Исследование сопротивления тела человека

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа новых производственных технологий

18.03.01 «Химическая технология»

Исследование сопротивления тела человека

Лабораторная работа

по дисциплине:

БЖД

Исполнитель:
студент группы	4Г92	Угрюмова Инна Дмитриевна	03.05.2021

Руководитель:
преподаватель		Гуляев Милий Всеволодович

Томск – 2021

Цель лабораторной работы: изучение основных факторов, влияющих на тяжесть поражения человека электрическим током. Исследование сопротивления тела человека в зависимости от площади контакта при различной частоте электрического тока.

Описание лабораторной установки:

Конструктивно устройство по исследованию сопротивления тела человека выполнено в виде коробки с лицевой панелью и кожухом. На лицевой панели нанесена мнемосхема электрических соединений устройства и в соответствии с ней размещены контактные электроды, кнопки управления и трех- и шестисегментные индикаторы для отображения контролируемых параметров. Устройство для исследования сопротивления тела человека смонтировано в виде портативного переносного устройства. Генератор синусоидального напряжения позволяет задавать напряжение (U) в пределах 0-7 В и частоту (f) в диапазоне 2-20000 Гц. Имеется индикатор, с которого считывается величина тока I, протекающего через тело человека. На панели устройства также установлены металлические электроды дисковой формы, разной площади соприкосновения: два электрода площадью 1250 мм² и два электрода площадью 2500 мм². Работа устройства основана на измерении тока, протекающего через человека при приложении к нему заданного напряжении установленной частоты.

Ход выполнения работы:

Исследование зависимости сопротивления тела человека от напряжения

Исследование зависимости сопротивления тела человека от напряжения проводят при фиксированной частоте 1 кГц в диапазоне напряжений от 0 до 7 В. Экспериментально полученные данные занесены в табл. 1.

Табл. 1. Исследование зависимости
сопротивления тела человека от напряжения при f=1кГц

Напряжение U, В при f = 1 кГц	Сила тока I, мА
Напряжение U, В при f = 1 кГц	при S = 1250 мм²	при S = 2500 мм²

	0,09	0,11
	0,15	0,17
	0,25	0,32
	0,38	0,45
	0,47	0,62
	0,59	0,81
	0,73	1,11

Ладони рук порознь прикладываются к двум электродам с площадью контактной поверхности S = 1250 мм² и записывается величина тока I, протекающего через тело человека. Затем ладони рук порознь прикладываются к двум электродам с площадью контактной поверхности S = 2500 мм² и записывается соответствующая величина тока. По табличным данным строятся графики.

Рис. 2. Зависимость силы тока от напряжения при частоте 1 кГц

По котангенсу угла наклона рассчитывается электрическое сопротивление тела человека при различной площади контактных поверхностей (знаменатель нужно умножить на 0,001, т.к. для получения единиц измерения сопротивления в СИ необходимо перевести миллиамперы в амперы: 1А = 1000 мА):

1) Для S = 1250 мм²:

2) Для S = 2500 мм²:

Вывод: в ходе выполнения эксперимента была установлена обратная зависимость между полным сопротивлением тела человека и площадью контактной поверхности (при фиксированной частоте и меняющемся напряжении): чем больше площадь поверхности, тем меньше сопротивление Анализ зависимости сопротивления тела человека от напряжения показал, что с повышением напряжения, приложенному к телу, происходит уменьшение сопротивления тела человека; напряжение тока и его сила при этом связаны линейно (закон Ома).

Исследование зависимости сопротивления тела человека от частоты

Исследование зависимости сопротивления тела человека от частоты проводят при фиксированной амплитуде напряжения 7 В в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц. Ладони рук порознь прикладываются к двум электродам с площадью контактной поверхности 1250 мм² и фиксируется величина тока, протекающего через тело человека. Затем ладони рук порознь прикладываются к двум электродам с площадью контактной поверхности 2500 мм² и в таблицу записывается сила тока I, протекающего через тело человека. По результатам измерения заполняется табл. 2

Табл. 2. Исследование зависимости
сопротивления тела человека от частоты

Частота f, Гц при U = 7 В	Сила тока I, мА
Частота f, Гц при U = 7 В	при S = 1250 мм²	при S = 2500 мм²
	0,09	0,15
	0,11	0,21
	0,17	0,25
	0,24	0,35
	0,34	0,45
	0,38	0,51
	0,45	0,58
	0,47	0,64
	0,55	0,72
	0,63	0,90

Вывод: в ходе выполнения эксперимента была установлена обратная зависимость между полным сопротивлением тела и активной частотой тока (при фиксированном напряжении): чем больше частота тока, тем меньше сопротивление тела человека (за счёт уменьшения ёмкостного сопротивления); частота тока и его сила при этом связаны линейно.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током.

