В комментариях к нашей статье, посвященной трагической смерти малайзийского школьника, который погиб в наушниках, мы пообещали раскрыть тему электротравм и подробно объяснить, как электрический ток воздействует на органы и ткани человеческого организма. Обещание дано — слово соблюдено.
Что убивает ток или напряжение: какое электричество смертельно для человека
Электричество таит в себе множество опасностей, и это известно почти каждому. Чтобы избежать поражения электрическим током, необходимо понимать суть его воздействия на человеческий организм, что происходит при приложении напряжения.
Для того чтобы осознать, как именно электричество становится опасным, первоначально нужно разобраться в основных электротехнических терминах и усвоить разницу между током и напряжением.
Напряжение — это разность электрических потенциалов. Проще говоря, это разница между количеством зарядов в двух точках электрической цепи. Чем больше зарядов в одной точке по сравнению с другой, тем выше разность потенциалов, что соответственно дает более высокое значение напряжения, измеряемое в вольтах.
В качестве уровня с нулевым потенциалом обычно принимается поверхность Земли.
Можно провести аналогию, сравнив напряжение с сосудами, в которых есть вода. Представьте два сосуда, один из которых расположен выше другого. В этом случае можно сравнить разность высот (наиболее точно — разность потенциальной энергии воды) с разностью напряжения.
Теперь, если мы свяжем эти сосуды трубкой или опустим трубку до уровня земли, вода начнет стекать из верхнего сосуда, вызывая определенное воздействие (такие как звук, расплескивание и размывание земли), которое зависит от кинетической энергии стока воды. Эта энергия, в свою очередь, зависит от:
- разности высот (что аналогично напряжению);
- сечения трубки (что соответствует электрическому сопротивлению).
Кинетическую энергию потока воды можно сопоставить с величиной электрического тока (которая измеряется в амперах), что позволяет провести аналогию между эффектами движения воды и электрическим током (например, нагрев проводника, создание магнитного поля и т. д.). Очевидно, что чем больше разница высот, тем больше брызг и тем громче шум при течении воды. Увеличение сечения трубки также упростит поток, аналогично увеличивая воспринимаемую мощность электрического тока.
На самом деле электрический ток проявляется как упорядоченное движение носителей заряда. Чем больше зарядов переносится за единицу времени, тем выше сила тока.
Можно подвести итог: напряжение может существовать без тока (в разомкнутой цепи), но ток не может существовать без напряжения (разности потенциалов).
Также можно выделить два ключевых вывода:
- При одном и том же напряжении через разные сопротивления может протекать различный ток.
- Одинаковый ток может быть вызван разными напряжениями при разных значениях сопротивления проводника.
Оба эти вывода крайне важны для понимания последующих разделов.
Что убивает ток или напряжение
В повседневной жизни и в Интернете нередко звучит утверждение — убивает не напряжение, а ток. Это утверждение в целом верно, однако часто его неправильно интерпретируют. Именно отсюда и возникают страхи, например, такие, что автомобильный аккумулятор может оказаться смертельным, несмотря на его напряжение 12 вольт и способные выдавать ток до 100 ампер.
На самом деле, как было указано выше, ток создается из напряжения, которое подается к определенному сопротивлению. Это означает, что для того чтобы вызвать ток в 0,1 А (100 мА), который считается потенциально смертельным для человеческого организма, аккумулятор должен быть подключен к сопротивлению, составляющему 120 Ом, что существенно ниже сопротивления человеческого тела (в среднем оно составляет около 50 кОм, колеблясь от 2 кОм до 2 Мом, в зависимости от состояния кожи и пути прохождения тока).
Чтобы создать ток в 0,1 А (100 мА) через тело человека (при условии, что сопротивление тела составляет 50 кОм), потребуется напряжение в 500 вольт. Если же при определенных обстоятельствах сопротивление тела окажется ниже 50 кОм, то напряжение стандартной бытовой сети (220 В) может стать фатальным. В таком случае аккумулятор выдаст всего 0,00024 А или 0,24 мА, что совсем не вызовет неприятных ощущений. Даже если сопротивление тела будет минимальным, низковольтный источник электричества не сможет создать опасный ток.
Таким образом, следует заключить, что убивает ток, но для его возникновения необходимо определенное напряжение. Поэтому для человека потенциально смертельно изначально напряжение, и уровень опасности следует оценивать на основе величины напряжения.
