Что бьёт и убивает: ток или напряжение?
Именно поэтому на электроустановках устанавливают предупреждающие плакаты, например, «Высокое напряжение! Опасно для жизни!» или «Не влезай! Убьет!». В связи с чем у многих возникает путаница, что убивает ток или напряжение, чего же им стоит опасаться.
В чем отличие между током и напряжением?
Если рассмотреть физический процесс, то электрическая энергия имеет множество различных характеристик, среди которых наиболее часто рассматриваются напряжение и ток. Сразу заметим, что это не одно и то же, но обе они взаимосвязаны.
В каждом веществе присутствует несчетное количество мельчайших атомов, в которых происходит электромагнитное взаимодействие между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами, вращающимися вокруг ядра. В нормальном состоянии элементарные частицы находятся в балансе – заряд ядра полностью скомпенсирован зарядами электронов. Но, воздействие электромагнитного поля на атомы приводит наиболее удаленные электроны в движение, и атомы выходят из равновесия – получают определенный заряд.
Рис. 1. Строение атома
Под напряжением следует понимать разницу между двумя зарядами – в одной точке энергии больше, а в другой меньше. Можно провести аналогию с сообщающимися сосудами, если воды в одной трубке больше, а во второй меньше, то при их соединении вода из первой будет перетекать во вторую. Так же и с напряжением – потенциально в каждой точке имеется определенный заряд энергии, созданный электромагнитным полем, но до тех пор, пока эти точки не соединятся электрической цепью, заряженные частицы не начнут направленного движения.
Рис. 2. Что такое напряжение
Но, с появлением связующей цепи, напряжение между двумя точками приведет к направленному движению заряженных частиц. Это явление получило название электрического тока.
В зависимости от особенностей источника электрической энергии напряжение и ток могут носить:
Поэтому ток не может протекать без наличия напряжения на участке цепи, но именно ток определяет интенсивность воздействия электрической энергии на человека.
Воздействие тока и напряжения на организм
Чтобы определить степень воздействия на человека, следует отметить, что тело представляет собой проводник электрической энергии, через который может свободно протекать электрический ток. Однако, согласно закону Ома, сила тока на любом участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна сопротивлению:
Как можно судить из вышеприведенного выражения, чем больше омическое сопротивление, тем меньше ток, протекающий через человека. Напряжение электрической сети – величина постоянная и мало зависящая от того, что к ней подключено.
А вот на сопротивление человека влияют многие факторы:
Чтобы представлять себе всю картину, нужно знать следующее:
Вышеприведенные данные справедливы для переменного тока частотой 50 Гц, это обуславливается наличием амплитудных составляющих и пикового значения, как в положительную, так и в отрицательную сторону. При постоянном токе опасное для жизни значение считается от 300 мА и выше.
Более детально о воздействии электрического тока на организм человека было изложено в нашей статье: https://www.asutpp.ru/dejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html
Подводя итоги
Как видите, токовая составляющая, воздействующая на человека, и определяет, какие ситуации считаются опасными, а какие нет. Но, в то же время, без разности потенциалов электрический ток вообще протекать через человека не будет. Прямой тому пример – выполнение работ под напряжением, когда человек свободно касается проводов, а смертельно опасное электричество его не бьет. Проблема решается изолирующей вставкой между землей и ногами человека, которая разрывает электрическую цепь.
Помимо этого существует целый разряд электроустановок, которые относятся к безопасным за счет питания низким напряжением. Так, потенциально безопасными можно назвать уровни не более 42 В переменного и 100 В постоянного, а все остальные относятся к опасному или высокому напряжению. Но не испытывайте судьбу, лучше перестраховаться и воспользоваться средствами индивидуальной защиты, а в любой непонятной ситуации воздержаться от взаимодействия с электроустановкой, оборванными проводами или корпусом поломанного бытового прибора, включенного в сеть.
