Электрический ток

1Электричество – форма энергии, которая нашла самое широкое применение сегодня в быту и на производстве. Все с этим согласятся, потому-что электрическую энергию довольно легко превратить в  другие формы энергии , например в тепловую, механическую, или в оптическую. Превращение можно осуществить  в различных установках и двигателях переменного тока , или постоянного тока.

Электрический ток представляет собой упорядоченное(направленное) движение электрически заряженных частиц.  За направление тока условно принимают направление движения  положительно заряженных частиц , иными словами , ток во внешней цепи идет от положительного полюса источника к отрицательному , а во внутренней цепи- от отрицательного полюса  к положительному.

Электрические заряды  под действием  электрического поля могут двигаться упорядоченно. Наличие электрического поля  и свободных носителей  электрического заряда  -достаточное условие существование электрического тока. Два электрических заряда с противоположными знаками могут создать электрическое поле. Если эти заряды соединить проводником , то на мгновение  по нему потечет электрический ток. Для длительного протекания тока в проводнике  требуется специальный источник, им может быть обычная батарейка, термоэлемент, или генератор. Для этих источников характерно , что на одном из зажиме  имеется избыток электронов, а на другом- недостаток. Другими словами  существует разность электрических уровней, которую называют  напряжением.

Таким образом разность потенциалов и является причиной возникновения электрического тока.

2 Зако́н О́ма — эмпирический физический закон, определяющий связь электродвижущей силы источника или электрического напряжения с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Закон ома для замкнутой цепи говорит о том что. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивлением, а также внешним нагрузочным сопротивлением. Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений. 

Закон Ома для замкнутой цепи

 
где R Сопротивление внешней цепи измеряется в Омах     

r- внутреннее сопротивление источника тока также измеряется в Омах   

   I -Сила тока в цепи. Измеряется в Амперах  

    E -Электродвижущая сила источника тока измеряется в Вольтах

 
 Иногда возникают ситуации, когда необходимо найти силу тока в цепи, но при этом напряжение на ее концах не задано. Но всё же известно сопротивление цепи и электродвижущая сила источника тока. Применить в этом случае закон Ома для участка цепи невозможно.  

В этом случае применяют закон Ома для замкнутой цепи. Для пояснения принципа действия этого закона проведем опыт. Для этого нам понадобится источник тока реостат вольтметр и амперметр.

 
 Для начала построим цепь, состоящую из источника тока реостата и амперметра. Перед началом эксперимента реостат выведем в максимальное положение. После включения в цепи появится ток, который можно наблюдать по амперметру. Двигая ползунок реостата увидим, что при изменении внешнего сопротивления цепи изменяется ток.  

Далее оставив на реостате определённое сопротивление, подключим параллельно источнику тока еще один такой же. И мы увидим, что ток в цепи увеличится. Казалось бы, оба источника имеют одно и то же напряжение сопротивление внешней цепи не изменилось, почему же увеличился ток.

 
 Произошло это по тому, что уменьшилось внутренне сопротивление источника тока. А поскольку в замкнутой цепи оно включено последовательно с внешним сопротивлением и источником тока. То это внутренне сопротивление также участвует в формировании тока в цепи.

3Прохождение  электрического тока сопровождается  многочисленными явлениями или  действиями, по которым можно  судить о его существовании. По  характеру воздействия эти явления  можно разделить на тепловые, магнитные и химические:

(1) Электрический ток нагревает проводник, по которому он протекает (тепловое действие). При этом некоторые проводники, например, вольфрамовая спираль осветительной лампы нагревается так сильно (до 2500оС), что начинает даже светиться. Другие проводники, например, медные провода, по которым ток течёт к лампе, практически не нагреваются. Тепловое действие тока не зависит от направления тока, а определяется его величиной и свойствами проводника. 

