Формула и определение электрического напряжения в цепи в физике

Что такое электрическое сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека – способность различных тканей, внутренних органов противостоять протеканию электрического тока. Как и в проводниках, суть данного явления заключается в том, что проходящий по материи поток свободных электронов сталкивается с атомами и молекулами вещества, снижает свою скорость и плотность. Следствие таких происходящих на молекулярном уровне процессов – снижение силы проходящего по тканям, внутренним органам организма тока, что существенно уменьшает причиняемый потоком электронов вред.

Измеряется данная характеристика в таких единицах, как кило и мегаомы (сокращенно кОм, мОм, соответственно).

На заметку. Чтобы узнать, какое у тела человека значение сопротивления в омах, используют такой прибор, как мультиметр. Процесс измерения достаточно прост и безопасен: ручку переключения диапазонов устанавливают в положение для измерения сопротивления до 2000 кОм («2000к»), зажимают кончик каждого щупа между указательным и большим пальцами левой и правой руки. Появляющееся через 2-3 секунды на дисплее значение фиксируют при помощи кнопки «hold»(«удержать»).

Мультиметр для измерения сопротивления человеческого тела

Электрическое сопротивление человеческого тела складывается из отдельных значений данной характеристики для таких тканей и органов, как:

• Кожа;
• Подкожная жировая прослойка;
• Кровеносные сосуды;
• Кровь и лимфа;
• Костная и хрящевая ткань;
• Мышцы;
• Костный мозг;
• Органы различных систем организма (пищеварительной, дыхательной, сердечно-сосудистой и т.д.).

Самое большое сопротивление имеет кожа, точнее эпидермис – состоящий из ороговевших клеток внешний слой. Содержащий мало жидкости он очень слабо проводит ток. Расположенный под эпидермисом внутренний слой кожи, называемый дермой, имеет электропроводность значительно больше, чем наружные ороговевшие клетки.

Сопротивляемость содержащих много жидкости крови, лимфы, костного мозга, а также различных внутренних органов самая низкая. Промежуточное положение по величине данной характеристики занимает костная и хрящевая ткань.

Важно! Принято считать, что электрическое сопротивление человеческого тела переменному однофазному бытовому току должно быть равным 1 кОм. При воздействии постоянного 20-24-х вольтного тока величина данной характеристики должна составлять от 3 до 100 кОм

На данных нормативах основан расчет максимально безопасной силы – количества электронов, проходящих через ткани человеческого организма за единицу времени без причинения ему вреда.

Факторы, которые влияют на организм при ударе током

Следует учитывать не только силу удара током, но и то, какой путь прохождения по организму будет у него. Стоит помнить, что чем длиннее путь тока по организму человека, тем будут тяжелее последствия. Как мы уже сказали, считается опасным для жизни переменный ток, постоянный ток не так разрушительно воздействует на человеческий организм. Существует целый ряд дополнительных факторов, которые могут увеличивать опасность:

1. Большая сила тока.
2. Прохождение его через тело. Следует отметить, что разные ткани тела имеют различные способности к сопротивлению, ток проходит в большинстве случаев именно по кровеносным сосудам. Страшнее всего, когда путь тока пролегает вдоль всего тела, например, такое может случиться, если задействованы рука – ноги, тогда ток может пройти через сердце, спинной или головной мозг. Но иногда смертельный исход может наступить при прохождении тока рука – рука, все зависит от того, насколько было большим опасное напряжение.
3. Время воздействия. Интервал времени, который допускается для воздействия тока, не должен превышать 2 секунд.
4. Проводимость.
5. Местность, где происходит удар током.

Точно рассчитать, как именно ток будет воздействовать на организм, невозможно

Немаловажную роль играет внимание человека, поэтому в опасных местах, необходимо предусмотреть по технике безопасность специальный знак, который так и называется — знак «высокое напряжение»

Что такое ток и его сила

Прежде чем перейти к понятию, в чем измеряется ток, специалисты рекомендуют рассмотреть его определение. Электроток — это упорядоченное движение частиц, имеющих заряд. Простыми словами ток определяется как некое количество частиц, имеющих заряд, которые за определенное время прошли через сечение проводимых материалов (алюминиевый или медный провод).

Направление движения тока

Металлический проводник в качестве носителей зарядов использует электроны. Когда ток в проводнике отсутствует, электроны в нем находятся в хаотическом состоянии, простыми словами, через сделанное сечение в проводнике без электротока слева направо и обратно протекает равное количество электронов. Когда включается электроток, это движение упорядочивается, электроны начинают двигаться направленно через воображаемое сечение в проводнике.

