Тепловое действие тока
Благодаря такому действию тока мы можем освещать помещения с помощью ламп накаливания. А, так же, используем различные нагревательные электроприборы – конвекторы, электроплиты, утюги (рис. 1).
Рис. 1. Эти электроприборы преобразуют электрическую энергию в тепловую
Используя метровый кусок никелиновой проволоки (рис. 2), можно продемонстрировать нагревание проводника при протекании по нему электрического тока. Для заметного провисания нагретой проволоки из-за теплового увеличения длины и наблюдения красноватого ее свечения будет достаточно тока в 2 — 3 Ампера.
Рис. 2. Проводник нагревается под действием тока
Кусок провода нагревается, когда по нему протекает электрический ток. Чем больше ток в проводнике, тем больше он нагреется. Длина нагретого проводника увеличивается.
Подробнее о выделившемся количестве теплоты можно прочитать в статье о законе Джоуля-Ленца (ссылка).
Примечание: Нихром, никелин, константан – сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением (ссылка). Проволоки, изготовленные из таких сплавов, используются в различных нагревательных электроприборах.
Как необходимо действовать, оказывая помощь при электротравмах
Первая помощь при поражении электрическим током заключается в определенной последовательности действий:
- освободить человека от контакта с электроисточником. Для этого необходимо отключить установку от сети питания. Если в силу определенных причин выполнить это не представляется возможным, для аварийного отключения следует использовать специальные средства. Например, набросить провод на линию электропередач или перерубить кабель при помощи топора. В процессе оказания помощи нельзя забывать про собственную безопасность — нельзя касаться открытых участков кожи человека, контактирующего с электроисточником. Когда происшествие случилось при работе с оборудованием до 1000 В, можно использовать диэлектрические подручные средства, например, кусок сухого дерева. Также допускается оттягивать человека за края одежды (если она не мокрая). На установках с напряжением, превышающим 1000 В, для оказания помощи используются спецсредства защиты
Освобождение от воздействия электротока на установках более 1000В «A» и до 1000В «B» - определить, в каком состоянии находится пострадавший;
- произвести оценку нанесенных повреждений;
- произвести действия, необходимые для спасения жизни пострадавшего;
- вызвать медицинскую помощь и поддерживать жизненные функции пострадавшего до ее прибытия.
Химическое действие тока
Электрический ток, проходя через растворы некоторых кислот, щелочей или солей, вызывает выделение из них вещества. Это вещество осаждается на электродах – пластинках, опущенных в раствор и подключенных к источнику тока.
Такое действие тока используют в гальванопластике – покрытии металлом некоторых поверхностей. Применяют никелирование, омеднение, хромирование, а, так же, серебрение и золочение поверхностей.
С помощью раствора медного купороса можно продемонстрировать выделение вещества под действием тока. Водный раствор этой соли имеет голубоватый оттенок. Пропуская электрический ток (ссылка) через раствор, можно обнаружить выделение меди на одном из электродов (рис. 3).
Рис. 3. Из раствора медного купороса при протекании тока выделяется медь, осаждаясь на одном из электродов
На каком электроде будет выделяться медь
Медь в растворе купороса присутствует в виде положительных ионов. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому, ионы меди будут притягиваться к пластинке, имеющей заряд со знаком «минус». То есть, пластинке, подключенной к отрицательному выводу источника тока. Такую пластинку называют отрицательным электродом, или катодом.
Вторую пластинку, подключенную к положительному выводу батареи, называют анодом.
Примечание: Медный купорос можно найти в хозяйственном магазине. Его химическая формула \(\large CuSO_{4}\). Он используется в сельском хозяйстве для опрыскивания листвы плодовых деревьев, кустарников и овощных культур – к примеру, томатов, картофеля. Входит в составы различных растворов, применяемых в борьбе с болезнями растений и насекомыми-вредителями.
Применение химического действия тока в медицине
Химическое действие тока применяют не только в гальванопластике.
Пропускание электрического тока через растворы вызывает в них движение заряженных частиц вещества – положительных и отрицательных ионов. Человеческое тело содержит жидкости, в которых растворены некоторые вещества. А значит, в таких жидкостях присутствуют ионы.
Прикладывая специальные электроды, смоченные растворами лекарств на отдельные участки тела, и пропуская через них маленькие токи, можно вводить в организм некоторые лекарственные препараты (рис. 4).
Рис. 4. На химическом действии тока основан электрофорез
Такое введение лекарств называют электрофорезом и используется в физиопроцедурных кабинетах поликлиник и санаториев.