(2) Электрический  ток действует на намагниченные  тела, например, поворачивает магнитную стрелку, первоначально ориентированную вдоль проводника с током, перпендикулярно направлению тока (магнитное действие). Следует отметить, что магнитное действие тока зависит от величины тока и его направления и не зависит от вещества, из которого сделан проводник. Поэтому считают, что магнитное действие электрического тока – это его наиболее характерная черта, которая проявляется во всех проводниках.   

(3) Электрический  ток, проходя через растворы или  расплавы электролитов, может разлагать их на составные части в результате процесса, называемого электролизом (химическое действие). Например, при пропускании тока через воду она разлагается на водород и кислород, и пузырьки этих газов образуются на электродах, между которыми пропускают электрический ток. В металлических проводниках электрический ток не вызывает никаких химических изменений.

Чем больше электрический ток, тем большее действие на проводник он оказывает. Чтобы охарактеризовать величину тока, предположим, что проводник имеет форму цилиндра с поперечным сечением S (см. рис. 39б). Силой тока I называют отношение заряда Dq, переносимого этим током через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к величине этого интервала:

Единицей силы тока в СИ является ампер (А). При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит заряд в 1 Кл. Силу тока измеряют с помощью амперметров, в устройстве которых использовано магнитное действие электрического тока.

Если сила тока не изменяется со временем, то такой электрический ток называют постоянным. Условием существования постоянного электрического тока является наличие неизменного электрического поля в проводнике, или, другими словами, постоянного напряжения между концами проводника. Чтобы электрический ток через металлический проводник не прекращался, необходимо иметь устройство, перемещающее свободные электроны,  пришедшие из Б в А, обратно в Б (см. рис. 39в). Такое устройство называют источником тока. Источник тока перемещает заряды на участке АБ против действующих на них электростатических сил.

 

 

 

 

 

4Как электрический ток действует на человека

Факт действия электрического тока на человека был установлен в последней четверти XVIII века. Опасность этого действия впервые установил изобретатель электрохимического высоковольтного источника напряжения В. В. Петров. Описание первых промышленных электротравм появилось значительно позже: в 1863 г. — от постоянного тока и в 1882 г. — от переменного.

Электрический ток, электротравмы и электротравматизм

Под электротравмой понимают травму, вызванную действием электрического тока или электрической дуги.

Электротравматизм характеризуют такие особенности: защитная реакция организма появляется только после попадания человека под напряжение, т. е. когда электрический ток уже протекает через его организм; электрический ток действует не только в местах контактов с телом человека и на пути прохождения через организм, но и вызывает рефлекторное действие, проявляющееся в нарушении нормальной деятельности сердечно-сосудистой и нервной системы, дыхания и т. д. Электротравму человек может получить как при непосредственном контакте с токоведущими частями, так и при поражении напряжением прикосновения или шага, через электрическую дугу.

Электротравматизм по сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым, и особенно летальным, исходом занимает одно из первых мест. Наибольшее число электротравм (60—70 %) происходит при работе на электроустановках напряжением до 1000 В. Это объясняется широким распространением таких электроустановок и сравнительно низким уровнем электротехнической подготовки лиц, эксплуатирующих их. Электроустановок напряжением свыше 1000 В в эксплуатации значительно меньше, и обслуживает их специально обученный персонал, что и обусловливает меньшее количество электротравм.

Причины поражения человека электрическим током

Причины поражения человека электрическим током следующие: прикосновение к неизолированным токоведущим частям; к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением вследствие повреждения изоляции; к неметаллическим предметам, оказавшимся под напряжением; поражение током напряжения шага и через дугу.

Виды поражений человека электрическим током

Электрический ток, протекающий через организм человека, воздействует на него термически, электролитически и биологически. Термическое действие характеризуется нагревом тканей, вплоть до ожогов; электролитическое — разложением органических жидкостей, в том числе и крови; биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биоэлектрических процессов и сопровождается раздражением и возбуждением живых тканей и сокращением мышц.