Силой электрического тока является величина, характеризующаяся численным значением заряда, который за определенное время (единицу времени) прошел через воображаемое сечение проводника.

Формула нахождения силы тока

Для лучшего понимания физического значения силы электротока специалисты часто представляют электрическую цепь в виде водопроводной системы любой квартиры, в которой насос, подающий воду, изображает источник тока.

Вода в кране как аналог заряженных частиц

Когда насос прекращает свою работу, в доме или квартире прекращается подача воды в запорные устройства (краны, смесители). В этом случае кран является аналогом прерывателя в электрической цепи: когда он открыт, вода поступает, если его закрыть, подачи не будет. Молекулы воды могут в этом случае заменить заряженные частицы в электросхеме.

Как двигаются молекулы в воде при отрытом кране

Рассмотрим в этом примере величину, аналогичную силе тока, — это количество молекул воды, которые за одну секунду прошли через сечение водопроводной трубы. Другими словами, это напор воды. Когда сильный напор, вы за то же время наберете больше воды, чем при слабом напоре. Поводим аналогию, и получается, что чем больше сила ампера, тем сильнее электроток и его воздействие.

Электроток в различных средах

Электрический ток в разных средах протекает по-разному, специалисты рассматривают его протекание в твердых материалах, к ним относятся: проводники (металл, медь, железо, алюминий), полупроводники и материал, не проводящий ток (диэлектрик). Необходимо всегда учитывать состояние среды, в которой находятся носители зарядов, а именно:

• твердое состояние;
• жидкая среда;
• газообразный проводник.

Носители зарядов в разных средах

Примером носителя часто встречающегося заряда нам может быть простая вода. Когда она находится в жидком виде и после заморозки становится льдом, это твердое состояние вещества. Современная наука рассматривает и такую среду протекания тока, как плазма, которая  находится в ионосфере земной поверхности. Условия изучения в лабораториях создать сложно, для этого надо сделать температурный режим около 1 млн кельвина.

В чем измеряется сила тока

Величина, которая определяется как сила тока, измеряется в амперах. Количество электричества полностью не может характеризовать электроток. Возьмем количественное значение электричества 1 кулон, которое может протекать по проводу (проводнику) в течение 60 минут (час), но такое же количество может через тот же самый провод пройти за 1 секунду (единица времени).

Из приведенного примера видно, что интенсивность электротока во втором случае будет выше, это 1 секунда времени и 1 кулон электричества, проходящего через сечение провода.

В электротехнике принято обозначать силу тока литерой I, а измерять ее в амперах.

Что такое ампер в системе измерений (СИ)? Это единица, которой измеряется сила электротока в цепи, он равняется силе неизменного тока, который протекает по параллельным проводам, имеющим неограниченную длину. Сечение имеет минимальное значение, с удалением в 1 метр друг от друга, среда — вакуум, вызывающий воздействие на метре длины силу, равную 2*10 минус 7 степени ньютона. Это можно записать следующим образом:

единица измерения: 1 ампер = кулон/секунду.

Формула, чему равен один ампер

Сила тока названа ампером в честь ученого из Франции Анри М. Ампера, который работал над магнитным воздействием протекающего в проводе тока. Для точных измерений используются дополнительные величины силы тока: миллиампер = единица/1000 ампер = 10 в минус 3 степени ампера, микроампер = единица/ 1 млн ампер = 10 в минус 6 степени ампера.

Нахождение значения силы ампера

Сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление различных тканей тела человека не одинаково. Например, при токе частотой 50 Гц удельное сопротивление равно: кости – 107 Ом∙м, кожа сухая – 105 Ом∙м, крови – 1,7 Ом∙м. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела, измеренное, при напряжении 15-20 В переменного тока (50 Гц), колеблется в пределах от 1 до 10 кОм, а иногда и в более широких пределах.