Ток различной силы по-разному вовлекает человеческий организм. С увеличением силы тока увеличивается вредное воздействие на него.
| Сила тока, мА | 1,5..5 | 3..7 | 10..17 | 17..30 | 30..80 | 80..120 |
| Ощущение | Легкое покалывание | Незначительное дрожание пальцев, кистей рук | Судороги мышц, жжение | Сильные судороги, боль | Нарушения сердечного ритма, затруднение дыхания | Остановка сердца и дыхания |
Что такое переменный ток
Переменный ток — это поток электрического заряда, который постоянно меняет свое направление с определенной частотой. Его часто обозначают сокращением AC, что расшифровывается как Alternating current. Направления, по которым течет переменный ток, называются положительным и отрицательным.
Простейший генератор переменного тока, на котором можно проследить принцип его работы, можно представить как петлю из магнитной проволоки, движущуюся в магнитном поле между двумя полюсами магнита. В процессе движения проволоки в ней генерируется электрический заряд, который попеременно подается к ее концам, обладая и положительными, и отрицательными свойствами.
В реальной жизни для генерации переменного электричества используются более сложные установки. Заряд в них вырабатывается путем вращения магнитного поля вокруг проводника или наоборот. Примеры таких генераторов:
1. Установки на электростанциях — атомных, тепловых, гидравлических.
2. Автомобильные генераторы, которые подзаряжают аккумулятор и обеспечивают питание всех потребителей электроэнергии в автомобиле.
3. Генераторы, работающие на топливе, например, бензиновом. Эти устройства используются в ситуациях, когда к дому или рабочему месту не имеется доступа к централизованному энергоснабжению.
4. Тяговые генераторы, которые служат для питания тепловозов.
Переменный ток широко используется для энергоснабжения благодаря своей способности передаваться на большие расстояния с минимальными потерями. Перед тем как ток отправляется по высоковольтным линиям, он проходит через повышающий трансформатор, который увеличивает напряжение до очень высоких значений (порядка 100 кВ) и подает на линии дальней электропередачи.
На следующем этапе — подстанция с понижающим трансформатором. На этом этапе напряжение тока снижается до средних уровней (6, 10 или 35 кВ). Далее ток поступает по подземным кабелям на распределительную станцию, где напряжение снижается до 0,4 кВ. Перед тем как электричество попадет в жилые дома, оно проходит через вводно-распределительную станцию, где его напряжение уменьшается до 380 (линейное) или 220 В (фазное напряжение).
Стандарты конечного напряжения различаются в разных регионах мира. Например, в Японии стандартное потребительское напряжение составляет 100 В, в Соединенных Штатах — 120 В. Частота, с которой меняется полярность переменного тока, измеряется в герцах (Гц). В России, а также во многих странах, входивших в состав бывшего СССР, этот параметр составляет 50 Гц. Но в Северной Америке и некоторых государствах Восточной Азии эта частота равняется 60 герц.
Выбор данной частоты был обусловлен тем, что генераторы электрической энергии традиционно работают на скорости 3000 оборотов в минуту. Поэтому в секунду это составляет 50 оборотов. Более низкие частоты не обеспечивают эффективной работы техники; например, при низкой частоте начинаются мерцания ламп, а асинхронные двигатели не могут выполнять свои номинальные обороты.
Форма потребительского переменного тока представлена синусоидальной волной.
Что такое постоянный ток
Постоянный ток — это разновидность электрического потока, направление которого остается неизменным в течение всего времени его прохождения, поэтому у него отсутствует частота. Постоянный ток образуется из следующих источников:
1. Аккумуляторы различных типов и емкостей (литий-ионные, никель-кадмиевые и др.), которые используются для автономного питания мобильных компьютеров, автомобилей, фонарей и прочих приборов.
2. Адаптеры устройств, подключаемых к сети.
Большинство электроприборов использует для работы не переменный, а постоянный ток, поступающий от адаптера (внутреннего или внешнего) или аккумулятора. Если магнитофон, например, который предназначен для работы на постоянном токе, подключить напрямую к сети с переменным током 220 или 110 В, это приведет к его необратимым повреждениям. Адаптеры снижают параметры тока до необходимых, а аккумуляторы аккумулируют и передают устройства трансформированный постоянный заряд.
