§ 36. Вплив електричного струму на організм людини

ЕЛЕКТРИЧНІ СТРУМИ ТА НАПРУГИ В ТЕХНІЦІ Й ПОБУТІ. Електрика є одним із найпоширеніших видів енергії, що застосовується в техніці, на виробництві та побуті. Використовуються різноманітні джерела електричного струму, що створюють напругу від кількох вольт (як, наприклад, гальванічні елементи) до сотень і тисяч кіловольт (промислові генератори) (рис. 36.1). Робоча напруга процесора сучасного комп’ютера становить близько 1,5 В. У електричній мережі будинків застосовується струм від генераторів, що створюють напругу 220 В. Від електростанцій електричний струм передається по високовольтних лініях, розрахованих на 500 і більше кВ. Більшість побутових приладів працюють від мережі 220 В.

Різні побутові прилади споживають електричний струм різної величини. У сучасному побуті широко використовуються пристрої, які споживають порівняно невеликий струм (наприклад, електричні лампи), а також потужні електричні прилади, такі як обігрівачі, водонагрівачі, пилососи, пральні машини (рис. 36.2).

Рис. 36.1. Напруга в технічних і побутових пристроях

Рис. 36.2. Сила струму електропобутових пристроїв

Величина струму в різних споживачах електричної енергії має важливе значення для їх правильної та безпечної експлуатації, використання відповідних електричних мереж та запобіжників.

ОСОБЛИВОСТІ ДІЇ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ НА ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ. Із § 23 ви знаєте, що електричний струм чинить фізіологічну дію, тобто впливає на живі організми. Оскільки на організм людини впливає саме електричний струм, потрібно дотримуватися правил безпеки навіть під час роботи з порівняно низькими напругами. Фізіологічна дія електричного струму залежить від тривалості впливу на організм людини.

Найчастіша причина ураження людини електричним струмом — торкання до неізольованих струмопровідних провідників; до провідників із пошкодженою ізоляцією, а також до металевих елементів конструкції машин, механізмів і апаратів, які випадково опинилися під напругою.

Дія електричного струму на людину має чотири основні особливості:

• 1) відсутність зовнішніх ознак загрозливої небезпеки враження електричним струмом (людина не може побачити, почути, відчути чи якось інакше завчасно виявити можливість ураження);
• 2) складність електротравм і, як наслідок, втрата працездатності та можливий смертельний випадок;
• 3) струми силою 10—25 мА промислової частоти (50 Гц) можуть спричиняти інтенсивні судоми м’язів, унаслідок чого відбувається так зване приковування до струмопровідних частин, коли людина в цьому випадку не може самостійно звільнитися від дії електричного струму;
• 4) можливість подальшого механічного травмування, наприклад, коли людина працювала на висоті, була уражена електрострумом, знепритомніла і впала.

Дія електричного струму на живу тканину має своєрідний та різнобічний характер. Проходячи через тіло людини, електричний струм виявляє термічну, електролітичну, механічну та біологічну дію.

Термічна дія струму виявляється в опіках окремих ділянок тіла, нагріву до високої температури кровоносних судин, нервів, серця, мозку та інших органів, які перебувають на шляху струму, що викликає в них суттєві розлади.

Електролітична дія струму втілюється в розкладанні органічної рідини, у тому числі крові, що супроводжується значними змінами її складу, а також тканини в цілому.

Механічна дія струму виявляється в розшаруванні, розриві та інших подібних пошкодженнях різних тканин організму, в тому числі м’язової тканини, стінок кровоносних судин та судин легеневої тканини тощо, внаслідок електродинамічного ефекту, а також миттєвого вибухоподібного утворення пари від перегрітої струмом тканинної рідини та крові.

Біологічна дія струму є специфічним процесом, що виявляється в подразненні та збудженні живих тканин організму, а також у порушенні внутрішніх біоелектричних процесів, пов’язаних із життєвими функціями організму.

Змінний струм промислової частоти людина починає відчувати при 0,6—15 мА. Струм 12—15 мА викликає сильні болі в пальцях і кистях. Людина витримує такий стан 5—10 с і може самостійно відірвати руки від електродів. Струм 20—25 мА спричиняє дуже сильний біль, руки паралізуються, дихання утрудняється; людина не може самостійно звільнитися від електродів. При струмі 50—80 мА настає параліч дихання, а при 90—100 мА — параліч серця і смерть.

Найнебезпечніший — змінний струм частотою 50—60 Гц. Зі збільшенням частоти струми починають поширюватися по поверхні шкіри, викликаючи сильні опіки, але не призводячи до електричного удару.

