Gc-helper.ru

ГК Хелпер
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Применение светового действия электрического тока

Электрический ток. Источники электрического тока.

Первую запись хочу посвятить электрическому току. Материал я взял из учебника по физике за 8 класс. Автор А.В. Перышкин. Издательство ДРОФА, Москва 2006.

§ 32 Электрический ток. Источники электрического тока.

Когда говорят об использовании электрической энергии в быту,
на производстве или транспорте, то имеют в виду работу электрического
тока. Электрический ток подводят к потребителю от электростанции
по проводам. Поэтому, когда в домах неожиданно гаснут
электрические лампы или прекращается движение электропоездов,
троллейбусов, говорят, что в проводах исчез ток.

Что же такое электрический ток и что необходимо для его возникновения
и существования в течение нужного нам времени?

Слово «ток» означает движение или течение чего-то.

Что может перемещаться в проводах, соединяющих электростанцию
с потребителями электрической энергии?

Мы уже знаем, что в телах имеются электроны, движением которых
объясняются различные электрические явления (см. § 31).
Электроны обладают отрицательным электрическим зарядом. Электрическими
зарядами могут обладать и более крупные частицы вещества — ионы. Следовательно, в проводниках могут перемещаться различные заряженные частицы.

Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникнет электрический ток.

Чтобы электрический ток в проводниках существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места, к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, другой — отрицательно. Если полюсы источника соединить проводником, то под действием электрического поля свободные заряженные частицы в проводнике начнут двигаться в определенном направлении, возникнет электрический ток.

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую. Так, например, в электрофорной машине (рис. 42) в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из различных металлов, спаять, а затем нагреть место спая, то в проволоках возникнет электрический ток (рис. 43).

Такой источник тока называется термоэлементом. В нем внутренняя энергия нагревателя превращается в электрическую энергию. При освещении некоторых веществ, например селена, оксида меди (I), кремния, наблюдается потеря отрицательного электрического заряда (рис. 44).

Это явление называется фотоэффектом. На нем основано устройство и действие фотоэлементов. Термоэлементы и фотоэлементы изучают в курсе физики старших классов.

Рассмотрим более подробно устройство и работу двух источников тока
гальванического элемента и аккумулятора, которые будем использовать в опытах по электричеству.

В гальваническом элементе (рис. 45) происходят химические реакции и внутренняя энергия, выделяющаяся при этих реакциях, превращается в электрическую.

Изображенный па рисунке 46 элемент состоит из цинкового сосуда (корпуса) Ц. В корпус вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещен в смесь оксида марганца (IV) MnO2 и размельченного углерода С. Пространство между цинковым корпусом и смесью MnO2 с С заполнено желеобразным раствором соли (хлорида аммония NH4Cl) P.

В ходе химической реакции цинка Zn с хлоридом аммония NH4Cl цинковый сосуд становится отрицательно заряженным.

Оксид марганца несет положительный заряд, а вставленный в него угольный стержень используется для передачи положительного заряда.

Между заряженными угольным стержнем и цинковым сосудом, которые называются электродами, возникает электрическое поле. Если угольный стержень и цинковый сосуд соединить проводником, то по всей длине под действием электрического поля свободные электроны придут в упорядоченное движение. Возникнет электрический ток.

Гальванические элементы — самые распространенные в мире источники постоянного тока. Их достоинством является удобство и безопасность в использовании.

В быту часто применяют батарейки, которые можно подзаряжать многократно — аккумуляторы (от лат. слова аккумуляторе — накоплять). Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещенных в раствор серной кислоты.

Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Для зарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток от какого-нибудь источника. В процессе зарядки в результате химических реакций один электрод становится положительно заряженным, а другой — отрицательно. Когда аккумулятор зарядится, его можно использовать как самостоятельный источник тока. Полюсы аккумуляторов обозначены знаками «+» и «-». При зарядке положительный полюс аккумулятора соединяют с положительным полюсом источника тока, отрицательный — с отрицательным полюсом.

Кроме свинцовых, или кислотных, аккумуляторов широко применяют железоникелевые, или щелочные, аккумуляторы. В них используется раствор щелочи, а пластины состоят одна из спрессованного железного порошка, вторая — из пероксида никеля. На рисунке 47 изображена батарея из трех таких аккумуляторов.

