Физиологическое воздействие электрического тока на организм человека и его последствия. Сопротивление организма человека прохождению электрического тока

Действие электрического тока на организм человека многообразно и зависит от многих факторов.

Ток, проходя через организм, вызывает нарушение деятельности центральной нервной системы, органов кровообращения, дыхания и др. Степень этих нарушений и тяжесть поражения зависят от различных факторов: напряжения и силы тока, продолжительности его действия на организм, величины сопротивления ему тканей организма, физического и психического состояния человека. Болезненное состояние, опьянение, общая слабость, юный или престарелый возраст пострадавшего снижают сопротивляемость действию электрического тока. Проходя через тело, ток действует двояко: во-первых, встречая сопротивление тканей, он превращается в тепло, которое тем больше, чем больше сопротивление. Наиболее велико сопротивление кожи, вследствие чего возникают её ожоги (от незначительных местных изменений до тяжёлых ожогов вплоть до обугливания отдельных участков тела); во-вторых, ток приводит мышцы, в частности, дыхательные и сердечные, в состояние длительного сокращения, что может вызвать остановку дыхания и прекращение сердцебиения. Проходя через головной и спинной мозг, ток вызывает нарушение их деятельности. Нередко пострадавший гибнет на месте травмы.

Более опасен электрический удар, так как при нем поражается весь организм. Смерть наступает от паралича сердца или дыхания, а иногда от того и другого одновременно.

Электрическими травмами называют поражение током внешних частей тела; это ожоги, металлизация кожи и др. Поражения током носят, как правило, смешанный характер и зависят от величины и рода тока, протекающего через тело человека, продолжительности его воздействия, путей, по которым проходит ток, а также от физического и психического состояния человека в момент поражения.

Переменный ток промышленной частоты человек начинает ощущать при 0,6 - 15 мА. Ток 12 - 15 мА вызывает сильные боли в пальцах и кистях. Человек выдерживает такое состояние 5--10 с и может самостоятельно оторвать руки от электродов. Ток 20 - 25 мА вызывает очень сильную боль, руки парализуются, затрудняется дыхание; человек не Может самостоятельно освободиться от электродов. При токе 50 - 80 мА наступает паралич дыхания, а при 90--100 мА -- паралич сердца и смерть.

Менее чувствительно человеческое тело к постоянному току. Его воздействие ощущается при 12 - 15 мА. Ток 20 - 25 мА вызывает незначительное сокращение мышц рук. Только при токе 90--110 мА наступает паралич дыхания. Самый опасный - переменный ток частотой 50 - 60 Гц. С увеличением частоты токи начинают распространяться по поверхности кожи, вызывая сильные ожоги, но не приводя к электрическому удару.

Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления тела н приложенного напряжения. Наибольшее сопротивление току оказывает верхний роговой слой кожи, лишенный нервов и кровеносных сосудов. При сухой неповрежденной коже сопротивление человеческого тела электрическому току равно 40 000 - 100 000 Ом.

Роговой слой имеет незначительную толщину (0,05 - 0,2 мм) и при напряжении 250 В мгновенно пробивается. Повреждение рогового слоя уменьшает сопротивление человеческого тела до 800 - 1000 Ом. Сопротивление уменьшается также с увеличением времени воздействия тока. Поэтому очень важно быстро устранить соприкосновение пострадавшего с токоведущими частями.

Электрическое сопротивление тела человека

Сила тока Iч, проходящего через какой-либо участок тела человека, зависит от подведенного напряжения Uпр (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления zт оказываемого току данным участком тела,

Iч = Uпр / zт

На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела.

Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под этим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С с сопротивлением rн. В наружном слое кожи ток протекает по двум параллельным путям: через активное наружное сопротивление rн и емкость С, (рисунок 1) электрическое сопротивление которой

xc = 1/ (ωС)

где ω = 2nf — угловая частота, Гц; f — частота тока, Гц.

Тогда полное сопротивление наружного слоя кожи для переменного тока zн = rн xc /√ rн2 +xc 2

Сопротивление rн и емкость С зависят от площади электродов (площадь контакта). С ростом площади контакта rн уменьшается; а емкость С увеличивается. Поэтому увеличение площади контакта приводит к уменьшению полного сопротивления наружного слоя кожи.

Опыты показали, что внутреннее сопротивление тела человека rв можно рассматривать как чисто активное. Таким образом, для пути тока "рука—рука" общее электрическое сопротивление тела может быть представлено схемой замещения, приведенной на рисунке 2. С увеличением частоты тока из-за уменьшения xc сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах (более 10 кГц) практически становится равным внутреннему сопротивлению rв . Зависимость сопротивления тела человека от частоты приведена на рисунке 3.

Между током, протекающим через тело человека, и приложенным к нему напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения сила тока растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. Так, при напряжении на электродах 40—45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности электрического поля, при которых полностью или частично происходит пробой наружного слоя, что снижает полное сопротивление тела человека (рисунок 4). При напряжении 127—220 В оно практически падает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление принимается равным 1 кОм.

Зная допустимые значения силы токов для различной длительности воздействия и полное сопротивление тела человека zт можно определить допустимое напряжение прикосновения

Uпр доп=Iдоп zт

где Iдоп - допустимая сила тока.