Воздействие человека на электрический ток: Упс. Вы не туда попали!

Содержание

Действие электрического тока на организм человека

Поражение человеческого организма электрическим током может быть разнообразным. Разряд, проходящий через ткани оказывает на него тепловое, электролитическое, биологическое и динамическое действие.

После теплового действия на поверхность кожи появятся ожоги различной степени тяжести. Электрический ток воздействует на внутренние органы потерпевшего, вызывая серьёзные изменения в их работе.

В результате электролитического поражения происходит разложение органических жидкостей организма, в том числе крови и лимфы. В результате поражения электрическим током состав этих жидкостей существенно изменяется.

В результате динамического (механического) воздействия заряда на человеческое тело происходит расслоение, разрыв или иные повреждения мышц и внутренних органов пострадавшего. В результате проникновения тока осуществляется мгновенное образование пара, вызванного нагреванием биологических жидкостей в пострадавшего. Всё это ведёт к появлению необратимых изменений в тканях.

После биологической травмы электротока на человеческие органы возбуждаются его ткани. После травмы происходят нарушения биологических процессов, нормально протекающих в обычном организме.

Каким бывает поражение

Как видите, воздействие может быть разнообразным. Различают несколько разновидностей электротравм:

местные — вызывающие точечное повреждение;

общие — в том случае поражается все органы. При этом происходит нарушение жизнедеятельности всего организма.

Под определением электротравмы понимают ранение, вызванное действием электродуги или тока.

Под местной электротравмой понимают видимое действие разряда. При этом, можно увидеть ярко выраженные нарушения целости человеческих тканей. Вызывается такая травма проникновением заряда или дуги. От степени воздействия на мягкие ткани электротоком зависит способ лечения такой травмы. Учитывается их характер и место воздействия разряда. Учитывается реакция организма на произошедшее. Местные травмы легче поддаются излечению. После получения такого повреждения пострадавший полностью или частично сохраняет способность обслуживать себя.

Чаще всего, поражения, вызванные воздействием электроразряда, характеризуются как: ожоги, металлизация, пятна тёмного цвета. Ярко выделяющиеся на коже, внешние повреждения или электроофтальмия.

Чаще всего разделяют дуговые контактные ожоги.

Тёмно-серые пятна на коже ещё называют «электрическими метками». Различают ещё и пятна бледно-жёлтого оттенка. Такие метки появляются у человека, перенёсшего удар электротоком.

Под металлизацией кожного покрова понимается попадание внутрь неё оплавившихся частиц железа. Появляется эта травма после воздействия электродуги.

Под механическим ранением подразумевается резкое и неожиданное сокращение мышц. Проявляется оно после воздействия на человека электрического разряда. После таких непроизвольных сокращений мышечной ткани могут возникнуть разрывы кровеносных сосудов, вывихи конечностей и прочие повреждения пострадавшего. Под определение электротравмы не попадают ранения, полученные после падения с большой высоты или ушибов, полученных в результате столкновения с различными конструкциями.

Под электроофтальмией подразумевается воспалительный процесс глазной оболочки — конъюнктивы и роговицы. Вызывается это повреждение мощным действием лучей ультрафиолета, поглощаемых раненым в момент получения травмы. Облучается организм человека под воздействием электрической дуги. Происходит непроизвольное сжатие мышц человеческого тела. В результате пострадавшего мучают судороги.

Результат поражения человека разрядом может быть самым непредсказуемым. Всё зависит от времени его прохождения человеческого тела или индивидуальных особенностей организма. Влияет на это и сила тока, проходящего через человеческое тело. Даже если повреждения не привели к смерти, то организм человека может получить серьёзные поражения, выражающиеся в дальнейшем нарушении его функций. Последствия могут проявиться не сразу. Иногда проявляются заболевания спустя определённый период. После поражения током у человека проявляются заболевания сердечно-сосудистой системы или поражение нервной системы.

Все несчастные случаи поможет предотвратить обучение по электробезопасности. Пройдя обучающий курс, человек будет иметь элементарные знания о безопасном обращении с электроприборами и не допустит смертельной ошибки.

Электрический ток

Еще в 18 веке было доказано, что электрический ток способен оказывать сильное негативное влияние на человеческий организм. Но только спустя около века были сделаны первые описания электротравм, получаемых от воздействия постоянного тока (1863 г.) и переменного (1882 г.).

Что такое электротравма и электротравматизм?

Электротравма – повреждение человеческого организма электрическим током (электрической дугой).

Явление электротравматизма объясняется последовательностью следующих особенностей: в организме человека, случайно оказавшегося под воздействием напряжения, возникает защитная реакция. Иными словами, противостояние электрическому току начинает происходить в момент его непосредственного протекания через наше тело. В таких ситуациях происходит непросто сильное воздействие токов на организм человека, но и нарушение кровообращения, дыхания, сердечно-сосудистой и нервной системы и т. п.

Электротравму предугадать нелегко, поскольку ее получение происходит не только при непосредственном контакте с токоведущими элементами, но и при взаимодействии с электрической дугой и шаговым напряжением.

Электротравматизм хоть и случается реже других видов производственных травм, но при этом находится на первых местах среди тех повреждений, которые оцениваются тяжелыми и приводящими к летальному исходу. Наибольший процент травм, вызванных влиянием электрического тока, происходит в процессе работы на электрических установках высокого напряжения (до 1000 В). Главной причиной электротравм служит частое использование именно таких типов электрических установок, а также недостаточная квалификация работников. Безусловно, существуют агрегаты с более высоким показателем напряжения (свыше 1000 В), но, как ни странно, в их эксплуатации поражения током редки. Такая закономерность объясняется высоким профессионализмом и компетентностью обслуживающего высоковольтные установки персонала.

Самыми распространенными причинами поражения током являются:

прямой телесный контакт с неизолированными токоведущими частями;

прикосновение к деталям электрического оборудования, изготовленным из металла;

прикосновение к неметаллическим элементам, находящимся под сильным напряжением;

взаимодействие с током шагового напряжения или с электрической дугой.

Классификация поражений электрическим током

Воздействие электрического тока при протекании через человеческий организм бывает термическим, электролитическим и биологическим.

Термическое воздействие – сильный нагрев тканей, что нередко сопровождается ожогами.

Электролитическое воздействие – разложение органических жидкостей, к которым относится и кровь.

Биологическое воздействие – нарушение биоэлектрических процессов, раздражение и возбуждение живых тканей, частое и беспорядочное сокращение мышц.

Поражения электротоком делятся на два основных вида:

Электротравмы – локальные поражения тканей или органов (ожоги, знаки, электрометаллизация).

Электрический ожог – итог сильного нагрева током (свыше одного ампера) тканей человека. Ожог, поражающий только кожный покров, называется поверхностным; повреждающий глубокие ткани тела является внутренним. Также электрические ожоги делятся по принципу возникновения: контактные, дуговые, смешанные.

Электрический знак внешне выглядит как серое или бледно-желтое пятно, напоминающее мозоль. Возникает данная травма в области контакта с токоведущим элементом. В основном, знаки не сопровождаются сильной болью и по прошествии небольшого количества времени сходят.

Электрометаллизация – явление, при котором кожа человека пропитывается металлическими микрочастицами. Это происходит в момент, когда металл под влиянием тока испаряется и разбрызгивается. Пораженная кожа приобретает цвет, соответствующий проникшим соединениям металла, и становится шероховатой. Процесс электрометаллизации не опасен, а эффект после него по истечении некоторого времени пропадает аналогично электрическим знакам. Куда более серьезные последствия имеет металлизация органов зрения.

Помимо ожогов, знаков и электрометаллизации в число электротравм также входит электроофтальмия и различные механические повреждения. Последние являются итогом непроизвольных сокращений мышц в момент протекания тока. К ним относятся сильные разрывы кожного покрова, кровеносных сосудов, нервов, а также вывихи и переломы. Электроофтальмия – явление, представляющее собой сильное воспаление глазных яблок после воздействия УФ-лучей электрической дуги.