Ответ: Важнейшими факторами, влияющими на исход поражения электрическим током, являются:

— величина тока, протекающего через тело человека;

— продолжительность воздействия тока;

— частота тока;

— путь прохождения тока;

— индивидуальные свойства организма человека.

2. Дайте определения следующим понятиям: напряжение шага, напряжение прикосновения, токоведущая часть, электроустановка:

Ответ:

— Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

где I_h — ток, проходящий через человека по пути «нога — нога», A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

— Напряжением прикосновения U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

где I_h — ток, проходящий через человека по пути «рука — ноги», A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

— Токоведущей частью называется проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе её работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник.

— Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования, предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другой вид энергии.

3. Какие существуют средства защиты человека от прямого и косвенного прикосновения?

Ответ:

— Для защиты от прямого прикосновения применяют следующие виды защиты: изоляция токоведущих частей; ограждения и оболочки; барьеры; размещение вне зоны досягаемости; применение малого напряжения.

— Для защиты от косвенного прикосновения применяют следующие виды защиты: защитное заземление; автоматическое отключение питания; уравнивание потенциалов; выравнивание потенциалов; двойная или усиленная изоляция; применение малого напряжения; защитное электрическое разделение цепей; непроводящие помещения, зоны, площадки.

4. Что оказывает решающее действие на поражение человека: ток или напряжение?

Ответ: решающее влияние на исход поражения оказывает сила тока, проходящего через тело человека.

Решающее влияние на исход поражения оказывает сила тока, проходящего через тело человека. Ток силой 0,0001 А не оказывает физиологического воздействия на организм человека. При силе тока 0,001 А наступает легкое дрожание рук, при 0,002 А – сильное дрожание пальцев; при 0,01 А – сильная боль в пальцах и кистях рук; человек может с трудом оторваться от электродов. Этот ток называют отпускающим. При силе тока 0,02 А наступает судорожное сокращение мышц и человек не может самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Такой ток называется неотпускающим.

По данным института экспериментальной физиологии Академии медицинских наук России, ток 0,025 А способен вызвать явление проходящего паралича, а ток 0,1 – 0,25 А – смерть.

5. Опасно ли напряжение 12 В?

Ответ: напряжение U = 12 В безопасно для человека, но за редким исключением.

— Согласно правилам (п. 1.7.43 ПУЭ, изд. 7), опасным считается любое напряжение, превышающее сверхнизкое (малое).

1.7.43: Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) - напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

— Исключения: сырые и влажные помещения, стальные железобетонные резервуары, котлованы, земля.

6. Почему в кооперативных погребах используется сеть 36 В, в жилых помещениях 220 В?

Ответ: напряжение U = 36 В используется в погребах с целью повышенной безопасности. Погреба являются условно влажными местами с земляным полом, в которых обеспечивается хранение соответствующих продуктов. Из предыдущего пункта становится ясно, что они входят в ряд помещений с условиями, исключительными при использовании электрической энергии; для жилых помещений стандарт в 220 В был принят в XX веке для повышения эффективности работы электрооборудования при условии относительной безопасности во время работы с ним.

7. Какое физиологическое воздействие оказывает электрофорез (физиотерапия)?

Ответ: Электрофорез оказывает следующие терапевтические эффекты: противовоспалительный – анод; обезвоживающий (способствует выходу жидкости из тканей и сходу отеков) – анод; обезболивающий – анод; успокаивающий – анод; сосудорасширяющий – катод; расслабляющий (особенно в отношении мышц) – катод; нормализация обмена веществ, питания органов и тканей – катод; секреторный (выработка и выброс в кровь биологически активных веществ) – катод.

8. В каком случае опасность поражения электрическом током выше: в трезвом состоянии или в состоянии алкогольного опьянения?

Ответ: опасность поражения электрическим током выше в состоянии алкогольного опьянения. Подавление концентрации, внимания, самоконтроля и чувства страха приводят к тому, что человек рискует получить электрический удар, случайно или бессознательно взаимодействуя с открытой электрической системой.