Менш чутливе людське тіло до постійного струму. Величина струму, що проходить через тіло людини, залежить від опору тіла та прикладеної напруги. Тому для встановлення межі безпечних умов орієнтуються не на величину струму, а на допустимо безпечну напругу. Залежно від навколишніх умов її приймають на рівні 12. 42 В.

При сухій непошкодженій шкірі опір людського тіла електричному струму дорівнює 40 000—100 000 Ом. Пам’ятайте, що опір людського тіла зменшується зі збільшенням часу дії струму. Тому дуже важливо швидко усунути контакт потерпілого зі струмопровідними частинами.

Рис. 36.3. Вплив електричного струму на організм людини

Результат ураження багато в чому залежить також від шляху струму в тілі людини. Найнебезпечніші шляхи руки — ноги і рука — рука, коли найбільша частина струму проходить через серце.

Потрібно обов’язково пам’ятати, що людський організм уражає не напруга, а величина струму. Величина струму, який протікає через тіло людини, є головним чинником, що визначає наслідок ураження: чим більший за величиною струм, тим небезпечніша його дія. Прийнято вважати смертельно небезпечним для людини струм промислової частоти 50 Гц і величиною 0,05 А (50 мА).

При дії електричного струму більше 1 с безпечним вважається змінний електричний струм не більше б мА напругою 36 В, постійний електричний струм не більше 15 мА напругою 40 В. Змінний електричний струм 0,6—1,5 мА вже є пороговым для людини, починаються відчуття слабкого свербіння та пощипування (рис. 36.3).

Зважаючи на те, що електричний струм небезпечний для людини, потрібно суворо дотримуватися правил безпеки під час роботи у фізичній лабораторії та використання побутових електроприладів.

У всіх випадках ураження електричним струмом, незалежно від стану потерпілого, виклик лікаря обов’язковий!

ПРАВИЛА БЕЗПЕКИ ЛЮДИНИ ПІД ЧАС РОБОТИ З ЕЛЕКТРИЧНИМИ ПРИЛАДАМИ ТА ПРИСТРОЯМИ. Кожного дня ви користуєтеся електричними приладами, які вмикаються в мережу. Ви вже знаєте, що дія електричного струму на людину може призводити до електричних травм і пошкоджень, таких як скорочення м’язів, що супроводжується сильним болем, втратою свідомості, порушенням роботи серця чи дихання (або обома цими порушеннями разом). Іноді трапляються нещасні випадки від дії електричного струму, які спричиняють смерть людини. Електротравми умовно можна поділити на два види: місцеві, коли виникає локальне пошкодження організму, й загальні, так звані електричні удари, коли уражається весь організм, що може спричинити смерть людини.

Щоб уникнути багатьох неприємностей, достатньо завжди пам’ятати правила поводження з електричними приладами та дотримуватись їх:

• Електронагрівальні прилади, такі як електрочайник, електросамовар, електропраска, електрокамін та ін., потрібно вмикати в електромережу справними.
• Якщо ви дивитеся телевізор, а екран погас або почав мерехтіти, у жодному разі не можна по ньому стукати. Він може загорітися або навіть вибухнути. Телевізор потрібно негайно вимкнути.
• Не можна торкатися увімкнутих електроприладів сторонніми предметами.
• Переважна більшість побутових електроприладів є переносними, тому може виникати пошкодження ізоляції з’єднувальних провідників (рис. 36.4, а). Також електричний дріт може обірватися чи оголитися. У таких випадках у жодному разі не торкайся оголених місць, бо це може призвести до травми.
• Не залишайте без нагляду увімкнені в електромережу прилади.
• Забороняється тягнути за електричний дріт руками, тому що він може обірватися й уразити електричним струмом (рис. 36.4, б).

Рис. 36.4. Правила поводження з електричними приладами та пристроями: а) не торкайся оголених провідників у місцях пошкодження ізоляції; б) забороняється тягнути за електричний шнур руками; в) не можна заповнювати водою увімкнені в електромережу електронагрівальні прилади

• Не можна заповнювати водою увімкнені в електромережу чайники, кавоварки.
• Не торкайтеся мокрими руками та не витирайте вологою ганчіркою електричні кабелі, штепсельні розетки, вимикачі, інші електроприлади, увімкнені в електромережу.
• Не можна підвішувати речі на кабелі.
• Не можна бавитися зі штепсельними розетками — це загрожує життю.
• Коли йдете з дому — всі електроприлади мають бути вимкнені.

Використання електричних приладів не за призначенням або невміле користування ними може призвести до пожежі!

Якщо вже так сталося, що електричне обладнання загорілося, то передусім потрібно:

• вимкнути автоматичний запобіжник (обов’язково поцікавтеся, де знаходяться автоматичні запобіжники, та навчіться ними користуватися!). Якщо знеструмити електромережу неможливо, то слід пам’ятати: не можна застосовувати для гасіння воду та пінні вогнегасники, можна лише порошкові. Терміново телефонуйте за номером 101 і викликайте пожежників на допомогу.

Якщо електроприлад зайнявся, слід діяти за такою схемою:

• обмотайте руку сухою ганчіркою, висмикніть вилку з розетки;
• накрийте палаючий предмет ковдрою;
• повідомте дорослих про пожежу.

Під час прогулянки ЗАБОРОНЯЄТЬСЯ:

• підходити до оголених дротів і чіпати їх руками;
• розводити багаття, запускати повітряних зміїв під лініями електропередачі;
• гратись поблизу підстанцій.

Якщо не забувати ці прості правила, то можна уникнути багатьох неприємностей.

Пам’ятайте, несправності в електромережі й електричних приладах може усунути лише спеціаліст-електрик!

Головне в цьому параграфі

Найчастіша причина ураження людини електричним струмом — торкання до неізольованих струмопровідних провідників, до провідників із пошкодженою ізоляцією, а також до металевих елементів конструкції машин, механізмів і апаратів, які випадково опинилися під напругою.

Величина струму, який протікає через тіло людини, є головним чинником, що визначає наслідок ураження: чим більший за величиною струм, тим небезпечніша його дія.

Щоб уникнути багатьох неприємностей, вам достатньо завжди пам’ятати та дотримуватись правил поводження з електричними приладами.

У разі займання електричного обладнання насамперед потрібно його знеструмити та викликати пожежників.

Не можна підходити до оголених дротів і торкатися їх руками.

Запитання для самоперевірки

• 1. Які особливості дії електричного струму на людину?
• 2. Які особливості дії струму на живу тканину?
• 3. Від чого залежить дія струму на організм людини?
• 4. Чому важливо швидко усунути контакт потерпілого зі струмопровідними частинами?
• 5. Які найнебезпечніші шляхи струму через організм людини?
• 6. Які основні правила поводження з електричними приладами?
• 7. Що потрібно робити під час займання електроприладів?

Вправа до § 36

• 1(п). Чому вкрай небезпечно торкатися до оголених дротів електромережі, коли взуття і ґрунт під ногами мокрі?
• 2(п). Якщо торкатися рукою до контактів батарейки кишенькового ліхтаря, то людина нічого не відчуває, але, замкнувши контакти язиком, відчувається пощипування. Поясніть, чому.
• 3(п). Відомо що деревина — це ізолятор. За яких умов деревина стає провідником електрики?
• 4(п). Відомо, що людина — провідник електричного струму. За яких умов тіло людини має більший електричний опір?

Виконуємо навчальний проект разом

За темою «Електричний струм» вам пропонується підготувати навчальний проект, який висвітлюватиме одне з питань: сучасні джерела електричного струму; використання матеріалів високої провідності та великого опору; освітлювальні лампи та екологічні, медичні, економічні аспекти їх використання; застосування електролізу для отримання алюмінію, вплив електричного струму на організм людини.

Електричний струм і його вплив на людину

Електричний струм – це впорядкований рух електричних зарядів. Сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна різниці потенціалів (тобто напрузі на кінцях ділянки) і обернено пропорційна опору ділянки кола.
Характер і глибина впливу електричного струму на організм людини залежать від сили та роду струму, часу його дії, шляху проходження через тіло людини, фізичного і психічного стану останнього.
Пороговим (відчутним) є струм близько 1 мА. При більшому струмі людина починає відчувати неприємні хворобливі скорочення м’язів, а при струмі 12-15 мА вже не в змозі управляти своєю м’язовою системою і не може самостійно відірватися від джерела струму. Такий струм називається невідпускаючим. Дія струму понад 25 мА на м’язові тканини веде до паралічу дихальних м’язів і зупинки дихання. При подальшому збільшенні струму може наступити фібриляція (судорожне скорочення) серця. Струм 100 мА вважають смертельним.
Змінний струм більш небезпечний, ніж постійний. Має значення те, якими ділянками тіла людина торкається струмоведучої частини. Найбільш небезпечні ті шляхи, при яких уражається головний чи спинний мозок (голова і руки, голова – ноги), серце і легені (руки – ноги).
Характерним випадком потрапляння під напругу є зіткнення з одним полюсом або фазою джерела струму. Напруга, що діє при цьому на людину, називається напругою дотику. Особливо небезпечні ділянки, розташовані на скронях, спині, тильних сторонах рук, гомілках, потилиці і шиї.

Дія електричного струму на організм характеризується основними вражаючими факторами:

• Електричним ударом, збудливим м’язи тіла, що призводить до судом, зупинки дихання і серця;

• Електричними опіками, виникаючими в результаті виділення тепла при проходженні струму через тіло людини. Залежно від параметрів електричного кола і стану людини може виникнути почервоніння шкіри, опік з утворенням;

• Опік з утворенням міхурів або обуглюванням тканин; при розплавленні металу відбувається металізація шкіри з проникненням в неї шматочків металу.

Дія струму на організм зводиться до:

• Нагрівання;

• Електролізу;

• Механічного впливу.

Механічна дія призводить до розриву тканин, розшарування, ударній дії випаровування рідини з тканин організму.
При термічній дії відбуваються перегрів і функціональний розлад органів на шляху проходження струму.
Електролітична дія струму виражається в електролізі рідини в тканинах організму, зміні складу крові.
При наявності змін тканин в місці впливу електричного струму накладають суху асептичну пов’язку на уражену частину тулуба.
Щоб уникнути поразки електричним струмом, необхідно всі роботи з електричними обладнаннями і приладами проводити після відключення їх від електричного кола.

Вплив електричного струму на організм людини

Ще в 18 столітті було доведено, що електричний струм здатний чинити сильний негативний вплив на людський організм. Але тільки через близько століття були зроблені перші описи електротравм, одержуваних від впливу постійного струму (1863 р.) і змінного (1882 р.).

Що таке електротравма і травматизм?

Електротравма – пошкодження людського організму електричним струмом (електричною дугою).

Явище електротравматизму пояснюється послідовністю таких особливостей: в організмі людини, що випадково опинився під впливом напруги, виникає захисна реакція. Іншими словами, протистояння електричного струму починає відбуватися в момент його безпосереднього протікання через наше тіло. У таких ситуаціях відбувається непросто сильний вплив струмів на організм людини, але і порушення кровообігу, дихання, серцево-судинної і нервової системи і т. П.

Електротравму передбачити нелегко, оскільки її отримання відбувається не тільки при безпосередньому контакті з струмоведучими елементами, але і при взаємодії з електричною дугою і кроковим напругою.

Травматизм хоч і трапляється рідше інших видів виробничих травм, але при цьому знаходиться на перших місцях серед тих пошкоджень, які оцінюються важкими і приводять до летального результату. Найбільший відсоток травм, викликаних впливом електричного струму, відбувається в процесі роботи на електричних установках високої напруги (до 1000 В). Головною причиною електротравм служить часте використання саме таких типів електричних установок, а також недостатня кваліфікація працівників. Безумовно, існують агрегати з більш високим показником напруги (понад 1000 В), але, як не дивно, в їх експлуатації ураження струмом рідкісні. Така закономірність пояснюється високим професіоналізмом і компетентністю обслуговуючого високовольтні установки персоналу.

Найпоширенішими причинами ураження струмом є:

• прямий тілесний контакт з неізольованими струмопровідними частинами;
• дотик до деталей електричного обладнання, виготовленим з металу;
• дотик до неметалічних елементів, що знаходяться під сильним напругою;
• взаємодія з струмом крокової напруги або з електричною дугою.

Класифікація поразок струмом

Дія електричного струму при протіканні через людський організм буває термічним, електролітичним і біологічним.

• Термічний вплив – сильне нагрівання тканин, що нерідко супроводжується опіками.
• Електролітичне вплив – розкладання органічних рідин, до яких відноситься і кров.
• Біологічний вплив – порушення біоелектричних процесів, роздратування і збудження живих тканин, часте і безладне скорочення м’язів.

Ураження електрострумом поділяються на два основних види:

• Електротравми – локальні ураження тканин або органів (опіки, знаки, Електрометаллізація).
• Електричний опік – підсумок сильного нагріву струмом (понад один ампера) тканин людини. Опік, що вражає тільки шкірний покрив, називається поверхневим; ушкоджує глибокі тканини тіла є внутрішнім. Також електричні опіки діляться за принципом виникнення: контактні, дугові, змішані.
• Електричний знак зовні виглядає як сіре або блідо-жовта пляма, що нагадує мозоль. Виникає ця травма в області контакту з струмоведучих елементом. В основному, знаки не супроводжуються сильним болем і після невеликої кількості часу сходять.
• Електрометаллізація – явище, при якому шкіра людини просочується металевими мікрочастинками. Це відбувається в момент, коли метал під впливом струму випаровується і розбризкується. Уражена шкіра набуває кольору, відповідний проникли з’єднанням металу, і стає шорсткою. Процес Електрометалізація не небезпечний, а ефект після нього після закінчення деякого часу пропадає аналогічно електричним знакам. Куди більш серйозні наслідки має металізація органів зору.

Крім опіків, знаків і Електрометаллізація в число електротравм також входить електроофтальмія і різні механічні пошкодження. Останні є підсумком мимовільних скорочень м’язів в момент протікання струму. До них відносяться сильні розриви шкірного покриву, кровоносних судин, нервів, а також вивихи і переломи. Електроофтальмія – явище, що представляє собою сильне запалення очних яблук після впливу УФ-променів електричної дуги.

Електричний удар виражається у формі сильного збудження живих тканин після впливу на них електричного струму. Як правило, дане явище супроводжується безладним судорожним скороченням м’язів. Результат електроударом буває різним, на основі чого вони і діляться на п’ять видів:

• без втрати свідомості;
• з втратою свідомості, що супроводжується порушенням функціонування серця і дихання;
• з втратою свідомості, але без збоїв в роботі серцево-судинної системи і без порушення дихання;
• клінічна смерть;
• електричний шок.

Два останні види варто розглянути більш докладно.

Клінічна смерть інакше називається також «уявної» смертю, що характеризується тривалістю в 6-8 хвилин. Дане явище вважається перехідним станом від життя до смерті, яке супроводжується припиненням роботи серця і призупиненням дихання. Після вищевказаного періоду часу починається незворотний процес загибелі клітин кори головного мозку, що закінчується біологічної смертю.

Розпізнати уявну смерть можна за такими ознаками:

• фібриляція серця (тобто розрізнене скорочення його м’язових волокон, що супроводжується порушенням синхронної діяльності та насосної функції) або його повна зупинка;
• відсутність пульсу та дихання;
• синюватий колір шкіри;
• розширені зіниці без реагування на світло, як наслідок нестачі кисню в корі головного мозку.

Електричний шок являє собою важку нервнорефлекторную реакцію людського організму на вплив струму. Дане явище супроводжується сильними розладами дихання, функціонування кровоносної і нервової системи і ін.

Організм моментально реагує на вплив електричного струму, вступаючи в фазу сильного збудження. У цей період відбувається повна реакція на заподіяння болю, що супроводжується підвищенням артеріального тиску і іншими процесами. Фаза збудження змінюється фазою гальмування, якій властиво виснаження нервової системи, слабке дихання, почергове падіння і почастішання пульсу, зниження артеріального тиску. Всі перераховані ознаки призводять організм в стан глибокої депресії. Електричний шок може тривати як кілька десятків хвилин, так і кілька діб. Підсумок може бути полярно різним: або повне одужання, або необоротна біологічна смерть.

Граничні значення дії струму на людину

Від показника сили струму безпосередньо залежить його вплив на організм людини:

• 0,6-1,5 мА при змінному струмі (50 Гц) і 5-7 мА при постійному струмі – відчутний струм;
• 10-15 мА при змінному струмі (50 Гц) і 50-80 мА при постійному струмі – не відпускає струм, який в момент проходження через організм провокує сильні судомні скорочення м’язів тієї руки, яка стискає провідник;
• 100 мА при змінному (50 Гц) і 300 мА при постійному струмі – фібрілляціонние струм, який призводить до фібриляції серця.

Вплив різних факторів на ступінь впливу струму

Підсумок впливу електричного струму на організм людини також безпосередньо залежить від наступних факторів:

• тривалість протікання струму. Тобто, чим довше людина перебувала під впливом, тим більша небезпека і серйозніше нанесення травми;
• специфічні особливості кожного організму в даний момент: маса тіла, фізичний розвиток, стан нервової системи, наявність яких-небудь захворювань, алкогольне або наркотичне сп’яніння та ін .;
• «Фактор уваги», тобто підготовленість до можливості отримання електричного удару;
• шлях струму крізь людське тіло. Наприклад, більш серйозну небезпеку несе проходження струму через серце, легені, мозок. У разі, якщо струм обійшов життєво важливі органи, ризик серйозних поразок різко знижується. На сьогоднішній день зафіксований найпопулярніший шлях проходження струму, який називається «петлею струму» – права рука-ноги. Петлі, віднімати працездатність людини більш ніж на три доби, є шляхи рука-рука (40%), права рука-ноги (20%), ліва рука-ноги (17%).

Знання впливу електричного струму на людський організм вкрай необхідно. Це допоможе Вам у надзвичайних ситуаціях надати правильну медичну допомогу потерпілому.