Читать еще:  Экономическая плотность тока для кабелей таблица

Аккумуляторы имеют широкое и разнообразное применение. Они
служат для освещения железнодорожных вагонов, автомобилей, для запуска автомобильного двигателя. Батареи аккумуляторов питают электроэнергией подводную
лодку под водой. Радиопередатчики и научная аппаратура на искусственных спутниках 3емли также получают электропитание от аккумуляторов, установленных на спутнике.

На электростанциях электрический ток получают с помощью генераторов (от лат. слова генератор — создатель, производитель). Этот электрический ток используется в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.

1. Что такое электрический ток?

2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нем возник и существовал ток?

3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

4. Как устроен сухой гальванический элемент?

5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?

6. Как устроен аккумулятор?

7. Где применяются аккумуляторы?

Постоянный электрический ток

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током.

Условия существования тока:
1. Наличие свободных зарядов.
2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов.
Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока.

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

1. Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, в течение которого шел ток.
Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

В СИ единица силы тока устанавливается как основная по магнитному действию тока:
если отрезки двух бесконечно длинных проводников с током по 1 м каждый, находящиеся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой $mathsf<2cdot<10>^ <-7>Н>$, то говорят, что по ним течет ток 1 А (ампер).

Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем.
Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

Если заряженная частица $boldsymbol$ движется со скоростью $boldsymbol$ (скорость направленного (!) движения), то $boldsymbol=frac=frac=frac=qn upsilon S>$.

Т.о. при увеличении площади сечения проводника скорость направленного движения частиц, создающих ток, уменьшается.

3. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

4. Электрическое сопротивление R — физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник. Характеристика электрических свойств проводника (!). Для металлов и электролитов не зависит от напряжения и силы тока, а определяется только формой, размерами и материалом проводника. Единица в СИ: $boldsymbol<Ом = В/А>$ — сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В, по нему протекает ток силой 1 А.

Проводимость — величина обратная сопротивлению. Единица в СИ — сименс. $sigma=frac<1>$. Единица названа в честь немецкого учёного и предпринимателя Вернера фон Сименса. Наименование «сименс» для единицы электрической проводимости в СИ принято XIV Генеральной конференцией по мерам и весам в 1971 году.

$l$ — длина, S — площадь поперечного сечения, $rho$ — удельное сопротивление.
Удельное сопротивление показывает, чему равно сопротивление проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения.

Единицы измерения: в СИ — $Омcdot м$, практическая — $(Омcdot мм^2)/м$.

Действие на организм электрического тока Особенности повреждающего действия тока:

– повреждает ткани на всем пути прохождения;

– раздражает огромного количе­ства рецепторов;

– вызывает биологический эффект, химическое, механическое, термическое повреждение.

Механизм действия тока

При прохождении через тело человека ток оказывает специфическое и неспецифическое действие.

Специфическое действие проявляется при прохождении тока через тело; возникающие эффекты обусловлены перераспределением ионов.

Биологическое действиезаключается в воз­буждение скелетной и гладкой мускулатуры, железистых тканей, нервных рецепторов и проводников.

Проявления биологического действия тока:

тонические су­дороги скелетных мышц → остановка дыхания, от­рывной перелом, вывих конечностей, спазму голосовых связок;

то­ническое сокращение гладких мышц → повышением кровяного давления, непроизвольное мочеиспускание, дефекация;

– фиб­рилляцию желудочков сердца → смерть;

воздействие на нервную систему, эндокринные железы → выброс в большом количестве катехоламинов (адреналина, норадреналина), изменение соматических и висцеральных функ­ции организма;

интоксикация организма про­дуктами асептического распада тканей;

Изменения количественного и качественного состава форменных элементов крови:

повышенный распад эритроцитов, иногда гемоглобинурия;

стойкое снижение фагоцитарной активности лейко­цитов.

Биохимические изменения крови: повы­шение остаточного азота, глюкозы, билирубина, понижение резервной щелоч­ности крови, изменение альбумино-глобулинового коэффициента, соотно­шения между калием и кальцием, нарушение свертываемости крови.

