Физика и последствия поражения электрическим током

Поражение электрическим токомПриродное электричество всегда было источником опасности для человека — одни только молнии ответственны за гибель множества людей. Искусственное не приводило к трагедиям до 1879 года, пока плотник из Лиона не получил поражение электрическим током напряжением в 250 В, созданным динамо Siemens, и умер через 20 минут. С появлением электроэнергии в быту и на производстве опасность увеличилась.

Физиологические эффекты

Током называется движение электронов или ионов в проводнике. Его количество, протекающее через человеческое тело, определяет реакцию на электроудар. Большинство воздействий на организм связано с нагревом тканей и стимуляцией нервов и мышц.

Воздействие электрического тока на человека

Потеря контроля над нервно-мышечной деятельностью может привести к травмирующим последствиям от падений до остановки дыхания или сердца. Примерный список поражающих воздействий выглядит следующим образом:

  • 1 мА — порог чувствительности, ощущается как лёгкое покалывание;
  • 10—20 мА — начало устойчивого мышечного сокращения (невозможно отпустить источник);
  • 50—150 мА — экстремальные боли, остановка дыхания;
  • 100—300 мА — фибрилляция желудочков сердца без летального исхода при кратковременном воздействии;
  • около 2А — остановка сердца и необратимые повреждения внутренних органов.

Точки входа и сопротивление

Сопротивление тела человека электрическому токуЧеловеческое тело обладает сопротивлением току. Поскольку оно состоит почти целиком из воды, наименьшая проводимость присуща его оболочке — кожному покрову. Для мозолистой сухой руки этот показатель может иметь значения, превышающие сотню тысяч ом, благодаря толстому внешнему слою ороговевших мёртвых клеток.

Сопротивление кожи зависит от возраста, потливости, индивидуальных особенностей и резко падает в результате высоковольтного пробоя, разреза, глубокого истирания или при погружении в воду.

Электричество протекает из одной точки в другую. Человек, получающий электроудар, имеет как минимум две точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Ток в теле способен пройти через несколько путей одновременно, в этом случае его прохождение описывается законами Ома для параллельного и последовательного соединения.

Приблизительные показатели сопротивления человека:

  • рука-рука: 1300 Ом;
  • рука-нога: 1000 Ом;
  • руки-ноги: 650 Ом;
  • нога-нога: 1300 Ом.

Поражение может возникнуть от электрической дуги, вызванной прохождением тока через воздух. Если она не контактирует с человеком, то последствиями будут ожоги от её тепла в точке входа.

Высокоэнергетические дуги могут сопровождаться взрывами, вызывающими ударную волну, которая способна отбросить человека, разорвать барабанные перепонки и повредить внутренние органы.

Напряжение и частота

Напряжение и частота электрического токаНапряжение можно рассматривать как силу, которая проталкивает электрический ток через тело. При прочих равных условиях тепловой нагрев тканей от прохождения тока прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения. Кости, сухожилия и жир обладают большим сопротивлением. Максимальная проводимость у нервов и сосудистых тканей.

Мембраны возбудимых тканей, таких как нервные и мышечные клетки, реагируют на изменение напряжения. При прохождении переменного тока достаточной силы они будут стимулироваться с максимально доступной для них частотой (предел их реакций ниже 50 Гц). Подобное воздействие приводит к полной потере контроля над судорожно сокращающимися мышцами.

Сердце в определённых периодах цикла сокращений чувствительно к такой стимуляции, поэтому уязвимо для воздействий, длительностью более одного цикла. В отличие от переменного тока, постоянный вызывает подобные эффекты только в момент размыкания и замыкания цепи. Поэтому даже если амплитуда велика, угроза попадания в уязвимый сердечный цикл незначительна.

Сила воздействия

Решающее значение для последствий ударов током человека имеет время его воздействия и плотность тока (количество на единицу площади), прошедшего через ткани и органы, а также количество выделенного при этом тепла.

Не стоит недооценивать вероятность несчастных случаев, вызванных падениями и связанных с ними последствиями. К факторам, влияющим на масштабы прямого поражения, относят:

  • тип тока (переменный или постоянный);
  • частоту (для импульсного или переменного);
  • состояние здоровья человека и его возраст;
  • наличие в теле медицинских имплантов;
  • путь протекания через тело (например, рука-рука или левая рука — правая нога);
  • величину шагового напряжения.

Сила воздействия электрического тока на тело человека

Травмы от низкого напряжения чаще носят фатальный характер, чем от высокого. Взрывной эффект от образования плазмы при воздействии источников свыше 1000 В отбрасывает жертву от проводников, ограничивая время контакта.

В таких случаях повреждения могут быть удивительно ничтожными. В противоположность этому, бытовой ток частотой в 50 Гц способен стимулировать сокращение мышц и вызвать непроизвольный захват, продлевая воздействие электричества, что существенно усугубляет последствия.

Аналогичный эффект возникает при попадании в человека молнии. Это природное явление можно описать в таких цифрах:

  • потенциал электрического поля между облаками и поверхностью земли достигает миллиарда вольт;
  • разряд длится около 0,02 сек;
  • сила тока разряда может составлять до 100000 А;
  • температура в плазменном канале может составлять 10 000 °C.

Однако большинство жертв выживает после контакта с грозовым разрядом по причине его косвенного воздействия, которое можно сравнить с эффектом взрывной волны. Прямое попадание также редко смертельно по причине кратковременности электрического тока.