Принцип действия постоянного тока можно проиллюстрировать с помощью аналогии резервуара с шлангом. Заряд из батареи или адаптера движется в одном направлении, как вода, вытесняемая из резервуара через шланг.
Рекомендуем ознакомиться с нашей статьей, чтобы узнать все о электрическом токе:
Электрический ток: что это Как он возникает, какие бывают типы и как его рассчитывать?
Электрический ток — это направленное движение частиц, являющихся носителями электрического заряда. Каждый из нас помнит об этом еще со школьных уроков. Однако важно понимать, куда они движутся, зачем и почему? Большинство наших читателей, конечно же, владеют этой информацией.
Как возникает ток
Когда проводник соединяет потенциалы противоположных зарядов, возникает направленное движение заряженных частиц – электрический ток, стремящийся устранить разницу потенциалов.
Это направленное движение заряженных частиц позволяет нашим электроприборам выполнять полезные функции: освещать, стирать, обогревать, сверлить и так далее. Чем больше разница потенциального напряжения, тем выше сила тока. В случае размыкания цепи ток течь не будет, независимо от того, как высоко напряжение.
Воздействие на организм
Тело человека, будучи проводником, может замыкать электрическую цепь. В таком случае ток пройдет через организм, и его сила определяется по формуле:
- U — величина напряжения, действующего на человека;
- R — сопротивление тела.
В это время происходит поражение организма.
Из приведенной таблицы становится очевидным, какой ток считается опасным для человека:
- 15 мА — неотпускающая величина, самостоятельно освободиться невозможно;
- 50 мА может привести к фибрилляции сердца, остановке дыхания или даже смерти;
- 200 мА вызывает серьезные ожоги, несовместимые с жизнью.
Электрический удар возникает при напряжении до 1000 вольт. При превышении этой величины поражение происходит через ожоги.
Смертельное поражение может произойти даже без непосредственного контакта с высоковольтным оборудованием. Например, при нахождении вблизи высоковольтной установки между телом и проводящими частями может возникнуть электрическая дуга с такой характеристикой, как:
- опасная для зрения яркая вспышка;
- мгновенное разогревание воздуха до 10 000-15 000 градусов Цельсия;
- расплавление и испарение металлов, образование аэрозолей.
Энергия, выделяемая при дуговом разряде, может вызвать ожоги, несовместимые с жизнью.
Чтобы защитная автоматика сработала, требуется крайне короткое время. Однако при возникновении дуги выделяется огромное количество энергии, что может смертельно повредить человека за такой короткий интервал времени.
Какое влияние оказывает электрическое напряжение на человека?
Высокое напряжение электричества оказывает серьезное воздействие на человека и может привести к различным негативным последствиям, включая электрический удар. Прикосновение к проводящим элементам, находящимся под напряжением, приводит к движению электрического тока через тело человека, что может закончиться травмами и серьезными увечьями.
Сильное электрическое напряжение может вызвать значительное сокращение или даже паралич мышц, что может впоследствии привести к нарушениям дыхания или сердечного ритма. Более того, высокое напряжение может вызвать ожоги, возникающие в результате нагрева тканей, что приводит к повреждениям как поверхности кожи, так и внутренних органов.
Кроме того, электрическое напряжение может спровоцировать физиологические изменения в организме. Так, например, могут происходить сильные изменения в состоянии кожи, вплоть до ее обветривания, может меняться цвет волос, а также наблюдаться проблемы со зрением и слухом. Это вызвано электролизом тканей и прямым воздействием электрического тока на нервную систему.
Важно отметить, что степень воздействия электрического напряжения на человека зависит от его индивидуальных особенностей, таких как общее состояние здоровья, сопротивляемость тканей и время воздействия. Например, человек, обладающий хорошей физической формой, гораздо более вероятно сможет перенести электрический удар, чем человек с ослабленным здоровьем.
Таким образом, электрическое напряжение оказывает серьезное воздействие на организм, способствуя возникновению различных травм и повреждений. Регулярный контакт с проводниками под напряжением и игнорирование мер предосторожности могут привести к крайне серьезным последствиям для здоровья и жизни человека.
Почему высокое напряжение опасно для организма?
Высокое напряжение представляет собой потенциально опасную величину, способную серьезно повредить организму человека. Воздействие высокого напряжения может приводить к ожогам, разрыву тканей и даже к летальному исходу.