Электрохимическое действиетока включает: электролиз; поля­ризацию клеточных мембран; накопление в одних участках положительно заряженных ионов, возникновение кислой реакции и коагуляция белков коагуляционный некроз; на других скапливаются отрицательно заряженные ионы, возникает щелочная реак­ция, происходит набухание коллоидов, возникает колликвационный некроз; передвижение белковых молекул; накопление токсических продуктов электролиза; газы переходят из растворенного, в газообразное состояние; металлизация кожи при соприкосновении тела с металлами.

Тепловое действиеобусловлено превращением электрической энергии в тепловую, выделением большого количества тепла в тканях.

Читать еще:  Dt1641as как уменьшить ток подсветки

Проявления теплового действия тока:

«жемчужные бусы» возникают при рас­плавлении костного вещества с выделением фосфорнокислого кальция;

«знаки тока» — участки коагулированного эпидермиса, имеющие круглую или овальную форму, серо-белого цвета, твердой консистенции, окаймленные валикообразным возвышением, с западением в центре;

ветвистый ри­сунок красного цвета обусловлен параличом кровеносных сосудов.

Такие изменения наблюдаются на коже, если температура в точке прохождения тока не превышает 120°С. Ожоги формируются при более высокой температуре, про­хождении тока через ткани; возможно повреждение подлежащих тканей, вплоть до обугливания.

Механическое действиеобусловлено значительной тепловой и механической энергией токов высокого напряжения. Совместное действие тепловой и механической энергии оказывает взрывоподобный эффект.Проявления:

отрыв частей тела;

образование резаных ран;

переломы костей, травмы черепа.

Неспецифическое действие— обусловлено другими видами энергии, в которые преобразуется электричество вне орга­низма (пламя и излучение вольтовой дуги, световые, ультрафиолетовое, инфракрасное излучение).

Проявления неспецифического действия тока:

ожог ро­говицы, конъюнктивы, атрофия зрительного нерва;

возникающий при взрыве сильный звук повреждает ор­ган слуха;

падения с высоты на землю обуславливает переломы костей, вывихи, ушибы тела и повреждения внутренних органов;

иногда во время электротравмы возникает отравление газами.

Действие электрического тока на живую ткань

Знакомство с особенностями действия электрического тока на организм человека. Общая характеристика факторов определяющих исход поражения электрическим током: психологическая готовность к удару, продолжительность воздействия тока, сопротивление тела.

РубрикаБезопасность жизнедеятельности и охрана труда
Видреферат
Языкрусский
Дата добавления26.06.2013

1.Действие электрического тока на организм человека

электрический ток организм человек

Действие электрического тока на живую ткань в отличие от действия других материальных факторов (пара, химических веществ, излучения и др.) носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое и механическое воздействия, являющиеся физикохимическими процессами, присущими как живой, так и неживой материи; одновременно электрический ток производит и биологическое действие, которое является специфическим процессом, свойственным лишь живой ткани:

* Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.

* Электролитическое действие тока проявляется в разложении органических жидкостей, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физикохимического состава.

* Механическое (динамическое) действие тока выражается в разрыве, расслоении и других повреждениях различных тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.

* Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и связанных с его жизненными функциями.

Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию — возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов и характеризующееся тем, что живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние специфической для них деятельности.

Так, если электрический ток проходит непосредственно через мышечную ткань, то возбуждение, обусловленное раздражающим действием тока, проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц. Это так называемое прямое, или непосредственное, раздражающее действие тока на ткани, по которым он проходит.

Однако действие тока может быть не только прямым, но и рефлекторным, то есть осуществляться через центральную нервную систему. Иначе говоря, ток может вызывать возбуждение тех тканей, которые не находятся у него на пути. Дело в том, что электрический ток, проходя через тело человека, вызывает раздражение рецепторов — особых клеток, имеющихся в большом количестве во всех тканях организма и обладающих высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутренней среды.

Центральная нервная система перерабатывает нервный импульс и передает его подобно исполнительной команде к рабочим органам: мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока.

2.Факторы определяющие исход поражения электрическим током

Основными факторами, определяющими исход поражения, являются:

— величина тока и напряжения;

— продолжительность воздействия тока;

— петля («путь») тока;

— психологическая готовность к удару.

Величина тока и напряжения.