Электрическое сопротивление тела человека зависит так же от места приложения электродов к телу, значений тока, проходящего через человека, и приложенного к телу напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока через человека и некоторых других факторов. Увеличение тока приводит к снижению сопротивления соответствующих участков кожи, за счет местного нагрева кожи и действия на центральную нервную систему (усиливается приток крови, повышается потоотделение). С ростом напряжения сопротивление тела уменьшается в десятки раз. При больших напряжениях приближается к наименьшему пределу 300 Ом. В России в качестве расчетных значений сопротивление человека равно 1000 Ом при напряжении, приложенном к телу, равное 50 В и выше и сопротивление человека равное 6000 Ом при приложенном напряжении 36 В. Опыты показывают, что сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты. Разница в значениях сопротивлений постоянному и переменному (50 Гц) током особенно велико при малых напряжениях – до 10 В. С ростом приложенного напряжения эта разница уменьшается и начиная с 40-80 В сопротивление тела человека как постоянному, так и переменному току промышленной частоты становится практически одинаковым.

На значение сопротивления тела человека влияют и другие факторы, хотя в значительно меньшей степени. Пол и возраст. У женщин, как правило, сопротивление тела меньше, чем у мужчин, а у детей – меньше, чем у взрослых, у молодых людей меньше, чем у пожилых. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других — толще и грубее.

Повышенная температура окружающего воздуха (30-450 С) или тепловое облучение человека, вызывает некоторое понижение сопротивление тела.

Источник

Особенности, функции, виды приборов

Данное устройство – универсальный регистратор множества электрических величин. В зависимости от модельного ряда и набора функций, которые они выполняют, мультиметры нашли свое применение, как в быту, так и в арсенале профессиональных электриков.

Средний по стоимости мультиметр может измерить:

• показатель переменного напряжения в сети и постоянное напряжение аккумулятора или батарейки;
• постоянный и переменный ток (силу тока);
• уровень сопротивления;
• работоспособность диодов (режим прозвонки);
• частоту тока;
• температуру;
• величину емкости конденсатора.

Устройства нового образца могут иметь низкочастотный генератор и звуковой пробник. Среди всего ассортимента изделий стоит выделить 2 основных типа приборов.

Электронный (цифровой) тип. Полученные показатели отображаются на экране, который окружен индикаторами из семи сегментов.

Большинство из них работает в автоматическом режиме, предельное значение величин мультиметр определяет самостоятельно, исходя из полученных данных. Нужно просто выбрать вид измерения. Другие модели могут передавать данные напрямую в компьютер для их дальнейшей обработки.

Стрелочный тип. Этот вид устройства станет настоящим спасением, когда сильные помехи нарушают нормальное функционирование электронного мультиметра и полностью искажают информацию.

В домашних условиях достаточно будет проводить измерения тока мультиметром электронного типа с разрядностью 3,5. Это приборы наподобие dt 831, 832 или более новой модификации dt 834.

Источники электрического тока

Чтобы получить электрический ток в проводнике, необходимо привести заряженные частицы в направленное движение. Но как получить ток, который существовал бы длительное время?

Возьмем два заряженных тела А и В, заряды которых равны по модулю, но противоположны по знаку, и соединим их проводником.

На отрицательно заряженном теле находится избыток электронов, на положительно заряженном теле – недостаток электронов. В проводнике на короткое время возникнет электрический ток. Он будет существовать до тех пор, пока не исчезнет электрическое поле.

Процесс разделения зарядов осуществляют источники электрического тока.

В источнике тока благодаря химическим или иным процессам (в зависимости от принципа его действия) происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц.

Эти разделенные частицы накапливаются на так называемых полюсах источника тока.

Примерами источников тока являются аккумуляторы. Они могут быть свинцовыми(кислотными), а также широкое применение получили железно-никелевые(щелочные).

В последние десятилетия наряду с традиционными источниками тока стали широко применяться источники, изготовленные на основе химического элемента лития.

Впечатляет также разнообразие габаритов источников электричества: от миниатюрныхбатареек для питания ручных часов и до мощных аккумуляторных батарей, устанавливаемых на подводных лодках.

Как освободить человека от воздействия ШН

Высвободить жертву шагового напряжения от воздействия электрического тока можно только с применением средств индивидуальной защиты и дополнительных приспособлений. К ним относятся:

• резиновые сапоги или обувь на толстой резиновой подошве;
• резиновые электротехнические перчатки;
• по возможности одеть прорезиненный комбинезон;
• широкая сухая доска или лучше деревянный щит;
• длинная палка.