Когда электрический ток проходит через человеческое тело, его путь определяется проводимыми компонентами, такими как нервные окончания, мышцы и сосуды. Под воздействием высокого напряжения ток может пройти по неверному пути, вызывая тяжелые повреждения, что часто наблюдается при поражении электрическим током от молнии или при работе с высоковольтным электрооборудованием.
Человек состоит в основном из воды, которая, как известно, является отличным проводником электричества. При попадании высокого напряжения внутрь организма, оно может нанести серьезный вред органам и мягким тканям. Электрический ток может привести к повреждению сердца, возникновению проблем с слизистыми оболочками и вызвать мышечные судороги. При достаточно сильном токе человек может потерять сознание или даже погибнуть.
Последствия поражения высоким напряжением зависят от множества факторов: сила тока, путь его прохождения через организм, длительность воздействия. Даже короткий контакт с высоким напряжением может вызвать серьезные и необратимые последствия.
Какие факторы влияют на степень опасности электротравмы?
Уровень напряжения является одним из главных факторов, определяющих степень опасности электротравмы. Чем выше напряжение, тем больше вероятность серьезных травм и осложнений. Электротравмы, вызванные низким напряжением (менее 50 В), могут приводить к незначительным повреждениям, в то время как электротравмы от высокого напряжения (выше 1000 В) способны закончиться летальным исходом.
Гаджеты и электротравмы
Широкое распространение различных гаджетов значительно увеличило количество электротравм, полученных в быту. Все эти случаи, как правило, вызваны гаджетами, которые заряжаются от сети, часто с участием пользователей, которые не обращают внимания на правила электробезопасности. Проведя небольшой контент-анализ инцидентов за последние восемь лет, я заметил, что большинство из них происходят в развивающихся странах с жарким влажным климатом (таких как Китай, Индия, Малайзия, Бразилия).
В большинстве случаев причиной поражения является гаджет, заряжающийся от низкокачественного зарядного устройства, у которого есть проблемы с гальванической развязкой. В этих странах часто встречается каркасное домостроение с металлическими каркасами, к которым прикрепляются токопроводящие элементы полов. Я подсчитал 42 случая электротравм такого рода. 36 из них происходили в регионах с жарким климатом, низким уровнем жизни и недорогими каркасными домами.
Ниже приведены некоторые наиболее известные инциденты, касающиеся этой темы. Я старался выбрать примеры, которые близки к трагедии в Малайзии (наушники + смартфон + зарядное устройство), чтобы продемонстрировать, что такие инциденты не единичны и фактически могут иметь летальный исход:
Следует отметить, что все известные мне случаи электротравмы через наушники закончились летально, что подтверждает высокую опасность создания петель “голова-конечность”.
Одним из описанных случаев было зафиксировано на видео в Китае в 2016 году. Молодой человек, отключая смартфон от компьютера, получил смертельный разряд. Меня поразило, что окружающие, казалось, совершенно не хотели помочь.
Это видео не рекомендуется для просмотра детям и людям с чувствительной психикой.
Во всех ситуациях, кроме одного случая из Бразилии (где, вероятно, произошло поражение молнией), постоянно фигурировало понятие заземления (из-за ванн, элементов полов или заземленного металлического стола).
Тем не менее, все эти случаи укладываются в общепринятые представления об электротравмах и подтверждают множество изложенного выше. При детальном анализе те парадоксальные ситуации становятся вполне обычными для ожоговых центров, реанимационных отделений и патологоанатомических бюро.
Итог
Я искренне надеюсь, что представленный материал был полезен. Буду признателен, если вы поделитесь своим мнением в комментариях. Возможно, вам пришлось столкнуться с электротравмой или её последствиями, или вы регулярно встречаете это на своей работе — расскажите о своем опыте другим. Если вас интересует тема первой помощи, то стоит сообщить об этом, и, может быть, будет создан еще один пост по этому вопросу.
Использованы фотоматериалы:
Рекламное обращение
Мы занимаемся продажей электроники разнообразного характера. Соблюдая правила эксплуатации, оборудование, реализуемое нами, не приводит к поражению электрическим током. Более того, у нас нет информации о случаях, когда наши клиенты получали электротравмы от товаров, приобретенных у нас.