Контакты с высоким напряжением иногда могут выглядеть парадоксально. Например, птица способна комфортно сидеть на линиях электропередач с высоким напряжением. В то же время последнее способно разрушать электрические изоляторы, такие как краски, кожа, обычная обувь и перчатки. Это происходит потому, что птица, в отличие от человека, не имеет возможности быть достаточно близко к земле, чтобы замкнуть цепь на грунт или подвергнуть изоляцию своих покровов разрушительному воздействию дуги.

Причины поражения

Основная причина поражения электрическим током — непосредственный контакт с токоведущими частями электрических сетей или оборудования.

Это может произойти вследствие:

  • Нарушение ТБ при работе с электричествомнесоблюдения техники безопасности на производстве;
  • использования неисправных приборов;
  • соприкосновения электротехники с водой;
  • неосторожность в обращении с электрооборудованием;
  • непрофессионального вмешательства в работу электроустановок;
  • ложных сообщений об обесточивании;
  • действий, основанных на предполагаемом отсутствии тока на контактах;
  • аварий на оборудовании под напряжением;
  • пожаров и неверного их тушения.

Немало поражений происходит из-за явления, называемого шаговым потенциалом. Потенциал земли равен 0, то есть в присутствии фазы (электрода, откуда ток может идти) и проводника или нагрузки между ними поток электронов пойдёт в землю. Описанный процесс нашёл отражение в термине заземление. Если человек, шагнув, зафиксирует голые стопы на земле, то разность потенциалов между ними при нормальных условиях составит 0 В.

Такое положение дел меняется, если проводник от линии электропередач высокого напряжения проконтактирует с землёй. В этом случае он замыкает цепь трансформатор — ЛЭП — грунт — трансформатор. Поскольку земля плохой проводник, напряжение будет уменьшаться с увеличением расстояния от упавшего провода. В этом случае разность потенциала между стопами шагнувшего человека может достигать значительных величин и привести к поражению электрическим током по пути нога-нога. Подобное явление также наблюдается во время удара в землю грозового разряда.

Кроме молнии, существуют и другие природные источники электрического тока, с которыми не без последствий контактируют люди. Электрические скат, угорь и сом способны генерировать напряжение в сотни вольт при токах в десятки и сотни миллиампер. И хотя летальных случаев после электроудара этих рыб не зафиксировано, им можно оглушить человека до потери сознания

Возможные последствия

Упрощённо можно выделить два вида последствий от серьёзных электротравм: смертельные и не смертельные. Для выживших непосредственные повреждения, как правило, очевидны и часто требуют обширного медицинского вмешательства.

Последствия поражения электрическим током

В долгосрочной перспективе нарушения в органах вследствие поражения электротоком не так чётко определяются, но могут включать в себя не только физические, но и психологические симптомы. Немедленные признаки поражения наглядны:

  • ожоги;
  • сердечные аритмии;
  • судороги;
  • остановка дыхания;
  • поражение органов слуха и зрения;
  • потеря сознания.

Характерными для электротравм являются метки или знаки тока. Они возникают на месте контакта кожи с токопроводящим электродом как следствие электрохимического и теплового воздействия. Могут быть разнообразной формы и цвета, в зависимости от того, какое воздействие было причиной, чаще всего это бледные серо-жёлтые овальные пятна с чёткими границами. Проходят самостоятельно, благодаря регенерации кожи. Электрические знаки на теле безболезненны с момента появления до исчезновения.

Тяжесть поражения током не всегда пропорциональна видимым повреждениям. Электрические травмы уникальны тем, что редко приводят к смерти, но обладают высокими показателями краткосрочных и долгосрочных нарушений. Прежде всего, это развитие неврологических проблем из-за повреждения нервных тканей. Пострадавших долго могут преследовать непроизвольные сокращения мышц.

Первая помощь при поражении токомГлавной проблемой у некоторых жертв становятся разнообразные не проходящие боли. Велики риски развития катаракты глаза в течение первого года после удара. Крайне неблагоприятный прогноз на сохранение полноценного зрения в отношении пострадавших, голова которых была в качестве точки контакта. Однако глазные изменения никогда не происходят при воздействии напряжения менее 220 В.

Трудности с распознаванием долгосрочных осложнений связаны с тем, что жалобы пострадавших часто не пропорциональны степени острого повреждения, силе воздействия или пути тока через тело. Неполный перечень возникающих через время или не проходящих нарушений, описанных в медицинской литературе, выглядит так:

  • Психологические: депрессия, бессонница, кошмары, тревожность, страх электричества, перевозбуждение, ухудшение памяти, панические атаки, снижение концентрации внимания.
  • Неврологические: онемения, хронические боли, потери равновесия, ишиас, судорожные расстройства, головокружения, ухудшение координации, звон в ушах, тремор.
  • Физические: боли, чувство усталости, истощение, изменения в подвижности частей тела, зуд, мышечные спазмы, мигрень, ночная потливость, лихорадка, озноб.

Поражения электрическим током относятся к наиболее серьёзным поражающим воздействиям, способным нанести непоправимый ущерб здоровью или привести к смерти.

Основная причина гибели от электротравмы — это остановка сердца и прекращение кровообращения. Своевременное и квалифицированное оказание первой помощи после удара значительно увеличивает шансы на выживание.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий