Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження електричного опору тіла людини.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2004
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Охорона праці
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти України
Національний університет
“Львівська політехніка”
Методичні вказівки
до лабораторної роботи №24
З курсу: “Охорона праці”
На тему: “Дослідження електричного опору тіла людини”
Львів - 2004
I. МЕТА РОБОТИ
Дослідження параметрів опору тіла людини, який визначаює струм, що протікає через нього в електричному ланцюзі.
2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.
Статистика електротравматизму показує, що смертельне ураження електричним струмом складає близько 16 % загального числа нещасних випадків зі смертельним результатом. Нещасних випадків в електроустановках напругою до 1000 В приблизно в 3 рази більше, ніж в електроустановках напругою вище 1000 В. Причому з загальної кількості смертельних электротравм 2,5 % припадає на електроустановки напругою до 90 В.
Коли електричний струм проходитить через організм людини, то проводить на нього термічний, електролітичний і біологічний вплив. Термічний вплив виявляється в опіках зовнішніх і внутрішніх ділянок тіла, електричний - у розкладанні крові й іншої органічної рідини тіла, біологічне - у роздратуванні і порушенні живих тканин організму, що може супроводжуватися мимовільним, судорожним скороченням м'язів, у тому числі м'язів серця і легень. При цьому порушується кровообіг і робота органів дихання або ж цілком припиняється їхня діяльність.
У результаті впливу електричного струму виникають два види враження: електричні травми й електричні удари.
Електричні травми - це чітко виражені місцеві ушкодження тканин організму. Розрізняють наступні електричні травми:
-електричні опіки, електричні знаки, металізація шкіри і механічне пошкодження. Електричні опіки виникають безпосередньо від проходження електричного струму або в результаті тепла, що виділилося, на різних ділянках тіла, а також в результаті впливу електричної дуги.
Електричні знаки являють собою чітко окреслені плями сірого або блідо-жовтого кольору на поверхні шкіри людини, яку вразив ел. струм.
Металізація шкіри - це проникнення у верхні шари шкіри дрібних частинок металу, що розплавився під дією електричної дуги.
Механічні ушкодження є наслідком різких мимовільних судорожних скорочень м'язів під дією струму, що проходять через людину. У результаті можуть відбутися розриви шкіри, зв'язок, кровоносних судин і нервових тканин, а також вивихи суглобів і навіть переломи кісток.
Електричні удари - це порушення живих тканин організму електричним струмом, що проходить через них, які супроводжуються мимовільними скороченнями м'язів.
В залежності від результату впливу струму на організм, електричні удари можуть бути умовно розділені на наступні три ступені:
I - судорожне скорочення м'язів без втрати свідомості;
ІІ - судорожне скорочення м'язів з втратою свідомості, але із збереженням дихання і роботою серця;
ІІІ - втрата свідомості і порушення серцевої діяльності або дихання (або того й іншого разом).
Результат ураження електричним струмом залежить від струму, що проходить через людину, тривалості його впливу, шляхів проходження струму в тілі людини, роду і частоти струму, а також індивідуальних властивостей людини.
Струм, що проходить через людину, - основний фактор, що обумовлює результат ураження.
Опір тіла людини і прикладена до нього напруга також впливають на результат ураження, оскільки вони визначають струм, що проходить через тіло людини.
Тіло людини є провідником електричного струму. При цьому різні ділянки тіла чинять для струму різний опір: шкіра, кістки, жирова тканина - великий, а м'язова тканина, кров і особливо спинний і головний мозок - малий. Питомі об'ємні опори окремих ділянок тіла приведені в табл.I.
Як видно з таблиці І. шкіра володіє найбільшим питомим опором і в основному визначає електричний опір всього тіла людини.
Шкіра складається з двох основних шарів: зовнішнього, який називається епідермісом, і внутрішнього, що є власне шкірою і носить назву - дерма (мал. I). Зовнішній шар шкіри - епідерміс, у свою чергу, має роговий і ростковий шар.
