Есть ли смысл напряжения

Что бьёт и убивает: ток или напряжение?

Опасность электричества не миф, хуже того, несмотря на всеобщую осведомленность об этом факте, практически каждый человек может сказать, что ему доводилось при каких-то обстоятельствах ощутить на собственной шкуре электрический удар. Исход подобного воздействия не обязательно плачевен, однако, опасность летального исхода – это неотъемлемый спутник халатного обращения с электричеством.

Именно поэтому на электроустановках устанавливают предупреждающие плакаты, например, «Высокое напряжение! Опасно для жизни!» или «Не влезай! Убьет!». В связи с чем у многих возникает путаница, что убивает ток или напряжение, чего же им стоит опасаться.

В чем отличие между током и напряжением?

Если рассмотреть физический процесс, то электрическая энергия имеет множество различных характеристик, среди которых наиболее часто рассматриваются напряжение и ток. Сразу заметим, что это не одно и то же, но обе они взаимосвязаны.

В каждом веществе присутствует несчетное количество мельчайших атомов, в которых происходит электромагнитное взаимодействие между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами, вращающимися вокруг ядра. В нормальном состоянии элементарные частицы находятся в балансе – заряд ядра полностью скомпенсирован зарядами электронов. Но, воздействие электромагнитного поля на атомы приводит наиболее удаленные электроны в движение, и атомы выходят из равновесия – получают определенный заряд.

Под напряжением следует понимать разницу между двумя зарядами – в одной точке энергии больше, а в другой меньше. Можно провести аналогию с сообщающимися сосудами, если воды в одной трубке больше, а во второй меньше, то при их соединении вода из первой будет перетекать во вторую. Так же и с напряжением – потенциально в каждой точке имеется определенный заряд энергии, созданный электромагнитным полем, но до тех пор, пока эти точки не соединятся электрической цепью, заряженные частицы не начнут направленного движения.

Но, с появлением связующей цепи, напряжение между двумя точками приведет к направленному движению заряженных частиц. Это явление получило название электрического тока.

В зависимости от особенностей источника электрической энергии напряжение и ток могут носить:

• постоянный характер – не зависимо от наличия или отсутствия нагрузки, величина напряжения не меняется, относится к источникам неограниченной мощности;
• изменяться в зависимости от величины нагрузки – относятся к источника с ограниченной мощностью, где величина питающего напряжения снижается при замыкании цепи;
• временный – при подключении нагрузки к источнику питания заряд полностью рассеивается через короткий промежуток времени, это конденсаторы, в некоторых ситуациях наведенное напряжение.

Поэтому ток не может протекать без наличия напряжения на участке цепи, но именно ток определяет интенсивность воздействия электрической энергии на человека.

Воздействие тока и напряжения на организм

Чтобы определить степень воздействия на человека, следует отметить, что тело представляет собой проводник электрической энергии, через который может свободно протекать электрический ток. Однако, согласно закону Ома, сила тока на любом участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорциональна сопротивлению:

• I – сила тока;
• U – величина приложенного напряжения;
• R – сопротивление тела человека.

Как можно судить из вышеприведенного выражения, чем больше омическое сопротивление, тем меньше ток, протекающий через человека. Напряжение электрической сети – величина постоянная и мало зависящая от того, что к ней подключено.

А вот на сопротивление человека влияют многие факторы:

• состояние кожных покровов в местах прикосновения к токоведущим частям;
• увлажненность кожи;
• общее физиологическое состояние организма;
• состав крови.

Помимо этого прохождение тока будет зависеть и от состава напольного покрытия, если цепь замкнется через ноги. В среднем, сопротивление человека принимается равным 1000 Ом, сухая кожа может иметь сопротивление в 100 000 Ом, но рассчитывать на такой показатель не стоит. Если рассмотреть ситуацию, когда 220 вольт приложено к человеку с сопротивлением 1000 Ом, то удар током достигнет 0,22А или 220 мА, а это опасная величина.