Что конкретно убивает: сила тока, или его напряжение? И если сопротивление в сети будет равно нулю(гипотетически), то будет ли сила тока равна напряжению(I=U)?
Нет, согласно закону Ома сила тока прямо пропорциональная напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению на конкретном участке цепи.
Это означает, что величина силы тока будет равна величине напряжения лишь в случае, когда сопротивление участка будет равно единице. А если рассмотреть предлагаемый вами вариант, когда сопротивление равно нулю, то величина тока составит бесконечную величину при идеальном источнике питания, в котором мощность теоретически составляет бесконечность. В реальных цепях эта цифра хоть и не будет бесконечной, но запросто может исчисляться тысячами или сотнями тысяч ампер.
По поводу опасности электрического тока для жизни и здоровья человека, то здесь следует оговориться о том, что напряжение и ток – это две характеристики одного явления. Они взаимосвязаны друг с другом, что наглядно демонстрирует закон Ома, описанный формулой выше. Но, с точки зрения физики процесса, напряжение является первичным явлением – изначально к участку электрической цепи прикладывается разность потенциалов, и только после этого возникают условия, при которых может протекать электрический ток.
Электрический ток, при протекании через проводящую среду, производит смещение электронов или ионов в проводнике. При рассмотрении человеческого тела опасность касается крови, как основного проводника в организме. Движение электротока по кровеносным сосудам опасно тем, что кровь может разлагаться на составляющие. По отношению к мышцам происходит непроизвольное сокращение, может нарушаться ритм биения сердца.
Что убивает ток или напряжение и почему
Всем известно, что электричество опасно для здоровья и жизни людей. Об этом рассказывают в школе, на это указывают предупреждающие надписи та высоковольтных трансформаторах «Опасно для жизни, высокое напряжение!» и на розетках «220В».
Однако в ПТБЭЭП и других нормативных документах кроме напряжения указывается опасный ток. Даже УЗО и дифференциальные автоматы защищают не от попадания человека под напряжение, а от протекания через него тока, превышающего ток уставки. Так что же представляет бОльшую опасность и что убивает ток или напряжение?
Как возникает ток и напряжение
Для ответа на вопрос, что убивает ток или напряжение, необходимо разобраться, к каким физическим явлениям относятся эти термины. Несмотря на то, что они связаны между собой, это два разных понятия.
Что такое электрический ток
Согласно школьному курсу физики и Теоретическим Основам Электротехники (ТОЭ) электрическим током называется направленное движение электрических частиц. В металлах это электроны, а в жидкостях, в том числе организме человека, ионы солей, кислот и щелочей. Именно поэтому дистиллированная вода является изолятором.
Единицей измерения является 1 Ампер. Это около 6,24 × 1018 электронов, протекающих через проводник за 1 секунду.
| Интересно! Воздействие токов небольшой величины применяются в медицине в установках УВЧ и для лечения некоторых заболеваний. |
Что такое напряжение
При наличии только одного контакта разность потенциалов и напряжение отсутствует. Именно поэтому птицы могут сидеть на высоковольтных проводах, а сама линия электропередач монтируется так, чтобы исключить одновременное прикосновение пернатых к двум проводам или к проводу и опоре.
Отличие между током и напряжением
Чем выше башня и давление (напряжение) и больше сечение (меньше электрическое сопротивление), тем больше поток воды (ток).
Кроме того, напряжение как потенциал может существовать неопределённо долго, а ток протекает только при замкнутой цепи между точками с различным потенциалом.
| Справка! Мощность электроприбора рассчитывается произведением тока и напряжения. |
Воздействие тока и напряжения на организм
Для появления тока к проводнику необходимо подать напряжение и ток тем больше, чем оно выше. С точки зрения электротехники тело человека является раствором солей и других химических веществ в воде и ток, протекающий через него, так же подчиняется этому правилу, определяющему, что убивает человека сила тока или напряжение.