.
Рис. 1. Будова шкіри людини (розріз): а - зовнішній шар шкіри епідерміс; б - внутрішній шар шкіри - дерма; 1 - роговий шар; 2 - ростковий шар
Роговий шар складається з багатьох рядів ороговілих кліток, позбавлений кровоносних судин і нервів. Його товщина на різних ділянках тіла різна і складає 0,05...0,2 мм. У сухому і незабрудненому стані роговий шар можна розглядати, як діелектрик, його питомий опір досягає 105...106 Ом·м. Електричний опір росткового шару і дерми відносно невеликий.
Опір людини при сухій, чистій і неушкодженій шкірі (виміряний при напрузі 15...20В) коливається приблизно від 3000 до 100000 Ом. Якщо на ділянках шкіри, де прикладаються електроди, здерти роговий шар, опір тіла впаде до 1000. ..5000 Ом, а при видаленні усього верхнього шару шкіри (епідермісу) - до 500... ...700 Ом. Якщо ж під електродами цілком видалити шкіру, то опір складе всього лише 300...500 Ом. Опір тіла людини, тобто опір між двома електродами, накладеними на поверхню тіла, можна умовно вважати, складається з трьох послідовно включених опорів: двох однакових зовнішнього шару шкіри (епідермісу) і одного, названого внутрішнім опором тіла, що містить у собі два опори внутрішнього шару шкіри (дерми) і опору внутрішніх тканин тіла (мал. 2).
Рис. 2. Схема заміщення опору тіла людини в електричному колі: а - схема вимірювання опору; б - еквівалентна схема опору тіла людини; 1 - електроди; 2 - зовнішній шар шкіри - епідерміс; 3 - внутрішні тканини тіла (включаючи нижній шар шкіри - дерму); Rн- активний опір зовнішнього шару шкіри; Сн - ємність конденсатора, що утворився; Rв - внутрішній опір тіла
Опір зовнішнього шару шкіри володіє не тільки активною складовою Rн , але і ємнісною складовою EMBED Equation.3 зумовленої тим, що у місці дотику електродів до тіла людини утворюються ніби конденсатори, обкладками яких є електроди і добре провідні тканини тіла людини, що лежать під зовнішнім шаром шкіри, а діелектрик - зовнішній шар (епідерміс). Повний опір тіла людини, згідно схемі заміщення (див. мал. 2), визначається за формулою:
EMBED Equation.3 (1)
де EMBED Equation.3 - повний опір тіла людини, кОм; EMBED Equation.3 - активний опір зовнішнього шару шкіри, кОм; EMBED Equation.3 - внутрішній опір тіла, кОм; EMBED Equation.3 - кругова частота, Гц; EMBED Equation.3 - ємність між вимірювальним електродом і внутрішніми шарами, мкФ.
Кругова частота EMBED Equation.3 визначається за формулою
EMBED Equation.3 ,
де EMBED Equation.3 - частота електричного струму, Гц.
Електричний опір тіла людини, виходячи з викладеного, залежить від наступних факторів:
1)стану шкіри. Ушкодження рогового шару, у тому числі порізи, подряпини, й інші мікротравми можуть знизити повний опір тіла до значення, близького до внутрішнього опору. Такий же вплив робить і зволоження шкіри водою або за рахунок поту, а також забруднення шкіри струмопровідним пилом або брудом;
2)місця прикладення електродів і їхньої площі, тому що на різних ділянках тіла опір шкіри неоднаковий ы залежить від товщини верхнього шару;
3)струму і тривалості його проходження через тіло людини. Зі збільшенням струму і часу його проходження опір падає, оскільки при цьому підсилюється місцеве нагрівання шкіри, що приводить до розширення судин, а отже, і до посилення постачання цієї ділянки кров'ю і збільшенню потовиділення;
4)напруги, прикладеної до тіла людини (напруги дотику). З ростом напруги дотику електричний опір тіла людини падає за рахунок відповідного збільшення струму і настання теплового електричного пробою верхнього шару шкіри, що настає при напрузі 50...200 В;
5)частоти електричного струму. Зі збільшенням частоти повний електричний опір тіла падає. При збільшенні частоти до ∞ опір тіла зменшується до EMBED Equation.3 , що видно з формули (I). В дійсності при частоті 15...20 кГц практично EMBED Equation.3 .
