1000 В ДЕЙІНГІ ЭЛЕКТР ЖЕЛІЛЕРІНДЕГІ АДАМДЫ ТҮРЛІ ЭЛЕКТР ТОГЫНЫҢ СОҒУ ҚАУПІН ТАЛДАУ АДАМ ДЕНЕСІНІҢ ЭЛЕКТРЛІК ҚАРСЫЛЫҒЫ

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

1000 В ДЕЙІНГІ ЭЛЕКТР ЖЕЛІЛЕРІНДЕГІ АДАМДЫ ТҮРЛІ ЭЛЕКТР ТОГЫНЫҢ СОҒУ ҚАУПІН ТАЛДАУ

АДАМ ДЕНЕСІНІҢ ЭЛЕКТРЛІК ҚАРСЫЛЫҒЫ

Тұрақты өткізгіштерден айырмашылығы тірі дененің өткізгіштігі физикалық қасиеттермен, биохимиялық және биофизикалық процестермен сипатталады, тек тірі денеге ғана тән [1, 3, 4, 12, 14, 17] .

Адам ағзасының қарсылығы көптеген факторларға байланысты сызықтық емес, айнымалы болып табылады, соның ішінде:

▪ терінің жағдайы;

▪ электр тізбегінің параметрлері;

▪ физиологиялық факторлар;

▪ қоршаған орта жағдайы. .

Тірі теріде еркін электрондар жоқ, сондықтан оны электрлік ток - бос электрондардың реттелген қозғалысы болатын металл сымға тигізуге болмайды.

Мысалы, электр тогының тірі теріге көшуі зарядталған атомдар немесе электролиттерге ұқсас атом - иондар топтары арқылы жүзеге асырылады. Бұл адам терілерінің көпшілігінде көп мөлшерде судың (массаның 60-90%) бар екенін растайды, сондықтан тірі тері электролит ретінде қарастырылуы мүмкін, яғни ток арқылы ағып кеткенде химиялық түрде ыдырайтын ерітінді ретінде. Сондықтан тірі терінің иондық өткізгіштігі бар деп болжауға болады [4, 16, 19] .

Энергияның жасушааралық қоныс аудару феномені тірі теріде байқалады, басқаша айтқанда, қоздырылған және жасырын емес жасушалар арасында электронды қозғаудың энергиясын резонанстық беруі байқалады.

Тірі тіннің өткізгіш электрондар мен тесіктер арқылы тасымалданатын жартылай өткізгіштерге тән электронды-тесік

өткізгіштігі бар деп болжауға болады.

Демек, адам ағзасын бірінші түрдегі (жартылай өткізгіштер) және екінші түрдегі (электролиттер) өткізгіштерінің қасиеттеріне ие ерекше түрдегі қткізгіш ретінде қарастыруға болады.

Адам денесінің түрлі тіндерінің электр кедергісі әртүрлі. Мысалы, тері, сүйек, сіңір және шеміршек салыстырмалы үлкен қарсылыққа ие, ал бұлшықет тіндері, қан, лимфа, әсіресе жұлын және ми аз қарсылыққа ие. Кестеде. 14. 1 адам ағзасының әртүрлі ұлпаларының нақты жиіліктегі 50 Гц жиілігіндегі кедергілердің мәндерін көрсетеді [4, 16, 19] .

Кестеде келтірілген мәліметтерде, теріде адам ағзасының қарсылығын анықтайтын өте жоғары қарсылыққа ие екендігін көрсету болып табылады.

Тері екі негізгі қабаттан тұрады:

сыртқы, ол эпидермис деп аталады;
ішкі, терінің функцияларын орындайды, дермизм деп аталады (14. 1- сурет) .

Эпидермис бес қабаттан тұрады, оның үстіне ең жоғарғы қабаты бір-біріне тығыз орналасатын таразылар сияқты көрінетін өлі кератинге ұшыраған жасушалардың бірнеше қатарын қамтитын барлық басқа қабаттарға қарағанда қалың. Әрбір шақпақ - аз мөлшерде ауаны қамтитын кішігірім тегістелген жастық тәрізді шұңқыр. Қабық қабатының қан тамырлары мен нервтері жоқ. Қабырғасының қалыңдығы дененің түрлі бөліктерінде әртүрлі: 0, 05-ден 0, 2 мм-ге дейін.