Влияние частоты
Из приведенной выше формулы полного сопротивления тела человека следует, что с увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается, что ведет к увеличению тока и повышению опасности поражения. Однако практика показывает, что этот вывод справедлив лишь в пределах определенных частот. Долгое время считалось, что в области низких частот наибольшей опасностью обладает 50-периодный ток. При дальнейшем повышении частоты в пределах 50 — 400 Гц ток сохраняет примерно одинаковые значения. Дальнейшее повышение частоты снижает опасность поражения. Но вредно или не вредно это для организма человека, утвердительного ответа пока не существует.
Отмечается сравнительная опасность для человека выпрямленного тока. Наличие в нем частотных составляющих утяжеляет исход электротравмы. Пока это малоизученный раздел электробезопасности.
Магнитное действие тока
Медь сама по себе не притягивается к магниту. В этом можно убедиться с помощью небольшого магнита и кусочка медного провода (рис. 5а).
На рисунке 5 кусок медного провода подвешен к двум штативам с помощью тонких нитей, не проводящих электрический ток.
Однако, во время протекания электрического тока, медный проводник начинает взаимодействовать с магнитом — притягиваться, или отталкиваться от него (рис. 5б).
Рис. 5. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле, благодаря этому проводник взаимодействует с магнитом
С магнитом взаимодействует не сам медный проводник, а ток, протекающий по этому проводнику.
Почему проводок с током взаимодействует с магнитом
Электрический ток — это большое количество электронов, бегущих по проводку от одного его края к другому краю. Электроны обладают зарядом.
Вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Благодаря этому проводок с током превращается в маленький магнитик. И начинает взаимодействовать с магнитом, притягиваясь к нему, или отталкиваясь от него.
При этом, проводок, как более легкий предмет, будет двигаться. А магнит продолжит оставаться на месте. Из-за того, что его масса значительно больше массы кусочка провода.
Направление движения проводка зависит от полярности его подключения к батарейке и, от того, как располагаются полюса магнита.
На магнитном действии тока основано действие электромагнита.
Самодельный электромагнит
Его легко изготовить из куска гибкой изолированной медной проволоки и железного гвоздя.
Гвоздь нужно обернуть кусочком бумаги – гильзой (рис. 6). Затем на гильзу нужно намотать 200 – 300 витков тонкого медного провода в изоляции. К выводам полученной катушки нужно подключить батарейку от карманного электрического фонаря.
Рис. 6. Из подручных материалов можно изготовить самодельный электромагнит
Во время протекания тока, к гвоздю притягиваются различные мелкие железные предметы – скрепки, кнопки, гвоздики, железные стружки, опилки и т. п.
Отсоединив батарейку, увидим, что как только ток прекращается, гвоздь перестает притягивать к себе железные предметы.
Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током
Есть несколько доминирующих причин, от которых зависит характер повреждений при электротавме:
- силы протекающего, постоянного или переменного электротока (повреждения от последнего более фатальны);
- продолжительность действия электротока (чем оно дольше, тем большая вероятность получить тяжелое поражение). На рисунке показана зависимость повреждений от времени воздействия;
Влияние фактора времени на характер повреждений - каким путем будет протекать электроток;
Опасные пути протекания электричества - физическое, а также психологическое состояние (влияет на сопротивление человеческого тела).
Рамка с током и подковообразный магнит
Провод, обладающий достаточной жесткостью, можно изогнуть в виде плоской фигуры – прямоугольника, квадрата, окружности. Эластичные же провода навивают на жесткий каркас, изготовленный из подходящего материала – фанеры, картона, пластмассы и т. д. Такой изогнутый провод образует рамку. Проволочную рамку часто называют контуром.
Проволочная рамка, по которой течет электрический ток, может ориентироваться в магнитном поле.
Чтобы убедиться в этом, проведем такой эксперимент. Используем для него подковообразный магнит и проводник, изогнутый в виде прямоугольной рамки. Подвесим рамку к лапке штатива с помощью нити. Размеры рамки нужно выбрать так, чтобы она поместилась между полюсами магнита.
Сначала используем только подвешенную рамку (рис. 7а), без магнита. Подключим к рамке источник тока. Можно убедиться, что после подключения тока рамка продолжает висеть неподвижно. Отключим источник тока.
Рис. 7. Проволочная рамка с током, помещенная в магнитное поле, поворачивается
Теперь поместим магнит так, чтобы рамка находилась между его полюсами (рис. 7б) и, пропустим по цепи электрический ток. Легко заметить, что во время протекания тока рамка поворачивается и ориентируется по магнитному полю. А когда цепь размыкается, рамка возвращается в первоначальное положение.
Примечание: Если изменить полярность подключения источника к рамке, то она будет поворачиваться в противоположную сторону.
