Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность
 Скачать 4.84 Mb.
|
Контрольные вопросыПричина возникновения шагового напряжения? Как распределяется потенциал на поверхности грунта в зоне растекания тока с заземляющего электрода. На каком расстоянии начинается «земля» с нулевым потенциалом? Как зависит напряжения прикосновения заземленного корпуса от рас- стояния от места замыкания на землю? Как влияет величина напряжения прикосновения на величину сопротивле- ния растеканию заземляющего устройства? Лабораторная работа 6. Исследование электрического сопротивлениятела человека Цель работы: ознакомление с основными закономерностями изменения электрического сопротивления тела человека, проведение самостоятельного экспериментального исследования по измерению электрического сопротивле- ния тела человека. Теоретическая частьЖивая ткань как проводник электрического тока Тело человека является проводником электрического тока. Однако про- водимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. Сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния ко- жи, параметров электрической цепи, физиологических факторов, психологиче- ского состояния человека и состояния окружающей среды. Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% массы), при этом в ней растворено большое количество различ- ных солей, поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит. Пере- носчиком заряда в электролитах являются ионы, поэтому проводимость живой ткани носит ионный характер. Электрическое сопротивление тела человекаЭлектрическое сопротивление различных тканей тела человека неодина- ково. Удельное объемное сопротивление различных тканей при токе 50 Гц представлено в таблице 1. Таблица 1 –Удельное сопротивление различных тканей
Из этих данных следует, что кожа обладает очень большим удельным со- противлением. Поскольку практически все контакты происходят через кожу, кожа и определяет сопротивление тела человека в целом. Строение кожи весьма сложно. Кожа состоит из двух основных слоев: на- ружного, называемого эпидермисом, и внутреннего, являющегося собственно кожей и носящего название дермы (рис. 1).  Рисунок 1 – Схема строения кожи человека Наружный слой кожи - эпидермис в свою очередь состоит из пяти слоев, из которых самый верхний является, как правило, более толстым, чем все ос- тальные слои вместе взятые, и называется роговым (Рис. 2) . Роговой слой включает в себя несколько десятков рядов мертвых орого- вевших клеток, имеющих вид чешуек, плотно прилегающих одна к другой. Ка- ждая такая чешуйка представляет собой плотную роговую оболочку, как бы сплюснутую маленькую подушечку, содержащую небольшое количество воз- духа. Роговой слой лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина его на разных участках тела различна и колеб- лется в пределах 0,05÷0,2 мм. Наибольшей толщины он достигает в местах, подвергающихся постоянным механическим воздействиям, в первую очередь на подошвах и ладонях, где, утолщаясь, он может образовывать мозоли.  Рисунок 2 – Структура эпидермиса Удельное сопротивление рогового слоя достигает 105÷106 Ом м, т. е. в сотни и тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи и внутренних тканей организма. Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные из живых клеток, можно объединить в один так называемый ростковый слой. Электрическое сопротивление росткового слоя, благодаря наличию в нем от- мирающих и находящихся в стадии ороговения клеток, может в несколько раз превышать сопротивление внутреннего слоя кожи (дермы) и подкожных (внут- ренних) тканей организма, хотя по сравнению с сопротивлением рогового слоя оно невелико. Внутренний слой кожи, дерма, состоит из прочных волокон соединитель- ной и эластической ткани, переплетающихся между собой и образующих гус- тую прочную сетку, которая и служит основой всей кожи. Между этими волок- нами находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания и корни волос, потовые и сальные железы. Дерма является живой тканью, содер- жит значительное количества жидкости; электрическое сопротивление ее не- значительно, во много раз меньше сопротивления эпидермиса. Сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений (рис. 3): двух одинаковых сопро- тивлений наружного слоя кожи, т.е. эпидермиса, Zн, и одного сопротивления внутренних тканей тела Rв (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей и жидкостей (мышечная, жи- ровая ткань, кровь, лимфа и т.д.)). Сопротивление эпидермиса Zн состоит из активного Rн и емкостного XС сопротивлений, включенных параллельно. Емкостное сопротивление обуслов- лено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется как бы конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводя- щие ток ткани тела человека, лежащие под наружным слоем кожи, а диэлектри- ком, разделяющим обкладки, эпидермис (рис. 4).  Рисунок 4 – Схема емкостной составляющей сопротивления кожи Емкость СН, колеблется от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад, зависит от площади контакта с электродом, места измерения. Активное сопротивление эпидермиса RН, зависит от его удельного сопро- тивления ρэ, значения которого находятся в пределах 104 ÷ 105 Ом м, а также от площади контакта с электродом. Сопротивление внутренних тканей тела RB считается чисто активным. Значение RB практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от приложенного напряжения и равно примерно 500 ÷ 700 Ом. Эквивалентная схема сопротивления тела человека, показанная на рисун- ке 5, позволяет написать выражение полного сопротивления тела человека в комплексной форме, Ом: Z 2Z R 2 ( Rн Cн ) R 2 R (1) h н В R C В (1 R jC) В н н н н  после соответствующих преобразований в действительной форме: Zh (2) Рисунок 5 – Схема замещения тела человека Схему можно упростить, представив сопротивление тела человека как па- раллельное соединение сопротивления R = 2·RН + RB и емкости Ch≈ 0,5·CН, ко- торые назовем соответственно активным сопротивлением и емкостью тела че- ловека (рис. 6). В этом случае выражение полного сопротивления, Ом, тела че- ловека в действительной форме будет:   R Zh h (3)  Рисунок 6 – Упрощенная схема замещения Из (2) и (3) видно, что при малой емкости Ch(когда ее можно принять равной нулю) полное сопротивление тела человека оказывается равным сумме активных сопротивлений обоих слоев эпидермиса и сопротивления внутренних тканей тела: Zh 2RН RВ Rh (4) |