Почему провода бьют током? Статья
Опасно ли прикосновение к проводу, находящемуся под напряжением? Безусловно, да. По статистике ежегодно от поражений током умирает около 30 000 человек. Цифры устрашающие. Но почему так происходит и провода бьют током? Попробуем разобраться.
Проводники и изоляторы
Для начала вспомним, что электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц – электронов или ионов.
Все природные и подавляющее число искусственных материалов делятся на изоляторы и проводники (есть еще полупроводники, но о них речь идти не будет). В изоляторах связь электронов с ядрами в атомах очень прочная, поэтому в них свободных заряженных частиц мало. В результате такие материалы не проводят электрический ток.
С проводниками ситуация другая. В их структуре электроны легко могут покинуть ядро и стать свободными. В толще материала они перемещаются хаотически, но при подключении к источнику питания начинают двигаться в одном направлении. Так и возникает электрический ток.
Электроны двигаются в проводнике достаточно медленно: их максимальная скорость примерно 1 мм/с. При этом большинство из нас уверено, что ток по проводнику распространяется мгновенно. Дело в том, что свободных электронов очень много и они рассредоточены по всей длине провода. При включении источника питания (создании разности потенциалов) части из них нужно преодолеть практически ничтожное расстояние, чтобы замкнуть цепь. Поэтому, например, лампа в светильнике зажигается мгновенно после включения выключателя.
Заменять своим телом проводник крайне опасно
Электрическое сопротивление
Проводники хорошо проводят электрический ток, но при этом все равно оказывают ему определенное сопротивление. Электроны во время движения встречают другие электроны или атомы, сталкиваются с ними и теряют часть своей энергии. Она не исчезает бесследно, а выделяется в виде теплоты (на самом деле процесс несколько сложнее, но мы его сознательно упростили). Отсюда возникает две прямых зависимости:
- Чем больше электронов проходит через проводник (то есть чем больше ток), тем больше энергии ему передается и тем сильнее он нагревается. Чтобы нивелировать этот эффект, нужно увеличить сечение провода.
- Чем выше сопротивление проводника, тем хуже он проводит ток и сильнее нагревается.
Сопротивление человеческого тела
Человеческое тело обладает электрическим сопротивлением. Чем оно выше, тем меньший ток через него может пройти и тем ниже опасность поражения. Одновременно чем выше сопротивление, тем больше вырабатывается тепла при прохождении тока, что может привести к электроожогам.
Сопротивление человеческого тела не является постоянной величиной. Наибольший показатель имеет кожа, а наименьший – спинно-мозговая жидкость. В сухом и незагрязненном состоянии наружный слой кожи вообще является диэлектриком.
В реальных условиях сопротивление тела зависит от нескольких факторов:
- физиологических особенностей (ток проникает в организм человека через каналы потовых желез кожного покрова, поэтому проводимость тела зависит от их количества и интенсивности деятельности);
- температуры и влажности воздуха;
- пола человека (так, у мужчин толщина кожи, а значит и сопротивление, выше);
- возраста (с возрастом толщина кожи и сопротивление увеличиваются);
- состояния кожи (раны, пыль, влага уменьшают ее сопротивление).
Более того, у одного и того же человека сопротивление на разных участках кожи заметно различается. Например, ладони рук имеют показатель в 2–3 раза больший, чем их тыльная сторона.
Что происходит при контакте человека с проводником
При контакте человека с проводником, находящимся под напряжением, через его тело начинает течь ток. Его величина зависит от приложенного напряжения и сопротивления тела. Здесь возможны разные варианты:
1. Прикосновение к одной фазе. Такое может произойти, если стоять на земле и одной частью тела коснуться провода или электроустановки, находящейся под напряжением. В этом случае имеется разность потенциалов между проводом или электроустановкой и землей, а человек замыкает цепь, через которую пойдет ток. В нее будет включено не только тело, но и одежда, обувь и опора, на которой он стоит. В такой ситуации сопротивление обуви и опоры играет жизненно важную роль. Например, сухая кожаная подошва имеет сопротивление 100 кОм, а такая же резиновая уже 500 кОм. Что касается опоры, то наибольший показатель у сухого бетона (2 Мом), а наименьший – у металла (0 Ом).
Красным пунктиром показан путь тока при прикосновении к проводнику под напряжением
2. Прикосновение к двум фазам. В этом случае сопротивление обуви или опоры не играют никакой роли. Человек может стоять на изолированном основании, но при одновременном прикосновении к двум проводникам однофазной сети или двум фазам трехфазной сети через его тело потечет ток. Несколько ограничить его величину может сухая одежда, но полностью избежать последствий не удастся.
Красным пунктиром показан путь тока при прикосновении к двум фазам трехфазной сети (слева) или двум проводникам однофазной сети (справа)
3. Возможен и третий вариант, когда ток идет по земле. Такое происходит, например, при обрыве провода. В этом случае между ступнями ног возникает шаговое напряжение и ток тоже может пойти через тело человека. В такой ситуации чем выше сопротивление обуви, ниже сопротивление опоры и меньше расстояние между стопами ног, тем меньше вероятность поражения током.
Так пойдет ток при возникновении шагового напряжения
Как действует ток на человека
Интересным фактом является то, что человеческое тело само функционирует благодаря электрическим сигналам слабой мощности. С их помощью передаются нервные импульсы и контролируется работа всех мышц. Например, электрокардиограмма – это фиксация электрического тока, проходящего через сердце.
Поражение электрическим током может вызвать последствия трех видов:
- Электролитические. В этом случае изменяется физико-химический состав крови или других органических жидкостей.
- Термические. Такие последствия сопровождаются нарушением функциональности внутренних органов, перегреванием кровеносных сосудов или появлением ожогов.
- Биологические. В этом случае теряется контроль над мышцами, что приводит к их спазмам и непроизвольным сокращениям. В результате сложно оторвать руку от провода. Самым опасным является нарушение работы сердечных мышц.
Какой ток опасен для человека
При воздействии электрического тока определяющим фактором является его сила. Так, ток менее 1 мА человек вообще не ощущает. При его возрастании до 10 мА появляются неприятные ощущения и болезненные сокращения мышц. Если ток увеличить до 80 мА, затрудняется дыхание, а при 100 мА нарушается сердечный ритм. Показатель в 200 мА способен остановить дыхание и вызвать сильные ожоги.
Заключение
Из всего сказанного важно усвоить одно: прикосновение к проводнику под напряжением опасно, если человек замыкает цепь, имеющую разность потенциалов. В качестве наглядного примера приведем следующий: птицы спокойно могут сидеть даже на высоковольтных проводах. Ток через их тело пойдет только в том случае, если они коснутся земли или второго провода и появится разность потенциалов.