Электрический удар выражается в форме сильного возбуждения живых тканей после воздействия на них электрического тока. Как правило, данное явление сопровождается беспорядочным судорожным сокращением мышц. Исход электроударов бывает разным, на основе чего они и делятся на пять видов:

без потери сознания;

с потерей сознания, сопровождающееся нарушением функционирования сердца и дыхания;

с потерей сознания, но без сбоев в работе сердечно-сосудистой системы и без нарушения дыхания;

клиническая смерть;

электрический шок.

Два последних вида стоит рассмотреть более подробно.

Клиническая смерть иначе называется также «мнимой» смертью, характеризующаяся длительностью в 6-8 минут. Данное явление считается переходным состоянием от жизни к смерти, которое сопровождается прекращением работы сердца и приостановлением дыхания. По прошествии вышеуказанного периода времени начинается необратимый процесс гибели клеток коры головного мозга, что заканчивается биологической смертью.

Распознать мнимую смерть можно по следующим признакам:

фибрилляция сердца (т.е. разрозненное сокращение его мышечных волокон, сопровождающееся нарушением синхронной деятельности и насосной функции) или его полная остановка;

отсутствие пульса и дыхания;

синеватый цвет кожи;

расширенные зрачки без реагирования на свет, как следствие недостатка кислорода в коре головного мозга.

Электрический шок представляет собой тяжелую нервнорефлекторную реакцию человеческого организма на воздействие тока. Данное явление сопровождается сильными расстройствами дыхания, функционирования кровеносной и нервной системы и др.

Организм моментально реагирует на влияние электрического тока, вступая в фазу сильного возбуждения. В этот период происходит полная реакция на причинение боли, сопровождающаяся повышением артериального давления и другими процессами. Фаза возбуждения сменяется фазой торможения, которой свойственно истощение нервной системы, слабое дыхание, попеременное падение и учащение пульса, снижение артериального давления. Все перечисленные признаки приводят организм в состояние глубокой депрессии. Электрический шок может длиться как несколько десятков минут, так и несколько суток. Итог может быть полярно разным: либо полное выздоровление, либо необратимая биологическая смерть.

Предельные значения действия тока на человека

От показателя силы тока напрямую зависит его влияние на организм человека:

0,6-1,5 мА при переменном токе (50Гц) и 5-7 мА при постоянном токе – ощутимый ток;

10-15 мА при переменном токе (50Гц) и 50-80 мА при постоянном токе – не отпускающий ток, который в момент прохождения через организм провоцирует сильные судорожные сокращения мышц той руки, которая сжимает проводник;

100 мА при переменном (50Гц) и 300 мА при постоянном токе – фибрилляционный ток, который приводит к фибрилляции сердца.

Влияние различных факторов на степень воздействия тока

Итог влияния электрического тока на организм человека также напрямую зависит от следующих факторов:

длительность протекания тока. То есть, чем дольше человек находился под воздействием, тем выше опасность и серьезней нанесенные травмы;

специфические особенности каждого организма в данный момент: масса тела, физическое развитие, состояние нервной системы, наличие каких-либо заболеваний, алкогольное или наркотическое опьянение и др.;

«фактор внимания», т.е. подготовленность к возможности получения электрического удара;

путь тока сквозь человеческое тело. Например, более серьезную опасность несет прохождение тока через сердце, легкие, мозг. В случае, если ток обошел жизненно важные органы, риск серьезных поражений резко снижается. На сегодняшний день зафиксирован самый популярный путь прохождения тока, который называется «петлей тока» — правая рука-ноги. Петли, отнимаемые работоспособность человека более чем на трое суток, представляют собой пути рука-рука (40%), правая рука-ноги (20%), левая рука-ноги (17%).

Знание влияния электрического тока на человеческий организм крайне необходимо. Это поможет Вам в чрезвычайных ситуациях оказать правильную медицинскую помощь пострадавшему.

Торговая сеть «Планета Электрика» обладает широким ассортиментом различных средств защиты при различных работах, с которым более подробно можно ознакомиться в нашем каталоге.