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Адам денесінің терісі

Нақты көлемде кедергі, Ом · м

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Құрғақ тері

3 · 103 - 2 · 104

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Сүйек

104 - 2 · 106

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Тірі тері

30 - 60

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Бұлшықет терісі

1, 5 - 3

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Қан

1 - 2

14. 1. Кесте. 50 гцжиілікте нақты көлемде адам терісінің кедергісі:

Жұлынжүйкелік сұйықтық

0, 5 - 0, 6

Сурет. 14. 1. Тері құрылымы:

а - терінің сыртқы қабаты (эпидермис), б - терінің ішкі қабаты (дермати) ; 1 - қалың қабат; 2 - өсу қабаты; 3 - тері астындағы майлы тін; 4 - тер бездері; 5 - май бездері; 6 - шашты; 7 - қан тамырлары; 8 - сезімтал жүйкелік аяқталу

Құрғақ және ластанбаған күйде қалың қабат терінің ішкі қабаттарының және екі қабатының кедергісіне қарағанда, кедергісі 105- 106 Ом · м, жүздеген және мыңдаған есе жоғары диэлектрик ретінде қарастырылуы мүмкін.

Эпидермистің басқа қабаттары, негізінен, тірі жасушалардан қалыптасқан және негізінен тірі жасушалардан құралған, негізі жаңа тірі жасушалардың бөлінуі мен дамуы негізінде өсу қабатына біріктіріледі.

Өсу қабатының жоғарғы бөлігінде кератинация орын алады және клеткалардың есебі өзгереді, осылайша олардың пішінін өзгертеді, тығыздалады және арнайы ақуыз затымен сіңдіріліп, терінің қабатына айналады. Кератинизация сатысында тұрған өлі жасушалар есебінен өсу қабатының электр кедергісі ішкі қабаттың (дерм) және дененің тері астындағы (ішкі) тіндерінің қарсылығынан бірнеше есе артық болуы мүмкін. Дегенмен, қалың қабатпен салыстырғанда, өсу қабатының

электрлік кедергісі аз.

Дермис мықты талшықтардан және серпімді терілерден тұрады, олар бір-біріне жақын және барлық терінің негізі болып табылатын тығыз қуатты тор құрады. Бұл талшықтардың арасында қан және лимфа тамырлары, сондай-ақ жүйке аяқталуы, шаш тамырлары, тер және май бездері, эпидермисті ағызатын түтіктер тері бетіне жетеді.

Дермис электр кедергісі эпидермис кедергісінен бірнеше есе аз .

Адам денесінің қарсылығы дене бетіне жүктелетін екі электродтар арасында анықталады.

Бір адамның денесінің қарсыласуын, өлшеудің шарттары мен уақытына байланысты әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, кезінде 15-20 кернеу кезiнде өлшенген, таза, құрғақ және бүлінбеген тері қарсылық - (3-100) · 10 ³ Ом, тіпті кең ауқымды [3, 4, 12, 13, 16, 19] . Адам организмнің төзімділігі далалық қалың терінің электрод төзімділігі органның (1 - 5) · 103 дейін төмендейді, және тек сыртқы қабатты (эпидермис) алып тастау арқылы. Қалың қабатты шығарғанда 500-700 Ом дейін төмендейді. Барлық адамдардағы тері астындағы тіндердің қарсылығы бірдейдерлік және 300-500 Ом құрайды.

Әртүрлі адамдарда дене кедергісі әртүрлі. Суретте. 14. 2-де адам денесінің электр кедергісінің құрылымдық схемасы көрсетіледі, ол үш сатылы байланысты резистенттен тұрады: терінің сыртқы қабатының (эпидермис) бірдей екі кедергісі және ішкі тіндерінің бір қарсылығы, бұл өз кезегінде терінің ішкі қабаттарына (дерм) және тері астына дене тіндеріне кедергісі болады.

Адам денесінің қарсыласуының балама диаграммасы (14. 2-сурет, ) а) адам денесінің қарсылығын кешенді түрде ұсынуымызға мүмкіндік береді:

𝑍 _ℎ = 2𝑍 _э + 𝑅 _в = 2/(1/𝑅 _э + 𝑗𝜔С _э ) + 𝑅 _э

(14. 1)

мұнда 𝑍 _э - күрделі пішіндегі эпидермис кедергісі, белсенді 𝑅 _э және параллельді жалғанған ыдыстық х _с = 1 / 𝜔С _э кедергіден тұратын Ом;

𝜔 = 2𝜋𝑓 бұрыштық жиілік, 1 / с.

Сурет. 14. 2. Адам ағзасының электр кедергісін анықтау схемасы:

a - қарсылық өлшеу тізбегі: 1 - электродтар; 2 - қалың тері қабаты; 3

- терінің өсуқабаты; 4 - сыртқы тері қабаты (эпидермис және өсу қабаттары) ; 5 - ішкі тері қабаты (дермис) ; 6 - дененің тері астындағы тіндері; 7 - дененің ішкі тіндері, б, в - адам денесінің қарсыласу баламасы сұлбалары, r - оңайлатылған баламалы схема

Сыйымдылыққа төзімділік электродтың адам ағзасына тиетін жерінде конденсатор қалыптасады, оның пластиналары сыртқы тері қабаты астындағы адамның денесінің электродты және өткізгіш терілерімен қалыптасады [3, 4, 12, 13, 17, 19] .

Конденсатордың сыйымдылығы:

электродтық аймақтан S, м2;
эпидермис қалыңдығы dэ;
диэлектрлік өткізгіштігі e. Диэлектрлік тұрақты, өз кезегінде:
қолданылған кернеу жиілігі;
тері температурасы;
терідегі ылғалдың болуы және т. б.

50 Гц ток кезінде, e мәндері 100-200 ауқымында болады.

Конденсатордың сыйымдылығын есептеу үшін келесі аналитикалық өрнекті қолдана аламыз:

С _э = 𝜀𝜀 ₀ ∙ 𝑆/𝑑 _э ,

(14. 2)

мұнда 𝜀 ₀ - абсолютті рұқсат 𝜀 ₀ = 8, 854187 ∙ 10-12 Ф/м (𝜀 ₀ = 8. 85 ∙ 10-12 Ф/м) ; S - электродты ауданы, м ² ; dэ: - эпидермис қалыңдығы, м.

Сэ сыйымдылығы бірнеше жүз пикрофарадтан бірнеше микрофарадқа

дейін тербеледі.

Оның эпидермисіне белсенді қарсылық S, м2, эпидермисінің қалыңдығына және эпидермистің нақты кедергісіне байланысты, оның мәні 104-105 Ом · м:

𝑅 _э = 𝜌 _э 𝒹 _э /𝑆.

(14. 3)

Бірнеше сантиметр шаршы эпидермис байланыс саласындағы кедергісі ондаған мың Ом дейін жетеді.

Дене тінінің ішкі кедергісі таза белсенді болып саналады. Бұл тірі жасушаға қарамастан - өте төмен өткізгіштігінің бар сұйықтық толтырылған, яғни бастауыш конденсатор сыйымдылығының ұялы өткізгіштігін әкеледі, ол қалыптасады. ол салыстырмалы түрде жоғары иондық өткізгіштік жасушаларымен салыстырғанда шамалы. Дегенмен, бұл өткізгіштігін, ескермеуге болады.

Ішкі кедергінің шамасы мыналарға байланысты:

▪ ток ағымымен жүретін дене бөлігінің ұзындығы мен көлденең қимасы;

▪ 1000 Гц ток кезінде орташа мәні 1, 5-2, 0 мкм-нің ішкі тіндерінің нақты кедергісі; [3, 4, 12, 16, 19] .

Схемадағы суретте көрсетілген ауыстыру сұлбасының трансформациясы нәтижесінде. 14. 2, біз адам денесінің қарсыласуымен параллель қосылыс тізбегін аламыз (14. 2-сурет, d)

𝑅 _ℎ = 2𝑅 _э + 𝑅 _в ;

(14. 4)

𝑅ℎ= 2𝑅э+ 𝑅в;:

𝐶 _ℎ ≈ 0, 5𝐶 _э

(14. 4): (14. 5)

мұнда 𝑅 _ℎ - адам ағзасының белсенді қарсылығы; 𝐶 _ℎ - адам денесінің сыйымдылығы.

Бұл жағдайда адам денесінің жалпы қарсылығын білдіру арқылы есептеуге болады

𝑧 _ℎ = 𝑅 _ℎ /√1 + 𝜔2𝐶 ² 𝑅 ² .

ℎ ℎ

(14. 6)

Адам ағзасының кедергісін есептеу үшін алынған өрнек талдауы шағын сыйымдылық үшін кедергі

𝑧 _ℎ = 2𝑅 _э + 𝑅 _в = 𝑅 _ℎ

(14. 7)

Терінің қарсылығы, демек адам ағзасының тұтастай алғанда, қарсылығы күрт төмендейді:

▪ қалың теріге зақым келген жағдайда;

▪ тері бетіне ылғал пайда болғанда:

▪ қарқынды терлеу;

▪ тері ластанғанда.

Теріні кесіп алу, сызаттар, парапиндер және басқа микро- жарақаттар адам ағзасының ішкі тінге төзімділік мәніне (500-700 ом) дейін төзімділіктің төмендеуіне әкелуі мүмкін. Бұл электр тоғымен адам жарақат алу қаупін арттырады [1, 3, 4, 16] .

Терінің ылғалдылығы оның бетіндегі минералды заттар мен май қышқылдарын жібітеді, олар денеден тер мен маймен бірге бөлінеді, нәтижесінде терінің электр өткізгіштігі жоғарылайды.

Теріні ұзақ уақыт ылғалдандырған кезде, қалың тері босатылады және ылғалмен қаныққан болады, оның қарсылықтары күрт төмендейді, соның нәтижесінде адамның ток соғу жағдайында ауыр нәтижеге алып келеді.

Терінің төменгі (ішкі) қабатында орналасқан тер бездерінің (500 г / м2 см) белсенділігінің әсерінен терлеу кезінде кездесетін минералды тұздар мен су жақсы ток өткізеді.

Тым төмен ауа температурасы жағдайында терді үзіліссіз шығару, сондай-ақ жоғары ауа температурасы кезінде жоғары дене күші, ауру, және т. б. теріде төзімділіктің төмендеуіне әкеледі.

Тері әртүрлі заттармен ластанған кезде, әсіресе жоғары өткізгіштігі бар (металл немесе көмір шаңы, масштаб және т. б. ) адам терісінің кедергісі төмендейді.

Бұл жағдайда терi мен май бездерінің өткiзгiш арналарында өткiзгiш заттардың енуi терідегi ағымдық каналдардың пайда болуына алып келедi, оның кедергiсiн күрт төмендетедi.

Адам ағзасының электр кедергісі [4, 16, 19] мына сияқты факторларға байланысты:

▪ электродтардың адам ағзасына қолданылатын жері;

▪ ағымдағы және қолданбалы кернеудің мәні;

▪ ток түрі мен жиілігі және т. б.

Дененің әртүрлі бөліктеріндегі теріге бір адамның қарсылығын бірдей емес және ішкі жолдар бойымен ағымдық жол өзгерген кезде ішкі қарсылық бірдей болмағанын ескере отырып, оның тері қарсылығын бағалау тұрғысынан өте маңызды екенін дәлелдеуге болатыны электродтарды қолдану орны.

Терінің түрлі бөліктеріндегі қарсылықтың әр түрлі мәндері түсіндіріледі:

қалың қабатының түрлі қалыңдығы;
дене бетіндегі тер бездерінің біркелкі таралмауы;
қан тамырларымен толтырудың біркелкі дәрежесі. Адам ағзасында ең аз қарсылық көрсететінжерлер:
бет терісі;
мойын терісі;
қолдың терісі (алақаннан жоғары, дененің жағына қарайтын) ;
қолтық қуыстарының терісі;
қолдың сыртындағы терісі және т. б. .

Ағынның адам ағзасына өтуі терінің жергілікті жеріне жылытуымен және дене тініне тітіркендіргіш әсерімен бірге жүреді. Ағымдық артып келе жатқанда, жылу мен оның тітіркендіргіш әсері артады, бұл ағзаның тері жамылғыларының кеңеюі түрінде тез реакциясын тудырады және соның салдарынан қанның артуы және терінің жоғарылауы терінің электр кедергісін төмендетуге әкеледі.

Суретте. 14. 3 - адам ағзасының қарсыласуымен және ол арқылы өтетін токпен, қолданылған кернеуден байланысының сызбасы.

Сурет. 14. 3. Адам денесінің толық тәуелділігі және қолданыстағы кернеуден адам арқылы ағып жатқан ток:

1 және 2 - 50 Гц айнымалы ток жиілігі; 3 және 4 - тұрақты ток

Бұл тәуелділіктер отандық және шетелдік зерттеушілердің нәтижелеріне сәйкес келеді (А. П. Киселев, В. В. Манойлов, В. В. Коувенховен, Ф. Дальциель және басқалар) [1, 3, 12, 13, 16, 19] .

Электр қауіпсіздігі саласында танымал отандық ғалымдардың бірі П. А. Долин [16] 5 В және одан жоғары кернеулер үшін 50 Гц жиілікте кернеуді есептеу үшін өрнек ұсынды zh, kOhm:

𝑧 _ℎ = [77/(𝑈 _проб + 10) ] +

(14. 8)

онда 𝑈 _пр - вольтпен қолданылатын кернеу.

Профессор П. А. Долин ұсынған өрнек кернеуіне байланысты, яғни денесіне (𝑈 _пр ≥ 5 В) және, сонымен қатар, 𝐼 _ℎ -ге қарай, адам арқылы өтетін ток (𝑈 _пр В) шамасының максималды мәндерін есептеуге мүмкіндік береді. 0, 3 <𝑧 _ℎ <6, 0 кОм) :

𝐼 _ℎ = [𝑈 _пр (𝑈 _пр + 10) ] /(0, 3𝑈 _пр + 80) ;

(14. 9)

𝐼ℎ= [𝑈пр(𝑈пр+ 10) ] /(0, 3𝑈пр+ 80) ;:

𝐼 _ℎ = (80 − 10𝑧 _ℎ ) /[𝑧 _ℎ (𝑧 _ℎ − 0, 3) ]

(14. 9): (14. 10)

Тәуелділіктерді талдау (14. 3-сурет) және өрнек (14. 8) 50 В дейін және 50 Гц жиіліктегі айнымалы токтың кернеуінде, кедергісі 𝑧 _ℎ 2, 1 - 1, 6 кОм дейін күрт төмендейді, содан кейін ең аз мәнге жақындаған қарсылықтың шамалы өзгерісі бар 300 Ом.

Осылайша, адам ағзасына қолданылатын кернеудің артуы, 𝑈 _пр , тері астындағы тіндердің (300 Ом) төзімділігіне жақындаған кезде, 𝑧 _ℎ кедергісінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі, мысалы:

▪ 𝑈 _пр = 110 В z _h ≈ 950 Ом;

▪ 𝑈 _пр = 220 В z _h ≈ 600 Ом;

▪ 𝑈 _пр = 380 В z _h ≈ 500Ом;

▪ 𝑈 _пр = 1000 В z _h ≈ 400 Ом и т. д.

Біздің елде адам ағзасының қарсыласуының есептік мәні қабылданған:

Rh=1000 Ом при напряжении 𝑈пр> 50 В;
Rh= 6000 Ом при напряжении 𝑈пр= 36 В.

Қолданылған кернеу ұлғайған кезде, адамның терісінің қарсыласуының төмендеуіне байланысты кедергі азаяды. Бұл жағдайда тері арқылы өтетін ток өседі, ал электр өрісінің кернеулігі кезінде E _проб = (500 − 2000) B / mm қарқындылығынан асып кетеді, онда қабат қыртысының бұзылуы пайда болады.