Чтобы представлять себе всю картину, нужно знать следующее:

• при 1 – 10 мА удар электрическим током не ощущается, человек свободно отпустит токоведущий элемент без угрозы для собственной жизни;
• от 15 – 50 мА воздействие электричества вызывает сокращения мышц и болезненные ощущения, самостоятельное освобождение человека может оказаться затруднительным;
• от 50 – 100 мА воздействие электрического тока затрагивает сердце, поэтому становится опасным для жизни;
• от 100 – 200 мА поражение электрической энергией может нанести летальный урон организму.

Вышеприведенные данные справедливы для переменного тока частотой 50 Гц, это обуславливается наличием амплитудных составляющих и пикового значения, как в положительную, так и в отрицательную сторону. При постоянном токе опасное для жизни значение считается от 300 мА и выше.

Более детально о воздействии электрического тока на организм человека было изложено в нашей статье: https://www.asutpp.ru/dejstvie-elektricheskogo-toka-na-organizm-cheloveka.html

Подводя итоги

Как видите, токовая составляющая, воздействующая на человека, и определяет, какие ситуации считаются опасными, а какие нет. Но, в то же время, без разности потенциалов электрический ток вообще протекать через человека не будет. Прямой тому пример – выполнение работ под напряжением, когда человек свободно касается проводов, а смертельно опасное электричество его не бьет. Проблема решается изолирующей вставкой между землей и ногами человека, которая разрывает электрическую цепь.

Помимо этого существует целый разряд электроустановок, которые относятся к безопасным за счет питания низким напряжением. Так, потенциально безопасными можно назвать уровни не более 42 В переменного и 100 В постоянного, а все остальные относятся к опасному или высокому напряжению. Но не испытывайте судьбу, лучше перестраховаться и воспользоваться средствами индивидуальной защиты, а в любой непонятной ситуации воздержаться от взаимодействия с электроустановкой, оборванными проводами или корпусом поломанного бытового прибора, включенного в сеть.

Существует ли зависимость напряжения от частоты?

Казалось бы, раскрыть зависимость напряжения от частоты просто. Стоит только обратиться с соответствующим запросом ко всезнающим поисковым системам и. убедиться, что ответа на этот вопрос попросту нет. Что же предпринять? Давайте разбираться вместе в этом непростом вопросе.

Напряжение или разность потенциалов?

Надо заметить, что напряжение и разность потенциалов — это одно и то же. По сути, это сила, которая способна заставить электрические заряды двигаться потоком. Не имеет значения, куда будет направлено это движение.

Разность потенциалов — просто другое выражение для напряжения. Оно нагляднее и, может быть, понятнее, но сути дела не меняет. Поэтому главный вопрос состоит в том, откуда берется напряжение, и от чего оно зависит.

В том, что касается домашней сети 220 Вольт, ответ простой. На гидростанции поток воды вращает ротор генератора. Энергия вращения трансформируется в силу напряжения. Атомная электростанция вначале превращает воду в пар. Он и крутит турбину. В бензоэлектростанции ротор вращает сила сгорающего бензина. Есть и другие источники, но суть всегда одна и та же: энергия превращается в напряжение.

Самое время задаться вопросом о зависимости напряжения от частоты. Но мы еще не знаем, откуда берется частота.

Что является источником частоты

Тот же самый генератор. Частота его вращения превращается в одноименное свойство напряжения. Вращайте генератор быстрее — частота будет больше. И наоборот.

Хвост не может «вилять» собакой. По той же причине частота не может изменить напряжение. Следовательно, выражение «зависимость напряжения от частоты тока» не имеет смысла?

Чтобы найти ответ, надо правильно сформулировать вопрос. Есть такая присказка про глупца и 10 ученых мужей. Он задавал неправильные вопросы, а они не могли ответить.

Если назвать напряжение другим определением, все встанет на свои места. Оно применяется для цепей, состоящих из множества разных сопротивлений. «Падение напряжения». Оба выражения часто считаются синонимами, что почти всегда неправильно. Потому что падение напряжения действительно может зависеть от частоты.

С чего бы напряжению падать?

Да просто потому, что не может не падать. Итак. Если на одном полюсе источника потенциал равен 220 Вольт, а на другом — ноль, то это падение могло произойти только в цепи. Закон Ома говорит о том, что, если в сети имеется одно сопротивление, то все напряжение на нем и упадет. Если два и больше — каждое падение будет пропорционально его величине, а их сумма равна исходной разности потенциалов.