Параметри електричної схеш заміщення опору тіла людини (див. мал. 2) можна визначити з наступних розумінь:
а) із збільшенням частоти до 15...20 кГц повний опір тіла людини дорівнює практично внутрішньому опорові EMBED Equation.3 , тобто
EMBED Equation.3 (2)
б) із зменшенням частоти EMBED Equation.3 повний опір EMBED Equation.3 зростає і досягає максимуму при EMBED Equation.3 . З формули (1) при EMBED Equation.3 отримаємо:
EMBED Equation.3
звідси
EMBED Equation.3 (3)
де EMBED Equation.3 - опір тіла людини при EMBED Equation.3 . З деяким припущенням можна прийняти, що повний опір тіла людини на частотах 0...100Гц знаходиться в лінійній залежності від частоти струму і може бути визначено методом екстраполяції. В лінійному масштабі будується графік залежності повного опору від частоти струму, як зображено на рис.3. Значення EMBED Equation.3 розміщено на осі ординат при пересіканні з прямою EMBED Equation.3 ;
Рис. 3. Графік екстраполяції.
в) з формули (1) при відомому EMBED Equation.3 для певної частоти EMBED Equation.3 можна визначити ємність зовнішнього шару EMBED Equation.3 , мкФ:
EMBED Equation.3 (4)
Вище приведені співвідношення справедливі для напруг до 50 В. При напрузі вищій вказаного значення наступає тепловий електричний пробій зовнішнього шару шкіри, що різко зменшує повний опір тіла людини;
г) при відомих значеннях RН і СН можна визначити повний зовнішній опір ZН.
Для параллельного кола RН , СН справедливе співвідношення
EMBED Equation.3 (5)
звідси
EMBED Equation.3
де EMBED Equation.3 - повний зовнішній опір, кОм.
Ємнісний зовнішній опір EMBED Equation.3 визначається за формулою, кОм:
EMBED Equation.3
3. ОПИС ВИПРОБУВАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ
Прилади, які застосовуються в лабораторній роботі:
1) звуковий генератор ЗГ-18 являє собою джерело синусо їдальных електричних коливань звукової частоти в діапазоні 20 Гц...20 кГц. Частота встановлюється ручкою "Установка частоти".Вихідна напруга регулюється рукояткою "Per. виходу";
2) ламповий мілівольтметр типу УВЛ-2М для вимірювання струму в електричному колі;
3) стенд з електродами різної площі: S1= 22 см2 , S2= 11 см2 .
Для зняття залежності повного опору тіла людини (рука-рука) від частоти використовується електрична схема (мал. 4). Руки однієї людини накладаються на диски - електроди, на які від звукового генератора подається напруга досліджуваної частоти.
Рис. 4. Електрична схема установки:
ЗГ - звуковий генератор; mV- ламповий мілівольтметр; RШ – опір 1 кОм; S1 – диски-електроди площею 22 см2; S2 – диски-електроди площею 11см2.
Щоб отримати правильні стабільні значення опору, щільність притиснення рук до дисків-електродів повинна бути постійною на протязі досліду. Вимірювання слід розпочинати після 2 хв. перерви.
4. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1.Перевірити підключення приладів (див. мал. 4) і положення ручок на генераторі і ламповому мілівольтметрі і при необхідності установити:
а)на звуковому генераторі ГЗ-18:
ручку "Пределы шкал" в положення 3 В;
ручку "Шкала прибора" в положення 30 В; А
ручку "Сопротевление нагрузки" у положення 150;
тумблер "Внутр. навантаження 600 Ом" у положення "Выкл."; -
б)на ламповому мілівольтметрі МВЛ-2М:
ручку "Пределы" встановити в положення 3 В.
2. Отримати дозвіл викладача на включення приладів.
3. Підключити прилади ГЭ-18, МВЛ-2М до мережі і за допомогою тумблерів включити їх.
4. Ручкою "Установка частоти" установити відповідну часто ту струму.
5. Одна людина кладе руки на диски-електроди.
6. Поворотом ручки "Per. виходу" встановити стрілку вольтметра на цифру 10 по верхній шкалі, що відповідає вихідній напрузі 3 В.
7. Показання приладів записати в таблицю:
8. Ручку "Per. виходу" повернути в крайнє ліве положення.
9. Установити наступну частоту відповідно до табл. 2 і про довжувати дослідження. Стрілка мілівольтметра повинна знаходитися в межах розподілів шкали, у крайньому випадку перемикачем "Пределы" змінити межу виміру.
Після виконання експериментальної частини роботи виключити прилади і приступити до обробки експериментальних даних.
10. Підрахувати значення струму й опору по приведених формулах (для даної частоти) і заповнити табл. 2:
EMBED Equation.3 .
11. По даних табл. 2 побудувати графіки:
а) EMBED Equation.3 для S1;
б) EMBED Equation.3 для S2;
На графіку частота відкладається в логарифмічному масштабі.
12. Визначити внутрішній опір EMBED Equation.3 з графіків EMBED Equation.3 .
13. Методом екстраполяції (мал.3) знайти повний опір тіла людини EMBED Equation.3 при EMBED Equation.3 .
14. Розрахувати активний опір зовнішнього шару шкіри RH по формулі (3).
Розрахувати по формулі (4) ємність зовнішнього шару шкіри Сн для електродів S1, і S2 при частоті 50 Гц.
Розрахувати повний опір зовнішнього шару шкіри при ча стоті 50 Гц по формулі (5).
Результати розрахунків основних параметрів електричної схеми заміщення опору тіла людини для частоти 50 Гц внести в таблицю:
Таблиця 3
18. Накреслити електричну схему заміщення опору тіла людини для умов проведеного експерименту і вказати на ній числові значення основних параметрів для максимальної площі електродів.
ВИМОГИ БЕЗПЕКИ ПРИ ВИКОНАННІ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ
1.Включати напруга для живлення лабораторного столу дозволяється тільки в присутності викладача.
2.Категорично забороняється переключати ручку "Пределы шкал" генератора ГЗ-18 у положення більше ніж 3 В.
6. ВИМОГИ ДО ЗВІТУ
1.Мета роботи.
2.Опис методики виміру параметрів опору тіла людини й аналітичних виражень для його обчислення.
3.Короткий опис приладів, які застосовуються
4.Схема вимірів.
5. Результати вимірів занести в табл. 2, 3.
6.Аналіз залежності параметрів опору тіла людини від частоти струму і площі вимірювальних електродів-дисків.
7.Дата і підпис студента, що виконав роботу.
7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1.Який відсоток смертельних електротравм від загальної кількості приходиться на напругу 90 В і нижче?
2.Який відсоток від загального числа нещасних випадків зі смертель ним результатом приходиться на частку електротравм?
3.Які зміни в людському організмі викликають електричні удари третього ступеня?
4.Який питомий опір сухої, чистої шкіри людини?
5.Які ділянки тіла людини володіють найбільшим питомим опором?
6.В яких межах коливається опір тіла людини?
7.Як залежить опір тіла людини від стану шкіри?
8.Як залежить опір тіла людини від струму?
9. Як залежить опір тіла людини від прикладеного напруги до тіла?
10.Як залежить опір тіла людини від частоти електричного струму?
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора