1. Практическое задание

Собрать электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, ключа, соединительных проводов. Проверить, есть ли ток в электрической цепи.

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.

Читайте так же:
Номинальный тепловой ток ith

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.

Читайте так же:
Расчет тока теплового реле для асинхронного двигателя

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».

Как показывает статистика, наибольшее число несчастных случаев происходит вследствие случайного прикосновения или приближения к голым, незащищенным частям электроустановок, находящихся под напряжением. Для защиты от поражения током голые провода, шины и другие токоведущие части либо располагают в недоступных местах, либо защищают ограждениями. В некоторых случаях для защиты от прикосновения применяют крышки, короба и т. п.

Поражение током может возникнуть при прикосновении к нетоковедущим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением при пробое изоляции. В этом случае потенциал нетоковедущей части оказывается равным потенциалу той точки электрической цепи, в которой произошло нарушение изоляции.

Опасность поражения усугубляется тем, что прикосновение к нетоковедущим частям в условиях эксплуатации является нормальной рабочей операцией, поэтому поражение всегда является неожиданным.

Влияние на уровень электробезопасности режима нейтрали трехфазных электрических сетей

Место соединения концов фаз источника питания (генератора или трансформатора) называется нейтралью (точка 0).

  1. заземленная нейтраль,
  2. изолированная нейтраль,
  3. компенсированная нейтраль.

Заземленная нейтраль

Ток однофазного короткого замыкания в сети с заземленной нейтралью достаточно велик и сопровождается возникновением дуги, что делает невозможным использование таких сетей в угольных шахтах и помещениях, опасных в отношении взрыва и пожара. Поэтому сети с заземленной нейтралью могут использоваться в помещениях, не опасных в отношении взрыва и пожара. Защита от короткого замыкания осуществляется плавкими вставками или реле максимальной токовой защиты, что удешевляет эксплуатационные расходы. Напряжение поврежденной фазы при однофазном замыкании падает до 0, напряжения неповрежденных фаз меняются незначительно, поэтому нет повышенных требований к изоляции.

На промышленных предприятиях используется наиболее распространенная система 220/380 В с заземленной нейтралью. В случае прикосновения к фазному проводу через тело человека будет протекать ток
что очень опасно.

Прикосновение тела человека к фазному проводу в сети с заземленной нейтралью всегда опасно.

Изолированная нейтраль

При однофазном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью ток короткого замыкания определяется сопротивлением изоляции, которое, в свою очередь, определяется активным и емкостным сопротивлением. При хорошем состоянии изоляции и небольшой длине кабелей (емкость кабеля невелика) сопротивление изоляции достаточно велико, ток однофазного замыкания небольшой — возможно возникновение искрения при отсутствии дугового разряда, что делает возможным применение таких сетей во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Прикосновение к фазному проводу в сети с изолированной нейтралью может быть безопасным при хорошем состоянии изоляции, так как ток через тело человека определяется сопротивлением изоляции.

Ток с одной из фаз проходит через тело человека, через сопротивление изоляции на другие фазы. В сети 220/380 В при сопротивлении изоляции 60 кОм ток через человека:

что безопасно.

При большой длине кабельных линий суммарная емкость сети увеличивается, сопротивление изоляции снижается, прикосновение человека к фазному проводу может стать опасным. Кроме того, в случае пробоя изоляции одной из фаз и прикосновения к другой фазе на тело человека воздействует линейное напряжение и в токовой цепи отсутствует сопротивление изоляции, что гораздо опаснее. Поэтому необходим непрерывный контроль изоляции и немедленное отключение участка сети при пробое одной из фаз или опасном снижении сопротивления.

Компенсированная нейтраль

Нейтральная точка соединяется с землей через индуктивное сопротивление XL, примерно равное емкостному сопротивлению изоляции Хс, что приводит к образованию «электрической пробки», при которой емкостная проводимость сравнивается с проводимостью индуктивной.

Поскольку они соединены параллельно, суммарная проводимость становится равной примерно 0, а это соответствует бесконечно большому сопротивлению. Величина тока, протекающего через тело человека при прикосновении его к фазному проводу в сети с компенсированной нейтралью, существенно уменьшается.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector