Электрическое сопротивление тела человека

Тело человека является проводником электрического тока. Различные ткани тела оказывают току разное сопротивление: например,

– кожа, кости, жировая ткань – большое, а мышечная ткань, кровь и спинномозговая жидкость – малое сопротивление.

Так при промышленной частоте электрического тока в 50 Гц удельное объемное сопротивление составляет, Ом

– кожа сухая – 3 ·10³ ÷2 · 10⁴

– кости – 10⁴ ÷ 2 · 10⁶

– жировая ткань – 30 ÷ 60

– мышечная ткань – 1,5 ÷ 3,0

– кровь – 1,0 ÷ 2,0

– спинномозговая ткань – 0,5 ÷ 0,6

Из этих данных следует, что по сравнению с другими тканями организма, кожа обладает большим удельным сопротивлением, которое является главным защитным фактором человека при решении некоторых вопросов электробезопасности.

В качестве среднестатистической расчетной величины сопротивление тела человека принято равным во всех странах - 1000 Ом.

Сопротивление тела схематически (рис.1) состоит из последовательно включенных двух сопротивлений: наружного слоя кожи (эпидермиса) и внутренних тканей, включая внутренние слои кожи (дерму).

Рис. 1 Схема измерения (а) и эквивалентная электросхема (б) сопротивления тела человека:

1 – электроды; 2,3 - наружный и внутренний слои кожи; 4 - внутренние ткани организма; R_н, R_в – наружное и внутреннее сопротивление тела человека; С_н – емкость образовавшегося конденсатора (1,4 – обкладки, 2– диэлектрик).

На основании этой схемы полное сопротивление тела человека Ź_ч определяется выражением:

, (1)

где R_н, R_в – наружное и внутреннее сопротивление тела;

С_{н –} емкость конденсатора;

δ– толщина стенок конденсатора

ω=2πƒ – круговая частота тока

Факторы, влияющие на изменение сопротивления

Тела человека

Сопротивление тела человека меняется в широких пределах в зависимости от многих факторов

1.4.1. Увеличение тока, проходящего через тело человека, сопровождается усилением местного нагрева кожи и раздражающего действия, что в свою очередь вызывает рефлекторную ответную реакцию организма в виде расширения сосудов кожи а, следовательно, усиление потоотделения, которое приводит к снижению электрического сопротивления кожи в этом месте.

Изменение сопротивления тела в зависимости от величины тока (до 6 мА) приближенно описывается следующими эмпирическими формулами:

– для постоянного тока

, кОм (2)

–для переменного тока

, кОм (3)

где I_ч – сила тока в мА, проходящего через тело человека;

K– поправочный коэффициент, учитывающий возраст испытуемого человека;

K = 6-8, при возрасте до 25 лет

K = 10-12 при возрасте 25 ÷35 лет

K = 15-20 при возрасте 35 ÷ 45 лет

K = 25-30 при возрасте более 45 лет

1.4.2. Увеличение напряжения, как при постоянном, так и переменном токе, приложенного к телу человека, вызывает уменьшение сопротивления тела, которое в пределе приближается к сопротивлению внутренних органов (тканей).

Такое явление объясняется пробоем рогового слоя кожи (эпидермиса), наличием в ней влаги и ростом тока. Пробой рогового слоя наступает, как правило при напряжении более 50 В.

1.4.3. Род тока (постоянный или переменный)

Экспериментально установлено, что при небольших напряжениях сопротивление тела человека постоянному току выше, чем переменному любой частоты.

Действительно, согласно формуле (1) сопротивление тела Z_чбудет максимальным при ω = 0 и равным 2R_н+ R_в.. С ростом приложенного напряжения разница в сопротивлении тела человека постоянному и переменному току уменьшается и начиная с 40-50 В практически исчезает, т.е. сопротивление тела человека становится одинаковым как постоянному, так и переменному току.

1.4.4. Частота тока.

С ростом частоты тока полное сопротивление тела человека уменьшается, приближаясь в пределе к значению его внутреннего сопротивления. Этот вывод следует из уравнения (1): с увеличением частоты ω, растет знаменатель дроби, что вызывает уменьшение сопротивления Z_ч. Когда ω → ∞, Z_ч = R_в.

Характер изменения сопротивления тела от частоты тока приближенно описывается эмпирической зависимостью:

, кОм (4)

где f - частота тока, Гц.

1.4.5. Влияние времени воздействия тока на сопротивление

С увеличением времени прохождения тока через тело человека, усиливается потовыделение через микрокапиляры живой ткани, повышается кровоснабжение участков кожи под электродами, расширяется зона пробоя рогового слоя кожи. Все это вызывает уменьшение сопротивления тела человека.

1.4.6. Влияние площади контакта проводника на сопротивление

Площадь контакта S оказывает непосредственное влияние на сопротивление тела человека Z_ч. Чем больше площадь, тем меньше сопротивление. С ростом частоты тока зависимость сопротивления от площади электродов уменьшается, а при 10-20 кГц когда

Z_ч=R_в, исчезает полностью.

1.4.7. Влияние места приложения электродов на сопротивление

Место приложения электродов влияет на сопротивление тела, так как роговой слой кожи (эпидермис) имеет неодинаковую толщину на коже человека, неравномерно распределены потовые железы и кровеносные сосуды в теле человека. Например, наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук выше ладони и т.д.