Ну и что? Где здесь указание на зависимость напряжения от частоты тока? Пока что все зависит от величины сопротивления. Вот, если бы найти такой резистор, который меняет свои параметры при изменении частоты! Тогда и падение напряжения на нем менялось бы автоматически.

Есть такие резисторы

Их еще называют реактивными, в отличие от активных собратьев. На что же они реагируют, изменяя свою величину? На частоту! Существует 2 вида реактивных сопротивлений:

• индуктивное;
• емкостное.

Каждый вид связан со своим полем. Индуктивное — с магнитным, емкостное — с электрическим. На практике они представлены в первую очередь, соленоидами.

Они представлены на фото выше. И конденсаторами (ниже).

Их можно считать антиподами, потому что реакция на изменение частоты прямопротивоположная. Индуктивное сопротивление растет с частотой. Емкостное, наоборот, падает.

Теперь, учитывая особенности реактивных сопротивлений, в соответствии с законом Ома, можно утверждать, что зависимость напряжения от частоты переменного тока существует. Она может быть рассчитана с учетом величин реактивных сопротивлений в цепи. Только для ясности надо помнить, что речь идет именно о падении напряжения на элементе цепи.

И все-таки она существует!

Вопросительный знак в заголовке статьи превратился в восклицательный. «Яндекс» реабилитирован. Осталось только привести формулы зависимости напряжения от частоты для разных видов реактивных сопротивлений.

Емкостное: XC = 1/(w · C). Здесь w — угловая частота, C — емкость конденсатора.

Индуктивное: XL = w · L, где w — то же, что и в предыдущей формуле, L — индуктивность.

Как видно, частота влияет на величину сопротивления, изменяя его, следовательно, изменяет и падение напряжения. Если в сети имеется активное сопротивление R, емкостное XC и индуктивное XL, то сумма падений напряжений на каждом элементе будет равна разности потенциалов источника: U = U_r + U_xc+ U_xl.

Опасность тока и напряжения: есть ли разница

Делая сравнительную характеристику вопроса, что опаснее ток или напряжение, можно смело ответить, что все зависит от сопротивления, которое создается телом человека, контактирующим с электрическим током. Чтобы понять, как работают две разные величины предлагаем изучить эту статью до конца. Возможно, вы найдете ответы на вопросы, которые так долго искали.

Ток и напряжение: отличительные качества

Электрическая энергия — это целый комплекс значений и показателей. При этом напряжение — это характеристика потенциальной энергии, которая максимально может достичь объекта. В то же время ток — это само воздействие на объект, которое возникает между точками схемы.

Рассмотрим на примере принцип существования электроэнергии. Известно, что любое вещество содержит в себе миллиарды атомов. Отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг ядра (положительно заряженного). Близкого взаимодействия частиц при этом не происходит. Но как только на них начинает свое взаимодействие электромагнитное поле, частицы вокруг ядра начнут движение. За счет этого образуется заряд определенной силы. Он связывает частицы. Его и принято называть током.

Характер тока и напряжения

Так как ток и напряжение — взаимосвязанные между собой понятия, то их объединение можно условно поделить на три группы по характеру:

• Постоянный. В данном случае нет зависимости есть нагрузка или нет нагрузки, ток и напряжение будут носить постоянный характер, не меняясь при контакте с чем-либо. Обычной такое электричество можно встретить в источниках, отличающихся неограниченной мощностью.
• Изменчивый от нагрузки. Данный ток является составляющей источников, у которых предусмотрена ограниченная мощность. Напряжение будет снижаться в случае замыкания электрической цепи.
• Временный. Если подключается нагрузка к источнику питания, то весь заряд полностью рассеиваться спустя небольшой промежуток времени. Такое обычно происходит с конденсаторами.

Очевидно, что электрический ток не имеет возможности протекать через цепи, если на ней не зафиксирована нагрузка.

Как воздействует ток и напряжение на человеческий организм

Чтобы понимать, чего все-таки следует бояться: электрического тока или напряжения, нужно знать, что и как воздействует на человека. Об этом ниже.

Из электротехники можно вспомнить, что тело человека является раствором солей и прочих органических веществ в воде. Получается, если ток начнет контакт с телом, то соответственно, тело получит удар. Так как электричество тоже «любит» воду.

Получается, если сила тока пройдет через весь организм, то с высокой вероятностью человек получит травмы различного характера:

• Термическое. Произойдет нагревание всех частей организма, через которые будет проходить электричество. В результате есть риск получить внешние и внутренние ожоги, не совместимые с жизнью.
• Электролитическое. Происходят химические реакции в крови и других жидкостях человеческого организма, что тоже способно вызвать мгновенный летальный исход. Такое вмешательство не дает организму нормально функционировать.
• Биологическое. В этом случае происходит раздражение нервных окончаний кожи и других органов, имеющих их.
• Механическое. Не менее опасно, чем другие. В результате такого воздействия происходят разрывы мягких тканей и внутренних органов. Возможны даже переломы костей в суставах и связок.

Электротравмы, которые получил человек можно разделить на три группы:

• общие. Вследствие них возникает полное поражение тела человека под воздействием электрического тока;
• местные. Остаются пораженными только те места, через которые проходил ток (обычно их фиксируют в виде разрывов или ожогов);
• ожоги глаз. Происходят при воздействии электрической дуги, возникшей вследствие ультрафиолетового излучения.

На заметку! Все перечисленные электротравмы могут быть несовместимы с жизнью, поэтому не стоит полагать, что какая-либо по характеру может быть безопасной.

Степень поражения и от чего она зависит

Часто задают вопрос, какой ток и напряжение считаются опасными. Это зависит от различных факторов, но особое внимание заслуживает именно электрическое сопротивление кожи. Например, если на поверхности нет влаги, она абсолютно сухая, то сопротивление составит около 100 кОм, при воздействующем напряжении 5-10 В.

На тот случай, если кожа мокрая или имеет даже незначительный процент влажности, тогда падает до 1 кОм. Соответственно удар тока будет в разы сильнее и поражения будут весьма серьезные. Сопротивление внутренних органов независимо от состояния кожных покровов будут составлять от 0,5 до 1 кОм. Также негативно влияют на способность к сопротивлению человеческого тела плохое самочувствие.

Чем ниже сопротивление, тем выше воздействие на него электричества. Также ущерб от тока увеличивается при его длительном воздействии на человека и плохом состоянии здоровья: сюда относят сердечно-сосудистые заболевания, болезни кровеносной и дыхательной системы.

Степень поражения еще может зависеть от того, какой путь имел электрический ток при прохождении через организм. Самыми опасными считаются: рука-ноги и рука-рука. В таких случаях, он проходит через грудную клетку, соответственно затрагивает органы, которые находятся в ней.

Важно! Чем выше сила тока и величина напряжения, тем быстрее он будет протекать по своему пути. Например, 65В —1 секунда; 220 — 0,1 секунда.

В случае, если человек находится под длительным воздействием тока, то велика вероятность возникновении фибрилляции желудочков сердца, как следствие — его остановка. В таких случаях спасти может только искусственное дыхание. Но важно помнить, что прежде нужно освободить человека от тока, а только потом принимать меры по спасению.

Как ощущается ток человеком

Человеческий организм может ощущать воздействие на него электрического тока по-разному. Все зависит от его силы. Бывают:

• 1-10 мА. Данный ток не ощущается человеком. Он самостоятельно сможет отпустить токоведущий предмет без угрозы для здоровья и жизни;
• 15-50 мА. Ток такой силы будет раздражительно воздействовать на мышцы и вызывать болезненные ощущения. Самостоятельно отпустить проводник будет проблематично.
• 50-100 мА. Такая сила тока затрагивает сердечную мышцу, соответственно несет опасность для жизни. Обводиться самостоятельно от электричества невозможно;
• 100-200 мА. Воздействие такого тока крайне опасно. Он наносит не только критический вред здоровью, но и вероятно приведет к летальному исходу.

Заключение

В результате можно сделать вывод, что ток не опаснее напряжения, а напряжение не опаснее тока. Обе составляющие взаимосвязаны и воздействуют на организм комплексно. Поэтому отдельная величина, независимо от ее интенсивности, оказывать влияние на человеческий организм никак не может.