Электрический ток, как поражающий фактор, определяет степень физиологического воздействия на человека. Напряжение следует рассматривать лишь как фактор, обуславливающий протекание того или иного тока в конкретных условиях — чем больше напряжение прикосновения, тем больше поражающий ток.

По степени физиологического воздействия можно выделить следующие поражающие токи:

— 0.8 — 1.2 мА — пороговый ощутимый ток (то есть то наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);

— 10 — 16 мА — пороговый неотпускающий (приковывающий) ток, когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободиться от токоведущих частей;

— 100 мА — пороговый фибрилляционный ток; он является расчетным поражающим током. При этом необходимо иметь в виду, что вероятность поражения таким током равна 50% при продолжительности его воздействия не менее 0.5 секунды.

Следует отметить, что никакое напряжение нельзя признать полностью безопасным и работать без средств защиты. Так, например, автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12-15 Вольт и не вызывает поражения электрическим током при прикосновении (ток через тело человека меньше порогового ощутимого тока). Но при случайном замыкании клемм аккумулятора возникает мощная дуга, способная сильно обжечь кожу или сетчатку глаз; также возможны механические травмы (человек инстинктивно отшатывается от дуги и может неудачно упасть). Точно также человек инстинктивно отшатывается при прикосновении к сети временного освещения (36 Вольт, ток уже ощущается), что грозит падением с высоты, даже если ток, протекающий через тело невелик, и не мог бы вызвать поражения сам по себе.

Читать еще:  Розетка кабельная шк 4х15

Таким образом, сколь угодно низкое напряжение не отменяет использования средств защиты, а лишь изменяет их номенклатуру (вид), например, при работе с аккумулятором следует пользоваться защитными очками. Производить работы на токоведущих частях без применения средств защиты можно только при полном снятии напряжения!

Продолжительность воздействия тока

Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.

Величина непостоянная, зависит от конкретных условий, меняется в пределах от нескольких сотен Ом до нескольких мегом. С достаточной степенью точности можно считать, что при воздействии напряжения промышленной частоты 50 Герц, сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600 — 800 Ом. Из этого можно сделать вывод, что сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно — состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем — эпидермисом). Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока. Действительно, если оценить этот факт в относительных единицах и принять сопротивление кожи за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы, крови составит 0.15 — 0.20, а сопротивление нервных волокон — всего лишь 0.025 («нервы» — отличные проводники электрического тока!). Кстати, именно поэтому опасно приложение электродов к так называемым акупунктурным точкам. Так как они соединены нервными волокнами, поражающий ток может возникнуть при очень малых напряжениях. Именно один из таких случаев описан в литературе, когда поражение человека произошло при напряжении 5 Вольт. Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде — в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя. Таким образом, к факторам состояния человека, существенно увеличивающим вероятность смертельного поражения человека электрическим током следует отнести:

всё, что увеличивает темп работы сердца — усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;

все, что уменьшает сопротивление кожи — потливость, порезы, принятие алкоголя.

Путь («петля») тока через тело человека

При расследовании несчастных случаев, связанных с воздействием электрического тока, прежде всего выясняется, по какому пути протекал ток. Человек может коснуться токоведущих частей (или металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением) самыми различными частями тела. Отсюда — многообразие возможных путей тока.

Наиболее вероятными признаны следующие:

«правая рука — ноги» (20% случаев поражения);

«левая рука — ноги» (17%);

«обе руки — ноги» (12%);

Все петли, кроме последней, называются «большими», или «полными» петлями, ток захватывает область сердца и они наиболее опасны. В этих случаях через сердце протекает 8-12 процентов от полного значения тока.

Петля «нога — нога» называется «малой», через сердце протекает всего 0.4% от полного тока. Эта петля возникает, когда человек оказывается в зоне растекания тока, попадая под шаговое напряжение. Шаговым называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока в земле, при одновременном касании их ногами человека. При этом чем шире шаг, тем больший ток протекает через ноги. Такой путь тока не несет прямой опасности жизни, однако под его действием человек может упасть и путь протекания тока станет опасным для жизни.

3. Допустимые значения напряжений прикосновения и токов по ГОСТ 12.1.038-82

Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в табл.1.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector