Электрический ток. Закон Ома

Департамент образования г.Москва

ГБОУ СПО Строительный колледж № 30

                                           Расчетная работа                                                                                                                  на тему           «Электрический  ток. Закон   Ома.»

              Выполнил:
                                                                               Студент Чуркин А.А.
                                                                                  Группа 4106
                                                                                    Проверил:
                                                                                       Мальков А.П.
 

                            Москва 2012

              Содержание
 

1.Введение………………………………………………………………… 3

2.Источники электрического тока …………………………………….4

2.Действие тока на организм …………………………………………...5

3.Характер воздействия тока на человека в зависимости от силы и вида тока ………………………………………………………………………...7

4.Защитное заземление ……………………………………………….....9

5.Защитное зануление …………………………………………………...9
 

6.Меры первой помощи………………………………………………….10                        
 

7.Закон Ома для участков цепи………………………………………..11                 

8.Задачи и лабораторная работа……………………………………….12


Заключение                          

Введение.
Применение электрической энергии позволило повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать и внедрить целый ряд технологических процессов в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и быту, основанных на новых принципах, ускоряющих, облегчающих и удешевляющих процесс получения окончательного продукта, а также создать комфорт в производственных и жилых помещениях.

Электричество широко распространено в промышленности, являясь одним из базовых элементов механизации и автоматизации производственных процессов. Электричество сегодня – это совершенная технология, надёжное и качественное электроснабжение, забота о потребителе и его обслуживание.

Единственным недостатком электрической энергии является «отсутствие склада готовой продукции», т. е. запасать электроэнергию и сохранять эти запасы в течение больших сроков человечество еще не научилось. Запасы электроэнергии в аккумуляторах, гальванических элементах и конденсаторах достаточны лишь для работы сравнительно маломощных установок, причем сроки хранения этих запасов ограничены. Поэтому электрическая энергия должна быть произведена тогда и в таком количестве, когда и в каком ее требует потребитель.

Всем ясно, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества. Она используется абсолютно всеми бытовыми электроприборами: холодильниками, стиральными машинами, осветительными приборами, утюгами, микроволновыми печами, компьютерами, телевизорами и т. д. Трудно представить, как бы мы жили, погасни свет в квартире или замолчи телевизор.

В то же время электрический ток представляет собой большую опасность для человека, поэтому так важно строгое соблюдение мер электробезопасности, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитных полей и статического электричества.

1.     Источники электрического тока

До 1650 года - времени, когда в Европе пробудился большой интерес к электричеству, - не было известно способа легко получать большие электрические заряды. С ростом числа ученых, заинтересовавшихся исследованиями электричества, можно было ожидать создания все более простых и эффективных способов получения электрических зарядов.

Отто фон Герике придумал первую электрическую машину. Для получения заряда надо было одной рукой вращать шар, а другой - прижимать к нему кусок кожи. Трение поднимало потенциал шара до величины, достаточной, чтобы получать искры длиной в несколько сантиметров.

Эта машина оказала большую помощь в экспериментальном изучении электричества, но еще более трудные задачи «хранения» и «запасания» электрических зарядов удалось решить лишь благодаря последующему прогрессу физики. Это «хранилище» электричества было изобретено в 1745 году в голландском го­роде Лейдене и получило название лейденской банки.

Первый кто от­крыл иную возможность получения электричества, нежели с помощью элек­тризации трением, был итальянский ученый Луиджи Гальвани (1737-1798). Он был по специальности биолог, но ра­ботал в лаборатории, где проводились опыты с электричеством. Галь­вани наблюдал явление, которое было известно многим еще до него; оно заключалось в том, что если ножной нерв мертвой лягушки возбудить искрой от электрической машины, то начинала сокращаться вся лапка. Но однажды Гальвани заметил, что лапка пришла в движение, когда с нервом лапки соприкасался только стальной скальпель. Удивительнее всего было то, что между электрической машиной и скальпелем не было никакого контакта. Это поразительное открытие заставило Гальвани поставить ряд опытов для обнаружения причины электрического тока. Один из экспериментов был поставлен Гальвани с целью выяснить, вызывает ли такие же движения в лапке электричество молнии. Для этого Гальвани подвесил на латунных крючках несколько лягушачьих лапок в окне, закрытом железной решеткой. И он нашел, в противоположность своим ожиданиям, что сокращения лапок происходят в любое время, вне всякой зависимости от состояния погоды. Присутствие рядом электрической машины или другого источника электричества оказалось не нужным. Гальвани установил далее, что вместо железа и латуни можно использовать любые два разнородных металла, причем комбинация меди и цинка вызывала явление в наиболее отчетливом виде. Стекло, резина, смола, камень и сухое дерево вообще не давали никакого эффекта. Таким образом, возникновение тока все еще оставалось тайной. Где же появляется ток - только в тканях тела лягушки, только разнородных металлах или же в комбинации металлов и тканей? К сожалению, Гальвани пришел к заключению, что ток возникает исключительно в тканях тела лягушки. В результате его современникам понятие «животного электричества» стало казаться гораздо более реальным, чем электричества какого-либо другого происхождения.

Другой итальянский ученый Алессандро Вольта(1745-1827) окончательно доказал, что если поместить лягушачьи лапки в водные растворы некоторых веществ, то в тканях лягушки гальванический ток не возникает. В частности, это имело место для ключевой или вообще чистой воды; этот ток появляется при добавлении к воде кислот, солей или щелочей. По-видимому, наибольший ток возникал в комбинации меди и цинка, помещенных в разбавленный раствор серной кислоты. Комбинация двух пластин из разнородных металлов, погруженных в водный раствор щелочи, кислоты или соли, называется гальваническим (или химическим) элементом.

В начале 19 века Ганс Христиан Эрстед сделал открытие совершенно нового электрического явления, заключавшегося в том, что при прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле. Спустя несколько лет, в 1831 году, Фарадей сделал ещё одно открытие, равное по своей значимости открытию Эрстеда. Фарадей обнаружил, что когда движущийся проводник пересекает силовые линии магнитного поля, в проводнике наводится электродвижущая сила, вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник.

2.      Действие тока на организм.

В 1862 г. ДеМеркю дал подробное описание электрических травм. В 20 в. австрийский врач сделал вывод, что человек легко может погибнуть от электрического тока, но его трудно убить электрическим током.

Проходя через тело человека, ток оказывает следующее действие:

1) термическое (нагревы, ожоги и т.п.);

2) электролитическое (разложение электролитов – разложение крови и других органических жидкостей);

3) механическое (судорожное сокращение мышц, отбрасывание, отдергивание);

4) биологическое (спазм, судороги, специфическое воздействие на сердечно-сосудистую систему - эффект фибрилляции).

Это разнообразное воздействие приводит к электротравмам, которые условно разделяют на два вида:

1) местные электротравмы (электрический ожог, перегрев внутренних органов, электрические знаки - место входа электрического тока в организм, механические повреждения, металлизация кожи – проникновение брызг расплавленного металла от электрической дуги в кожу, электроофтальмия – повреждение роговицы глаз от электрической дуги);

2) общие электротравмы (электрический удар - процесс возбуждения живых тканей организма электрическим током, сопровождается судорожным сокращением мышц).

Электрические удары имеют разные последствия. Если человек может самостоятельно оторваться от проводника, жизнедеятельность сохраняется, но впоследствии могут обнаружиться неблагоприятные отклонения в состоянии здоровья. В более тяжелом случае человек не может самостоятельно оторваться от проводника и длительное время находится под действием тока. В результате этого возможно шоковое состояние, паралич органов дыхания, фибрилляция сердца (беспорядочное сокращение волокон сердечной мышцы), что часто приводит к летальному исходу.

Исход поражения человека электротоком зависит от многих факторов: силы тока и времени его прохождения через организм, характеристики тока (переменный или постоянный), пути тока в теле человека, при переменном токе – от частоты колебаний.

Ток, проходящий через организм, зависит от напряжения прикосновения, под которым оказался пострадавший, и суммарного электрического сопротивления, в которое входит сопротивление тела человека. Величина последнего определяется в основном сопротивлением рогового слоя кожи, составляющее при сухой коже и отсутствии повреждений сотни тысяч ом. Если эти условия состояния кожи не выполняются, то ее сопротивление падает до 1 кОм. При высоком напряжении и значительном времени протекания тока через тело сопротивление кожи падает еще больше, что приводит к более тяжелым последствиям поражения током. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот ом и существенной роли не играет.

На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека. Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления.

3.      Характер воздействия тока на человека в зависимости от силы и вида тока приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Характер воздействия тока на человека

(путь тока рука – нога, напряжение 220 В)

Ток, мА

Переменный ток, 50 Гц

Постоянный ток

0,6...1,5

Начало ощущения, легкое дрожание пальцев

Ощущений нет

2,0...2,5

Начало болевых ощущений

То же

5,0...7,0

Начало судорог в руках

Зуд, ощущение нагрева

8,0...10,0

Судороги в руках, трудно, но можно оторваться от электродов

Усиление ощущения нагрева

20,0..,25,0

Сильные судороги и боли, неотпускающий ток, дыхание затруднено

Судороги рук, затруднение дыхания

50,0...80,0

Паралич дыхания

То же

90,0...100,0

Фибрилляция сердца при действии тока в течение 2–3 с, паралич дыхания

Паралич дыхания при длительном протекании тока

300,0

То же, за меньшее время

Фибрилляция сердца через 2–3 с, паралич дыхания

Допустимым считается ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от скорости прохождения тока через тело человека: при длительности действия более 10с – 2 мА, при 10 с и менее – 6 мА. Ток, при котором пострадавший не может самостоятельно оторваться от токоведущих частей, называется не отпускающим.

Переменный ток опаснее постоянного, однако, при высоком напряжении (более 500 В) опаснее постоянный ток. Из возможных путей протекания тока через тело человека (голова–рука, голова–ноги, рука–рука, нога–рука, нога–нога и т. д.) наиболее опасен тот, при котором поражается головной мозг (голова–руки, голова–ноги), сердце и легкие (руки–ноги). Неблагоприятный микроклимат (повышенная температура, влажность) увеличивает опасность поражения током, так как влага (пот) понижает сопротивление кожных покровов.

4.      Защитное заземление

Защитное заземление есть преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении напряжения относительно земли до допустимых уровней напряжения прикосновения. Соединение металлических нетоковедущих частей оборудования с землей осуществляется с помощью заземляющих проводников и заземлителей. Заземлитель — это совокупность металлических стержней, находящихся в земле и соединенных между собой металлическим проводником. Заземлители бывают искусственные (только для заземления) и естественные (металлические предметы в земле для иного предназначения). Заземляющие проводники соединяют части заземляемых установок с заземлителем. Естественные заземлители — трубопроводы.

5.      Защитное зануление

Защитное зануление — это преднамеренное электрическое заземление с нулевым защитным проводом на конце металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Нулевой защитный проводник — это проводник соединяющий заземляемые части с нулевой нейтральной точкой обмотки источника тока.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего провода, который предназначен для питания электрических приемников. Нулевой рабочий провод через 20-30 метров повторно заземляется.

Принцип действия защитного зануления

Защитное зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает защита (плавкий предохранитель), которая селективно выключает участок сети.

В момент короткого замыкания (КЗ) заземление нулевого провода уменьшает напряжение на корпусе и уменьшает опасность поражения.

С целью обеспечения автоматического отключения установки проводимость фазных и нулевых проводов должна быть такой, чтобы ток короткого замыкания не менее чем в три раза превышал ток плавкого предохранителя (ближайшего).

Первая помощь при поражении человека электрическим током.

Т.к. срочное прибытие медиков маловероятно, то каждый работающий с электричеством должен уметь оказывать первую доврачебную помощь.

Первая помощь при поражении электрическим током состоит из двух этапов: 1) освобождение от действия электрического тока и 2) оказание ему первой медицинской помощи. Поскольку длительное прохождение электрического тока - критерий очень опасный, то очень важно как можно оперативной освободить пострадавшего от воздействию электрического тока. Также надо быстро начать оказывать первую медицинскую помощь и вызвать врача, пусть даже если пострадавший находится в состоянии клинической смерти.

1. Высвобождение человека от действия электрического тока: отключение – с помощью ближайшего рубильника, если неизвестно где он находится или он далеко расположен, то нужно рубить провода топором с деревянной ручкой (до 1000 в.). Если пострадавший находится на высоте, то при отключении напряжения он может упасть - принанять меры чтобы человек не получил новых травм. Кроме того, при отключении напряжения может погаснуть свет. Если одежда сухая то можно попытаться оттащить за неё человека, при этом не касаясь тела. Если напряжение до 1000в. попробовать оттолкнуть пострадавшего от токоведущих частей сухой палкой или наоборот откинуть провода от человека, для этих же целей можно использовать сухую верёвку. Если нельзя ничего предпринять произвести короткое замыкание.

6.      Меры первой помощи

Если пострадавший в сознании, но был в обмороке уложить на подстилку, обеспечить покой и ждать врача. После поражения электрическим током нельзя двигаться тем более работать.

Если пострадавший без сознания, но с устойчивым дыханием - уложить, расстегнуть одежду и пояс, привести в сознание - нашатырным спиртом или просто побрызгать водой.

Если пострадавший плохо дышит судорожно, прерывисто, необходимо делать искусственное дыхание и массаж сердца.

Если у пострадавшего отсутствуют признаки жизни - надо считать что он находится в состоянии «клиническая смерть» и немедленно приступать к оживлению. И делать это надо до прихода врача т.к. смерть может констатировать только он.

7.      Закон Ома для участков цепи.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R; [A = В / Ом]

Ом установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

R = ρl / S,

где ρ - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

8. Задачи и лабораторная работа.

Заключение

Мы узнали, что без электрического тока наша жизнь была бы не такая яркая и живая. Он дает нам возможно смотреть телевизор, сидеть в компьютере, играть на музыкальных инструментах. Электрический ток  самое важное в мире!

2