Протекание через организм человека электрического тока оказывает различные виды негативных воздействий:
Сами электротравмы делятся на общие, при которых поражается весь организм, и местные, при которых негативному воздействию подвергаются только отдельные участки кожи и ожоги глаз ультрафиолетовым излучением электрической дуги.
От чего зависит степень поражения
То, какое напряжение и ток опасны для жизни, зависит от различных факторов, главный из которых электрическое сопротивление кожи. Если её поверхность сухая и чистая, то сопротивление при напряжении 5-10В составляет около 100кОм, а при намокании оно падает до 1кОм. Его так же уменьшают порезы и царапины. Сопротивление внутренних органов 0,5-1кОм.
Сопротивление тела падает, а протекающий через организм ток растёт при увеличении напряжения, продолжительности воздействия, плохом состоянии здоровья и других факторах. При совпадении всех негативных факторов оно может понизиться до 0,8кОм.
Кроме напряжения степень поражения зависит так же от длительности и пути прохождения тока через организм. Самым опасным является путь прохождения тока рука-рука и рука-ноги, при которых ток проходит через область груди.
Чем выше напряжение и ток, тем меньше относительно безопасное время его протекания:
При более продолжительном нахождении человека под напряжением возрастает вероятность фибрилляции желудочков сердца с его последующей остановкой. В этом случае спасти жизнь пострадавшему могут только искусственное дыхание и непрямой массаж сердца.
| Важно! Реанимационные действия производятся только после освобождения человека от воздействия электричества. |
Опасный ток и напряжение для человека
Самым высоким сопротивлением обладает верхний ороговевший слой сухой кожи. При низких напряжениях он составляет 40-100кОм, но при повышении происходит электрический пробой изоляции и сопротивление тела падает до 1кОм.
Оно так же понижается во влажных помещениях, поэтому максимально-допустимое напряжение в парных и саунах составляет 12В.
Понизить сопротивление поверхности тела может так же находящиеся на ней пот, загрязнения и другие факторы, в результате опасным может быть напряжение 50В. Поэтому питание переносных светильников ограничено величиной 36В.
При рассмотрении вопроса, что убивает сила тока или напряжение, необходимо учесть, что статическое электричество, за исключением специальных установок типа «лейденской банки» совершенно безопасно.
В бытовых условиях человек с ним сталкивается при ношении шерстяного свитера или поглаживании кошки. Его величина может достигать 35кВ, но из-за малой величины заряда ощущается как кратковременный укол. Это относится так же к пьезоподжигу в карманных зажигалках.
Вывод
Как видно из статьи, ответ на вопрос, что убивает ток или напряжение, не является однозначным. С одной стороны, без напряжения электрический ток отсутствует, а с другой стороны, само по себе высокое напряжение не опасно и при разомкнутой цепи, в том числе через тело человека, ток отсутствует.
Поэтому, несмотря на то, что убивает именно ток, опасным является высокое напряжение.
Почему электрошокер (миллион вольт) не убивает человека, а 220В из розетки убивает?
Средний 4 комментария
Человек умирает от силы тока
1000000В должны стереть его в порошок
Частота тоже влияет. Чем больше частота переменного тока, тем менее глубоко проникает разряд.
А так все верно, сила тока маленькая получается, в отличие от розетки, где сила тока не ограничивается.
Посмотрите креосана, они там током долбятся запредельным и еще живы)
Сергей Пуговкин:
Нет, не вырвана. Тк в формулу не подставили все значения
И вместо реального значения в пару А, вы пытаетесь использовать В
Поищите реальные данные по вольтажу и амперметражу у устройств
Имея дело с физикой (описывающей поведение движущихся зарядов) и физиологией (описывающей реакцию живого тела на движущийся заряд), нельзя оперировать «логикой», в которой участвуют не конкретные значения физических величин, а «очень много» «очень мало» и так далее.