Различают два вида поражения организма электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы — это местные поражения тканей и органов: электрические ожоги, электрические знаки и электрометаллизация кожи.

Электрические ожоги возникают в результате нагрева тканей человека протекающим через него электрическим током силой более 1 А. Ожоги могут быть поверхностные, когда поражаются кожные покровы, и внутренние — при поражении глубоколежащих тканей тела. По условиям возникновения различают контактные, дуговые и смешанные ожоги.

Электрические знаки представляют собой пятна серого или бледно-желтого цвета в виде мозоли на поверхности кожи в месте контакта с токоведущими частями. Электрические знаки, как правило, безболезненны и с течением времени сходят.

Электрометаллизация кожи — это пропитывание поверхности кожи частицами металла при его разбрызгивании или испарении под действием электрического тока. Пораженный участок кожи имеет шероховатую поверхность, окраска которой определяется цветом соединений металла, попавшего на кожу. Электрометаллизация кожи не представляет собой опасности и с течением времени исчезает, как и электрические знаки. Большую опасность представляет металлизация глаз.

К электрическим травмам, кроме того, относятся механические повреждения в результате непроизвольных судорожных сокращений мышц при протекании тока (разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервов, вывихи суставов, переломы костей), а также электроофтальмия — воспаление глаз в результате действия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц. По исходу электрические удары условно разделяют на пять групп: без потери сознания; с потерей сознания, но без нарушения сердечной деятельности и дыхания; с потерей сознания и нарушением сердечной деятельности или дыхания; клиническая смерть и электрический шок.

Клиническая, или «мнимая», смерть — это переходное состояние от жизни к смерти. В состоянии клинической смерти сердечная деятельность прекращается и дыхание останавливается. Длительность клинической смерти 6...8 мин. По истечении этого времени происходит гибель клеток коры головного мозга, жизнь угасает и наступает необратимая биологическая смерть. Признаки клинической смерти: остановка или фибрилляция сердца (и, как следствие, отсутствие пульса), отсутствие дыхания, кожный покров синеватый, зрачки глаз резко расширены из-за кислородного голодания коры головного мозга и не реагируют на свет.

Электрический шок — это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма на раздражение электрическим током. При шоке возникают глубокие расстройства дыхания, кровообращения, нервной системы и других систем организма. Сразу после действия тока наступает фаза возбуждения организма: появляется реакция на боль, повышается артериальное давление и др. Затем наступает фаза торможения: истощается нервная система, снижается артериальное давление, ослабевает дыхание, падает и учащается пульс, возникает состояние депрессии. Шоковое состояние может длиться от нескольких десятков минут до суток, а затем может наступить выздоровление или биологическая смерть.

Пороговые значения электрического тока

Электрический ток различной силы оказывает различное действие на человека. Выделены пороговые значения электрического тока: пороговый ощутимый ток — 0,6...1,5 мА при переменном токе частотой 50 Гц и 5... 7 мА при постоянном токе; пороговый неотпускающий ток (ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник) — 10...15 мА при 50 Гц и 50...80 мА при постоянном токе; пороговый фибрилляционный ток (ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца) — 100 мА при 50 Гц и 300 мА при постоянном электрическом токе.

От чего зависит степень действия электрического тока на организм человека

Исход поражения также зависит от длительности протекания тока через человека. С увеличением длительности нахождения человека под напряжением эта опасность увеличивается.

Индивидуальные особенности организма человека значительно влияют на исход поражения при электротравмах. Например, неотпускающий ток для одних людей может быть пороговым ощутимым для других. Характер действия тока одной и той же силы зависит от массы человека и его физического развития. Установлено, что для женщин пороговые значения тока примерно в 1,5 раза ниже, чем для мужчин.

Степень действия тока зависит от состояния нервной системы и всего организма. Так, в состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, болезни (особенно болезней кожи, сердечно-сосудистой системы, нервной системы и др.) и опьянения люди более чувствительны к протекающему через них току.