Теріден өту кернеуінің шамасы теңдеу арқылы анықталуы мүмкін

𝑈проб = 2𝑑𝜌𝐸

(14. 11)

мұндағы 𝑑 _𝜌 - қабаттың қабаттың қалыңдығы, мм.

Мысалы, егер қабатының қалыңдығы 2𝑑 _𝜌 = 0, 05 мм болса және қарқындылығы E _проб = (500 − 2000) B / mm болса, өту кернеуі

𝑈 _проб = (50 − 200) 𝑉.

Осылайша, 50 В және одан жоғары кернеулер кезінде, эксперименттік зерттеулермен расталды, бұл қабатта теріден өту пайда болуы мүмкін.

Адам ағзасының күрделі түрдегі жалпы қарсылығын өрнектің көмегімен есептеуге болады

𝑧 _ℎ = 2𝑧 _э + 𝑅 _в = [2/(𝑅 _э + 𝑗𝜔𝐶 _э ) ] + 𝑅 _э

(14. 12)

адамның кедергісін нақты түрде есептеу үшін теңдеуді жазуға болады

𝑧 _ℎ = √{[4𝑅 _э (𝑅 _э + 𝑅 _в ) ] /(1 + 𝑅 ² 𝜔 ² С ² ) } + 𝑅 ²

э э в

(14. 13)

мұнда 𝜔 = 2𝜋𝑓 - бұрыштық жиілік.

Эксперт талдауы (14. 13) көрсеткендей, тұрақты токка сәйкес келетін 𝑓 = 0 жиілігінде адам ағзасының жалпы қарсылығы өрнектің көмегімен анықталған ең үлкен мәнге ие болады

𝑧 _ℎ = 2𝑅 _э + 𝑅 _в = 𝑅 _ℎ

(14. 14)

Ағымдағы ток жиілігі артуына қарай, 𝑧 _ℎ азаяды, өйткені сыйымдылық қарқындылығы төмендейді.

𝐹 = ∞ жиілігінде адам ағзасының жалпы қарсылығы адам ағзасының ішкі қарсыласуына тең болады.

Тұрақты токтың (14. 2-суреттегі қисық) және тұрақты токтың қарсылық тәуелділігін талдау (14. 2-суреттегі қисық) төмен кернеулер кезінде (10 В дейін) кедергі айырмашылығы маңызды екенін көрсетеді. Қолданылған кернеу ұлғайтылған кезде бұл айырмашылық азаяды,

ал кернеуі 𝑈 _проб = (40 − 50) кезінде адам денесінің тұрақты және ауыспалы ток кедергісі бірдей.

Суретте. 14. 4 - адам ағзасының импедансымен және оның өтуінен

өтетін ток кернеуінің қолданыстағы кернеу жиілігіне тәуелділігі, бұл ағым қолмен жүретін қолға өтеді.

Сурет. 14. 4. Адам денесінің кедергісінен тәуелділігі және ток арқылы өтетін ток, 𝐼 _ℎ қолданылған кернеу жиілігінде

Эксперимент цилиндрлік электродтарды диаметрі 40 мм болатын 5 В кернеуінде 50 Гц жиілікте жүзеге асырылды [3, 4, 16] .

Адам ағзасының кедергісінің мөлшері электродтар S аймағына үлкен әсер етеді. Адам ағзасына қолданылатын электродтардың ауданы неғұрлым көп болса, кедергі төменірек болады (14. 5-сурет) .

Сурет. 14. 5. Адам денесінің кедергісінің тәуелділігі 𝑧 _ℎ қолданбалы кернеу мен электрод аймағына жиілікте (қолмен қолға)

Тәуелділіктерді талдау, Сурет. 14. 5 көрсеткендей, ағымның жиілігі артып, адам денесінің әртүрлі электродтар үшін жалпы қарсылығы азаяды және 10-20 кГц жиілікте электродтың ауданы кедергіге әсер етпейді.

Адам организмінің кедергісінің 𝑧 _ℎ -ге электродтар аймағында S (егер 𝑅 _в = 0) алаңына тәуелділігін талдау нәтижелерін растайтын өрнек түрінде