Эти же факторы в разных комбинациях влияют на поражение нервной системы и ожоги. В историях с поражением молнией всегда остается вопрос, а шел ли ток через тело, или по его поверхности, либо вообще только «по касательной» (мокрая не очень чистая одежда имеет меньшее сопротивление, да и механизм течения токов такого высокого напряжения заслуживает отдельной статьи).
Ликбез по электротравмам: от ожогов и катаракты до переломов и фибрилляции
В комментариях к нашей статье о смерти малайзийского школьника в наушниках мы обещали сделать пост об электротравмах, а также об особенностях патогенного влияния электрического тока на органы и ткани человеческого тела. Обещали — выполняем.
Предупреждение от модератора. Публикация содержит изображения частей тела травмированных людей, которые могут оказать влияние на психическое состояние чувствительных взрослых и детей.
Что убивает: ток или напряжение?
Начнем с этого холиварообразующего вопроса, без которого не обходится, пожалуй, ни один популярный пост об электротравме. Без долгих рассуждений напишу — основным поражающим фактором является ток, убивает именно он. Как мы все знаем из школьного курса физики, ток=напряжение/сопротивление. Полагаю, что корректно говорить о том, что напряжение (разность потенциалов) является условием поражения, но само по себе не наносит повреждений.
Например, напряжение статических разрядов в момент снятия шерстяного свитера достигает нескольких киловольт, при этом они не наносят никаких существенных повреждений, так как ток мизерный. Поэтому в таких случаях напряжение сравнивают с высотой, которая сама по себе не приводит к смерти и не может являться её причиной, в отличие от самого факта падения, при котором высота становится значимым условием для наступления смерти.
Следует вспомнить, что такое электрический ток. Как следует из русского названия, ток — течение, то есть протекание заряженных частиц. Какое их количество протекает за единицу времени через единицу сечения проводника. Чем больше количество частиц, тем больше ток. Именно течение частиц и является причиной поражения человека. Величина тока, которая может пройти через человека, определяется приложенным напряжением, внутренним сопротивлением источника тока и сопротивлением тела человека.
Электротравма по нормам ВОЗ, процессы в тканях и тяжесть поражения
Сегодня в различной литературе можно встретить массу классификаций и определений поражения человека электрическим током — они все интересны, но вносят много путаницы. По моему мнению, следует придерживаться общепринятого определения, которое принято в ВОЗ.
Так, согласно нормам ВОЗ, поражение током принято называть электротравмой (никаких ударов и иных видов поражения отдельно не выделяют). Согласно ВОЗовским нормам, любая травма — есть физическое повреждение органов и тканей, возникшее под воздействием того или иного вида энергии. Поэтому электротравма — любые повреждения (нарушения деятельности), вызванные воздействием тока, сиречь электрической энергии.
Типы воздействия тока
Выделяют три типа воздействия электрического тока на организм, которые подпадают под определение электротравмы:
Тяжесть поражения
Итак, перечислим факторы, от которых зависит тяжесть электротравмы:
В таблице ниже представлены диапазоны сопротивлений тканей нашего организма, из нее легко понять, что значения варьируются в очень широких пределах.
Классификация токов по типу воздействия
Величины поражающего тока условно разделены на 3 диапазона, в зависимости от того, какое преимущественное воздействие ток оказывает. Таким образом, выделяют токи:
На таблице ниже соотнесены диапазоны значений переменного и постоянного тока и поражения, которые они способны вызвать (приводится, согласно пособию доцента кафедры инженерной экологии и охраны труда Московского энергетического института
С.Г.Новикова).
Пути тока
Ещё одним важным и часто решающим фактором становится путь тока, который зависит от мест входа и выхода разряда. Наиболее опасными путями считаются те, которые проходят через жизненно важные органы (головной и спинной мозг, сердце, лёгкие, печень, почки). Характерные случаи с электротравмой через наушники, когда путь тока протекает через голову (практически во всех известных инцидентах закончился смертью).
Если путь тока не проходит через жизненно важные органы, то влияние на них происходит исключительно рефлекторно, а соответственно, опасность для жизненно важных функций значительно меньше. Пути тока через человеческое тело иногда называют петлями. Наиболее опасными из них считаются: «рука-рука» (40% летальных исходов), “голова-ноги» и “голова-рука” (вместе около 20 %),”правая рука — ноги” (20%), «левая рука-ноги» (17%), на прочие смертельные случаи приходится приблизительно 3%.
В представленной ниже таблице указано процентное соотношение поражающего электрического тока, проходящего через сердце, при различных путях тока:
Немного о механизме повреждения тканей
Согласно Илишевой, после того как ток преодолевает сопротивление кожи, он пронизывает ткани и вызывает электролиз, который, в свою очередь, приводит к нарушению ионного баланса в клеточных образованиях. Быстрое омертвение тканей при электротравме вызывается как раз поляризацией мембран клетки во время электролиза. Происходит следующее:
При действии тока на нервные волокна отмечаются периневральный отек, некроз (омертвение) нейрональных структур, тромбоз окружающих сосудов. Аналогичные процессы возникают в мышечной ткани. Перед развитием некроза нервная ткань раздражается, а в мышцах возникает тонус и судорожные сокращения, которые в свою очередь приводят к механическим повреждениям (см. далее).
Кожа поражается в основном в местах входа и выхода заряда, термические явления могут вызвать ожоги и вкрапления инородных металлических частиц (см. ниже), а электрохимическое действие тока — изменения цвета кожных покровов (см. метки тока).
Виды поражений электрическим током
Некоторые авторы выделяют три вида электротравм, а именно местные, общие и смешанные. К местным причисляют ожоги, электрические знаки (метки), металлизацию кожи и механические повреждения. Общими называют такие поражения током, при которых выражена общая симптоматика, в виде поражения центральной нервной и сердечно-сосудистой системы. Смешанные имеют признаки как местной, так и общей.
Электроожоги
Среди местных проявлений более распространены т.н. электрические ожоги, которые делят на контактные и дуговые. Я пишу “т.н.”, в силу того, что ожог вызывается высокой температурой проводника или пламени электрической дуги, т.е. по факту он термический, но отягощен другими поражающими факторами электротравмы.
Контактные развиваются при непосредственном соприкосновении кожи с поверхностью проводника, где за счет высокой плотности тока и сопротивления кожи локально повышается температура. Для них характерна сравнительно небольшая площадь поражения (как правило, 1% кожи и менее) с различной глубиной поражения и тяжестью состояния.
Контактные электроожоги
Дуговые, зачастую тяжелее, нередко сопровождаются обширными 50 % и более, и глубокими (до 4 степени) поражениями. Это связано с более высокой температурой, а также, зачастую, с более высокой площадью поражения. Дуговые ожоги чаще вызывают ожоговый шок и ожоговую болезнь. В случаях с электротравмой от гаджетов и бытовых приборов — дуговые ожоги — штука не столь брутальная, так как дуга, зачастую, небольшая, а соответственно, и площадь поражения меньше.
Метки тока
Метки (они же знаки) представляют собой серые или желтоватые пятна овальной формы с небольшим углублением в центре. Знаки могут появиться сразу или со временем, описаны случаи, когда они бесследно исчезали. Этот признак часто встречается при тяжелой общей симптоматике в местах входа и выхода заряда. Не требует специальной помощи, но может быть использован как ценный диагностический признак.
Метки тока на ладони
Метки тока после удара молнией
Металлизация
Металлизация представляет собой внутридермальное (находящееся в толще кожи) проникновение небольших частиц металла, которые расплавились под действием электродуги. Металл нагретый дугой, повреждая верхние слои кожи, быстро остывает, передавая тепло очень теплоемкой коже и застывает в термокоагулированной ожоговой поверхности (в струпе).
При незначительных, неглубоких (до росткового слоя кожи) поражениях кожи металлизация может исчезнуть бесследно, равно как и связанные с ней болевые ощущения, но чаще эти поражения более глубокие и оставляют рубцы.
Поражения глаз
Особенно опасна металлизация роговицы глаза. Такое поражение приводит к временной, нуждающейся в длительном лечении, а иногда и неизлечимой слепоте. Из местных офтальмологических проявлений можно также выделить помутнение хрусталика (катаракту), которая иногда возникает при прохождении разряда через голову.
Парная звездчатая катаракта после электротравмы
Переломы и другие механические повреждения
Что интересно, электротравма может приводить к тяжелым механическим повреждениям, например, вывихам, разрывам связок, переломам, а также вызывать кровотечения из поврежденных сосудов. Основной причиной таких повреждений считаются судороги, развившиеся в результате раздражающего воздействия тока.
Так, у малазийского школьника, о котором мы писали, возникло кровотечение в местах контакта кожи с наушниками.
Кровотечение из уха, после электротравмы через наушники
В 2017-м году в Первоуральске был зафиксирован случай переломов костей предплечья у ребенка в результате полученной электротравмы. К механическим повреждениям вследствие поражения током не принято относить травмы, полученные опосредованно, например, при падении после получения удара током.
Общие проявления
Общее действие тока приводит к нарушению работы жизненно важных органов и систем, ток способен поражать все органы и ткани человека. В зависимости от факторов, описанных выше, эффект может быть совершенно разным по тяжести и выраженности клиники.
Выделяют 4 степени тяжести поражения током:
Гаджеты и электротравмы
Повсеместное распространение гаджетов привело к ощутимому росту количества электротравм, полученных в быту. Совершенно естесвенно, что все они вызваны гаджетами, заряжающимися от сети, и, зачастую, в ситуациях, когда пользователь беспечно пренебрегает правилами электробезопасности. Между подобными случаями есть много общего. Проводя небольшой контент анализ по случаям за последние 8 лет, я обратил внимание, что большинство происходят в развивающихся странах с жарким влажным климатом (Китай, Индия, Малайзия, Бразилия).
В подавляющем большинстве случаев причиной поражения становится гаджет, заряжающийся от низкокачественного зарядного с проблемной гальванической развязкой. В этих странах распространено каркасное домостроение с металлическими опорными конструкциями, к которым при помощи токопроводящих элементов крепятся напольные покрытия. Всего я насчитал 42 случая с такого рода электротравмами. К регионам с жарким климатом, сравнительно низким уровнем жизни и дешевыми каркасными домами относилось 36.
Ниже приведу лишь наиболее известные и громкие инциденты, не скрою, что, делая эту выборку, я старался привести примеры близкие к случаю в Малайзии (наушники+смартфон+зарядка), дабы продемонстрировать не единичность и стопроцентную летальность:
Еще раз подчеркну, все известные мне случаи с электротравмой через наушники — летальные, что подтверждает опасность петель “голова-конечности”.
Видео не рекомендуется для просмотра детям и впечатлительным
Так или иначе, все подобные случаи укладываются в существующие представления об электротравмах и подтверждают многое из написанного выше. При подробном анализе, кажущаяся парадоксальность превращается во вполне обыденную историю для ожоговых центров, реанимационных отделений и патологоанатомических бюро.
Я искренне надеюсь, что представленный ликбез был полезен. Будем признательны если вы поделитесь своим мнением в комментариях. Возможно, вам доводилось пережить электротравму или её последствия, или вы регулярно сталкиваетесь с этим на работе, расскажите другим о своём опыте. Возможно выйдет ещё один пост касающийся первой помощи — напишите если это для вас актуально.
Рекламная нагрузка
Мы продаём электронику, разную, много. Если соблюдать правила эксплуатации, электроника которую мы продаём не приводит к поражению электрическим током. Более того, нам не известно ни одного случая, когда бы наши покупатели получили электротравму от приобретенных у нас товаров.