Замечательное свойство рамки с током поворачиваться в магнитном поле, используют в различных измерительных приборах. Один из таких приборов – гальванометр.
Виды воздействия
Электроток силой от 0,5 до 1,5 мА считается минимальным для восприятия человеком, когда происходит превышение этого порогового значения, начинает появляться ощущение дискомфорта, которое выражается в непроизвольном сокращении мышечной ткани.
При 15 мА и более полностью теряется контроль над мышечной системой. В этом состоянии без посторонней помощи оторваться от электрического источника не представляется возможным, поэтому данную пороговую величину силы электротока называют неотпускаемой.
При силе электротока, переходящей рубеж 25 мА, происходит паралич мышц, отвечающих за работу дыхательной системы, что грозит удушьем. Если этот порог существенно превышается, наступает фибрилляция (сбой сердечного ритма).
Видео: действие электрического тока на организм человека
Ниже приведена таблица, где указана допустимая величина напряжения, тока и времени их воздействия.
Допустимая величина напряжения, тока и времени их воздействия
Электротравмы могут произвести следующие виды воздействий:
- тепловое, появляются ожоги различной степени, которые могут нарушить работу как кровеносных сосудов, так и внутренних органов. Обратим внимание, что термическое проявление действия электротока наблюдается при большинстве электротравм;
- воздействие электролитического характера становится причиной изменения физического и химического состава тканей, вследствие расщепления крови и прочих жидкостей организма;
- физиологическое, приводит к судорожным сокращениям мышечных тканей. Заметим, что биологическое действие электротока также нарушает работу и других важных органов, например, сердца и легких.
Устройство гальванометра
Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).
На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.
Гальванометр содержит:
- подковообразный магнит и
- находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).
Рис. 8. Как утроен гальванометр
Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.
К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.
Угол поворота отмечают по делениям шкалы.
Рис. 9. Как выглядит прибор для измерения малых токов
Кто такой Луиджи Гальвани
Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.
Обнаружил, что в местах контакта различных видов металлов возникает электрическое напряжение.
Проводил опыты с использованием железного ключа и серебряной монеты.
Изучал сокращения мышц под воздействием электричества и пришел к выводу, что мышцы управляются электрическими импульсами, поступающими по нервным волокнам из мозга.
В итальянском городе Болонья неподалеку от здания Болонского университета находится памятник Гальвани. Он находится на площади Piazza Luigi Galvani, носящей имя ученого.
В его честь, так же, назвали один из кратеров на обратной стороне Луны.
А Болонский лицей назван именем Гальвани еще с 1860-го года.
О приборах магнитоэлектрической системы
Такие приборы, содержащие проводящую рамку и небольшой магнит, называют приборами магнитоэлектрической системы. Они получили широкое распространение из-за своего сравнительно простого устройства.
Шкалы приборов можно градуировать в различных единицах измерения, в зависимости от измеряемых физических величин. На основе таких приборов изготавливают вольтметры, амперметры, омметры и т. п.
Виды электротравм
Воздействие электротока вызывает следующие характерные повреждения:
- электроожоги, могут возникнуть вследствие прохождения электротока или быть вызваны электрической дугой. Заметим, что такие электротравмы встречаются чаще всего (около 60%);
- появление на коже овальных пятен серого или желтого цвета в местах прохождения электротока. Омертвевший слой кожного покрова огрубевает, через какое-то время такое образование, называемое электрическим знаком, самостоятельно сходит;
- проникновение мелких частиц металла (оплавившегося от КЗ или электродуги) в кожный покров. Такой вид травмы называют металлизацией кожи. Для пораженных участков характерен темно-металлический оттенок, прикосновение к нему вызывает болезненные ощущения;
- световое действие, становится причиной электроофтальмии (воспалительного процесса глазной оболочки) из-за ультрафиолетового излучения, характерного для элетродуги. Для защиты достаточно использовать специальные очки или маску;
- механическое воздействие (электрический удар) происходит вследствие непроизвольного сокращения мышечной ткани, в результате этого может случиться разрыв кожного покрова или других органов.
Заметим, что из всех описанных выше электротравм наибольшую опасность представляют последствия электрического удара, их разделяют по степени воздействия:
- вызывают сокращения мышечной ткани, при этом пострадавший не теряет сознания;
- судорожные сокращения мышечных тканей, сопровождается потерей сознания, кровеносная и дыхательная системы продолжают функционировать;
- происходит паралич дыхательной системы и нарушение сердечного ритма;
- наступление клинической смерти (дыхание отсутствует, сердце останавливается).
Ответы
Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Электромагнитные колебания и волны →
← Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца
Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током
2.8 (55.41%) 109 votes
