Мета роботи. Метою роботи є експериментальне визначення основних параметрів електричного опору тіла людини шляхом дослідження впливу частоти та сили струму

ДОСЛІДЖЕННЯ ОПОРУ ТІЛА ЛЮДИНИ ЕЛЕКТРИЧНОМУ СТРУМУ

Мета роботи

Метою роботи є експериментальне визначення основних параметрів електричного опору тіла людини шляхом дослідження впливу частоти та сили струму, що проходить крізь тіло людини, а також площини електродів на величину опору.

4.2 Методичні вказівки щодо організації самостійної роботи студентів

Для підготовки до лабораторної роботи необхідно вивчити такі питання:

- фізична модель опору тіла людини електричному струму;

- складові опору тіла людини;

- залежність опору тіла людини від параметрів електричного ланцюга (сили струму, напруги, площі електродів, роду струму, частоти змінного струму), стану шкіри та місця дотику електродів, фізіологічних чинників та парамет­рів навколишнього середовища;

- еквівалентну схему опору шкіряного покрову та визначення параметрів цієї схеми;

- оцінка ризику ураження людини електричним струмом.

Необхідно чітко уявляти, що повсюдне використання електро­енергії зумовлює той факт, що небезпека ураження електричним струмом людини - найбільш розповсюджена небезпека. У разі експлуатації електро­обладнання можливий дотик людини до металевих частин, що знаходяться під напругою. У цьому випадку струм I_h, що проходить крізь тіло людини, може бути визначений як

Ih= ,

(4.1)

де U - напруга, що додана до тіла людини;

Z - комплексний опір тіла людини.

Електричний струм має біологічну, термічну, електролітичну чинність та під час проходження крізь тіло людини може бути причиною електротравми та електроудару.

Характерні значення електричного струму наведені в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Характерні значення струму

Тіло людини є провідником електричного струму. Різні тканини тіла мають різний об'ємний опір, наприклад, шкіра - 300...2000 кОм*см, м'язева тканина -150...300 Ом*см, кістка - 100...2000 кОм*см, жирова тканина - 3...6 кОм*см, кров - 100...200 Ом*см, спиномозгова рідина -50...60м*см. Можна зробити висновок, що повний опір тіла людини ви­значається опором шкіри, що мас великий опір, та внутрішніх тканин (м'язеві та жирові тканини, кровеносні канали та ін.), опір яких малий.

Шкіра людини складається із зовнішнього шару - епідерміса, що у свою чергу складається з рогового шару (представляє шар ороговелих клі­ток, опір у сухому та незабрудненому стані 10..100 мОм*см, можна роз­глядати як діелектрик) та росткового шару (складається із живих кліток, опір невеликий), та внутрішнього шару - дерми, що є власне шкірою (жива тканина, тут знаходяться кровеносні судини, нерви, корені волосся, потові та сальні залози, виводні протоки яких пронизують епідерміс, опір дерми малий).

З урахуванням сказаного, комплексний опір тіла людини, що доторкнувся до електродів (струмоведучого провідника, металевих частин електрооблад­нання та ін.), можна уявити еквівалентною електричною схемою, наведеної на рис. 4.1, де R_К - активний опір шкіри, С_К - ємність, що утворена електрода­ми, зовнішнім та внутрішнім шарами шкіри, R_В - опір внутрішніх тканин тіла людини.

Комплексний опір тіла людини можна визначити за формулою

де Z_K – комплексний опір шкіряного покрову.

З (4.2) одержуємо, що опір шкіряного покрову Z_K дорівнює

(4.3)

Рис. 4.1- Еквівалентна схема опору тіла людиниелектричному струму

У свою чергу з еквівалентної схеми (рис.4.1) випливає, що

; ,

(4.4)

де Х_K — ємнісний опір шкіри;

f, ω - відповідно частота та кругова частота струму, що проходить крізь тіло людини.

Рекомендується провести аналіз зміни опору тіла людини у залежності від частоти, сили та шляху проходження крізь тіло людини електричного струму, часу проходження струму крізь тіло людини, доданої напруги, тем­ператури та вологості, забруднення шкіри.

З (4.4) випливає, що для вимірювання внутрішнього опору R_B можна використати струм високої частоти — із зростанням частоти струму ємніс­ний опір шкіри зменшується. У разі високих частот внутрішній опір може бути прирівняний повному опору

RВ=Z, у разі f 20 кГц.

(4.5)

У разі зменшення частоти (f → 0) ємнісний опір зростає та виявля­ється значно більшим від активного опору шкіри R_K. Опір шкіри тіла люди­ни можна обчислити за формулою

,

(4.6)

де Z (0) — комплексний опір тіла людини постійному струму.

Для визначення величини Z (0)використовується метод екстраполяції.

Прийнявши С_К - ємність конденсатора у "мкФ", f - частоту струму в "кГц", R_k - активний опір шкіри в "кОм", можна визначити величину повно­го опору шкіри змінному струму в "кОм"

.

(4.7)

За формулою (4.7) можна отримати вираз для розрахунку ємності зовнішнього шару шкіри

.

(4.8)

Для самостійної роботи у процесі підготовки до лабораторної роботи рекомендується література [2, 3, 6, 7].