Инструкция по освобождению человека от воздействия шагового напряжения:

1. Одевают вышеуказанную обувь и перчатки.
2. Для подхода к лежащему человеку используют доски или 2 щита.
3. Один щит спасатель держит в руках, по другому настилу проходит далее.
4. Затем меняет местами щиты. Таким образом спасатель продвигается к телу поражённого током человека.
5. Если провод или кабель находится вблизи или на теле поражённого током, то его надо отбросить палкой в противоположную сторону от себя.
6. Пострадавшего укладывают на щит и постепенно вытягивают настил в безопасное место, не забывая самому перешагивать попеременно на щиты.
7. После доставки в безопасное место пострадавшему делают искусственное дыхание и непрямой массаж сердца, не дожидаясь прибытия скорой помощи.

Освобождение пострадавшего от токоведущего проводника

Приемники, источники:

Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора , напряжение блока питания будет стабилизировано. На изображении с распиновкой должно быть четко видно: с какой стороны считать ножки, где находится ключ, срез или метка, чтобы вы правильно определили необходимый вывод. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Режимы работы Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи.

Направленное движение электронов в проводнике Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. Дополнительно по теме.

Режим короткого замыкания В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи рис.

Транзисторы — это управляемые ключи, вы можете закрыть их и открыть, а если нужно открыть не полностью. Динисторы — разновидность тиристора, без управляющего электрода, а открываются они, подобно стабилитронам, по преодолению определенного уровня напряжения.

Это участок цепи с током одинаковой величины. Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления. Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Читайте дополнительно: Измерение петли фаза нуль

Как измерить силу тока

Эту характеристику можно измерить с помощью амперметра. Прибор последовательно подключается к электрической сети (плюс к плюсу, минус к минусу). Чем ниже сопротивление амперметра, тем меньше его влияние на измерения, и тем они точнее. Если сопротивление амперметра стремится к нулю, он нейтрален и не влияет на показатели сети.

Работа амперметра основана на магнитном действии тока. Чем больше сила тока, проходящего по катушки, тем сильнее она взаимодействует с магнитом и тем больше угол поворота стрелки амперметра.

При измерении силы тока амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.

У каждой клеммы прибора стоит свой знак: “+” или “-“.

Клемму со знаком “+” нужно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком “-”  – с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

На электрических схемах амперметр изображают в виде кружка с буквой А.

Виды амперметров

По конструкции амперметры бывают:

• аналоговые (со стрелочной измерительной головкой);
• цифровые (с индикатором).

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах.

По способу измерения:

1. Магнитоэлектрические, в которых отклонение чувствительной стрелки и показатели зависят от силы взаимодействия полей постоянного магнита и поля электрического тока в алюминиевой рамке, и угла поворота последней.
2. Электромагнитные, показатели которых меняются с подвижками железного сердечника под влиянием электромагнитного поля катушки.
3. Электродинамические, в которых отклонение стрелки связано с притяжением или отклонением подвижной катушки относительно неподвижной, соединенных последовательно или параллельно.
4. Тепловые, в которых при нагреве электрическим током происходит изменение длины металлической нити и положения связанной с нитью измерительной стрелки.
5. Индукционные, в которых связанный со стрелкой металлический диск отклоняется под воздействием электромагнитного поля неподвижных катушек.
6. Детекторные, в которых магнитоэлектрический прибор соединен с выпрямителем-детектором.
7. Термоэлектрические, которые состоят из нагревателя и магнитоэлектрического измерительного механизма.
8. Фотоэлектрические, в которых фотоэлектрический элемент преобразует световой поток в электрический.

Магнитоэлектрические приборы определяют только силу постоянного тока, индукционные и детекторные – переменного. Фотоэлектрические высокоточные приборы работают с постоянным током и током низкой и высокой частоты.

Остальные из перечисленных подходят для разных токов.

Приборы бывают многофункциональными, т.е. действующими в разных режимах. Например, мультиметр работает и как вольтметр, и как омметр, и как мегомметр (для высоких сопротивлений).

В всех современных измерительных приборах есть переключатель диапазона чувствительности.

Правила измерения

1. Амперметр включается в электросеть последовательно, «в разрыв цепи».
2. При включении прибора в сеть, необходимо соблюдать полярность, присоединяя «+» прибора к «+» источника тока, а «-» к «-».
3. Тестируемая линия при подключении должна быть обесточена. Иначе прикасание щупами прибора к проводам или контактам может вызвать короткое замыкание.
4. При высоких напряжениях в цепь переменного тока помимо амперметра включается трансформатор или шунт, в цепь постоянного – магнитный усилитель или шунт.
5. Тип амперметра для измерений выбирают в соответствии с типом электрического прибора или линии. Также учитывают требуемую точность показателей.

Перед подключением необходимо подробно изучить инструкцию к амперметру.

3+

Причины появления

При рассмотрении вопроса, связанного с наводкой, важно понимать причины его появления. Для лучшего понимания рассмотрим несколько ситуаций — для квартиры, электрической проводки, электроустановок и ВЛ

В квартире

Наводка в обычной сети 220 В появляется при обрыве 0-го проводника на ВЛ или до входа в квартиру (дом). Если проверить напряжение с помощью индикатора, лампочка будет светиться в любом из отверстий.

На самом деле, U присутствует только на одном из проводов (фазном), а второй принимает наведенный потенциал. Появляется такое явление, как две фазы в розетке.

После восстановления линии или возврата нуля ситуация нормализуется.

При выполнении ремонтных работ в квартире необходимо отключить входной автомат или достать предохранители, чтобы исключить попадание под напряжение.

В электропроводке

Одним из признаков наведенного напряжения является свечение экономки при отключенном свете. При этом напряжение может достигать 40-60 В.

Такая ситуация возникает при параллельной прокладке линий, питающих розетки и осветительные устройства в квартире.

Для устранения проблемы необходимо пересмотреть маршруты проводки и убедиться в правильности выполнения заземления или зануления.

Но существует еще одна причина. При создании проводки используются 2-х или 3-х жильные провода. Как правило, кабельная продукция укладывается в короба, откуда проводники направляются к своим потребителям.

Если выключатель разделяет не фазный, а нулевой провод, появляется наведенное U. Оно имеет небольшую величину, как отмечалось выше, но ее достаточно для зажигания диодного освещения.

Для решения проблемы необходимо поменять фазу и ноль местами. Сделать это не всегда удается, ведь один из проводов с коробки идет напрямую к источнику света и не проходит через выключатель.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как защитить электроприборы с помощью специальных устройств

В электроустановках

Выключатели, силовые трансформаторы, трансформаторы тока и напряжения, а также другие электроустановки неизбежно связаны с линией электропередач. Вот почему они часто попадают под наведенное напряжение и чаще всего это происходит при обрыве 0-го проводника.

Во многих электроустановках применяются изолированные кабели, внутри которых находятся плотно уложенные проводники.

Несмотря на небольшую длину участков, может появляться сильная наводка с большими рисками для персонала

Вот почему при выполнении таких работ важно принимать защитные меры, использовать СИЗ и следовать требованиям ПУЭ

На линии электропередач

Выше мы отмечали, что электростатическая составляющая наводки имеет идентичный потенциал по всей длине проводника. Для расчета нужного значения коэффициент емкостной связи умножается на рабочее влияющее напряжение.

Для обеспечения защиты работников достаточно одного заземления в любой точке.

Отметим, что статическое U может возникнуть не только при наличии рядом ЭМ полей, но и других факторов — молнии или полярного сияния.

В случае с электромагнитной составляющей, ситуация обстоит по-иному. Этот параметр зависит от расстояния до ВЛ под напряжением, величины рабочего тока, длины линии и сопротивления заземления.

Для расчета наведенного U необходимо перемножить три элемента:

• коэффициент индуктивной связи;
• длина участка параллельно расположенной линии;
• сила тока ВЛ под напряжением.

В отличие от электростатической составляющей, заземления в одной точке недостаточно. Это связано с тем, что потенциал в заземленной точке будет нулевым, но при удалении от этого участка он увеличивается. Чем дальше провод от места заземления, тем выше наводка.

Вот почему при одновременной работе в разных местах персонал может оказаться под действием опасного U. Чтобы избежать проблем, необходимо установить заземление непосредственно в месте работы.

Напряжение в цепях трёхфазного тока[ | ]

В цепях трёхфазного тока различают фазное и линейное напряжения. Под фазным напряжением понимают среднеквадратичное значение напряжения на каждой из фаз нагрузки относительно нейтрали, а под линейным — напряжение между подводящими фазными проводами. При соединении нагрузки в треугольник фазное напряжение равно линейному, а при соединении в звезду (при симметричной нагрузке или при глухозаземлённой нейтрали) линейное напряжение в 3 {\displaystyle {\sqrt {3}}} раз больше фазного.

На практике напряжение трёхфазной сети обозначают дробью, в числителе которой стоит фазное при соединении в звезду (или, что то же самое, потенциал каждой из линий относительно земли), а в знаменателе — линейное напряжение. Так, в России наиболее распространены сети с напряжением 220/380 В; также иногда используются сети 127/220 В и 380/660 В.