Действие электрического тока на организм человека

Электротравматизм по сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент, но по числу случаев со смертельным исходом занимает одно из первых мест. Из каждых 100 расследованных случаев, связанных с электрическим током, 90 заканчиваются летальным исходом. Вот почему обслуживание-электрических установок относят к работам, выполняемым в условиях повышенной опасности. Опасность поражения электрическим током усугубляется еще и тем, что пострадавший не может сам оказать себе помощь.

Действие электрического тока на человека носит сложный и разнообразный характер. При замыкании электрической цепи через организм человека ток оказывает термическое, электролитическое, биологическое и механическое воздействие.

Термическое действие тока проявляется в виде ожогов как наружных участков тела, так и внутренних органов, в том числе кровеносных сосудов и нервных тканей. Электроожоги излечиваются значительно труднее и медленнее обычных термических, сопровождаются внезапно возникающими кровотечениями, омертвением отдельных участков тела.

Тело человека является проводником электрического тока. Однако разные ткани тела оказывают току неодинаковое сопротивление. Большое сопротивление оказывают кожа, особенно ее верхний слой, называемый эпидермисом, кости и жировая ткань. Малое сопротивление оказывают внутренние органы, головной и спинной мозг, кровь, оголенные мышцы. Сопротивление R_lt зависит от пола и возраста людей. У женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей — меньше, чем у взрослых, у молодых людей — меньше, чем у пожилых. Объясняется это толщиной и степенью огрубения верхнего слоя кожи.

Сопротивление тела человека воздействию электрического тока -величина переменная и зависит от многих факторов, в том числе от параметров электрической цепи, физиологического состояния человека, условий окружающей среды и т. п. Во всех расчетах по обеспечению электробезопасности принимают 1000 Ом, т. е. такое сопротивление, когда человек находится в наихудших для себя условиях (нервно-психическое или болезненное состояние, повышенная влажность окружающей среды, наличие большого числа металлических конструкций и т. п.).

Основным поражающим фактором является сила электрического тока, проходящего через тело человека.

Человек начинает ощущать воздействие переменного тока величиной 0,5 . .. 1,5 мА (1 А = 10³ мА). Это порог ощутимого тока, который не представляет серьезной опасности, так как человек самостоятельно может нарушить контакт с токоведущей частью электроустановки.

Величину тока 10 … 15 мА называют порогом неотпускающего тока. Эта величина тока при промышленной частоте 50 Гц вызывает непроизвольное сокращение мышц кисти руки и предплечья, сопровождающееся резкой болью. При воздействии этого тока на организм человек не может разжать руку, отбросить от себя провод, т. е. он не в состоянии самостоятельно нарушить контакт с токоведущей частью и оказывается как бы прикованным к ней.

Ток 40 мА поражает органы дыхания и сердечно-сосудистую систему, вызывает фибрилляцию сердца. Фибрилляция — это такое состояние сердца, когда оно перестает сокращаться как единое целое в определенной последовательности. При этом происходят отдельные подергивания волокон сердечной мышцы, насосная функция сердца прекращается. Отсутствие кровообращения вызывает в организме недостаток кислорода, что в свою очередь приводит к прекращению дыхания. Такое состояние человека называют клинической смертью -переходным периодом от жизни к смерти. Однако в этот период почти во всех тканях организма еще продолжаются слабые обменные процессы, достаточные для поддержания минимальной жизнедеятельности. При клинической смерти первыми начинают погибать чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга, с деятельностью которых связаны сознание и мышление. В связи с этим длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток головного мозга. В большинстве случаев это время составляет 4 … 5 мин, но не более 7 мин. Человека, находящегося в состоянии клинической смерти, вернуть к жизни можно, оказав ему оперативную помощь. При доступе свежего воздуха необходимо сделать искусственное дыхание или использовать дефибриллятор — аппарат для прекращения фибрилляции.

Ток 100 мА (0,1 А) считается смертельным, так как происходят немедленная остановка сердца и паралич дыхания.

Тело человека имеет участки, особенно уязвимые к воздействию электрического тока, так называемые акупунктурные точки. Их электрическое сопротивление всегда меньше других зон тела. Наиболее уязвимыми являются тыльная часть кисти, рука на участке выше кисти, шея, висок, спина, передняя часть ноги, плечо.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода. Такая зависимость объясняется тем, что с увеличением времени действия тока резко снижается сопротивление организма , а величина тока, прошедшего через тело, возрастает при постоянном напряжении электрической сети

Электролитическое действие тока вызывает электролиз крови и лимфатической жидкости, в результате чего нарушается их химический состав и ткани организма в целом.

Биологическое воздействие выражается в раздражении живых тканей организма. Электрический ток нарушает действие биотоков, управляющих внутренним движением ткани, вызывает непроизвольное, противоестественное судорожное сокращение мышц сердца и легких.

Механическое действие тока, на организм является причиной электрических травм. Характерными видами электротравм являются ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, электроофтальмия, разрывы тканей, вывихи суставов и переломы костей.

Ожоги бывают двух видов — токовый, или контактный, и дуговой. Токовый ожог возникает в результате контакта человека с токоведущей частью и является следствием преобразования электрической энергии в тепловую.

Дуговой ожог обусловлен воздействием на тело электрической дуги, обладающей высокой температурой и большой энергией. Дуговой ожог возникает в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий, отключений разъединителей и рубильников под напряжением. В этом случае дуга может переброситься на человека и через него пройдет ток большой величины — до нескольких десятков ампер.

Электрические знаки представляют собой четко очерченные пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшегося действию тока. В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и их лечение заканчивается благополучно.

Металлизация кожи — проникновение в ее верхние слои мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. С течением времени больная кожа сходит, пораженный участок приобретает нормальный вид и болезненные ощущения исчезают.

Электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги. При поражении глаз лечение может оказаться длительным и сложным.

Разрывы тканей, вывихи суставов и переломы костей могут произойти в результате резких, непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока или при падении вниз при выполнении работ на электроустановке, расположенной на высоте.

Исход поражения электрическим током во многом зависит от индивидуальных особенностей человека. Установлено, что здоровые и физически крепкие люди легче переносят воздействие электрического тока, чем больные и слабые. Повышенной восприимчивостью к току обладают лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции и др. Состояние возбуждения нервной системы, депрессии, утомления, опьянения способствует более тяжелому исходу электротравматизма.

Действие электрического тока не всегда проходит бесследно, возможны отдаленные последствия электротравмы. Наблюдались случаи развития диабета, заболеваний щитовидной железы, половых органов, органического изменения сердечно-сосудистой системы и вегетативно-эндокринного расстройства.

Воздействие электрического тока на организм человека. Оказание первой помощи при поражении электрическим током

Как проявляется воздействие электрического тока на организм человека?

От каких факторов зависит исход электротравмы?

Как следует помогать человеку, попавшему под напряжение?

***

Воздействие тока

Взаимосвязь между электрическими величинами определяется законом Ома (Георг Симон Ом опубликовал его в 1827 году).

I = U / R

где R — сопротивление участка цепи, и U = Ф1 — Ф2 — напряжение на рассматриваемом участке (разность потенциалов).

Соответственно чем выше разность потенциалов, тем больший ток идет через участок цепи.

Различают несколько видов воздействия тока на человека:

Термическое воздействие проявляется в виде выделения тепла при прохождении через организм человека тока или вследствие воздействия электрической дуги.

При электролитическом воздействии страдает кровь и другие органические жидкости. Электрический ток может нарушить их физико-химический состав.

Биологическое воздействие выражается в раздражении и возбуждении живых клеток организма, что приводит к непроизвольным судорожным сокращениям мышц, нарушению нервной системы, органов дыхания и кровообращения.

Факторы воздействующие на исход электротравмы:

Сила тока

От ее величины зависит общая реакция организма. Чем выше ток, тем сильнее ощущаются последствия контакта с ним. От легкого дрожания руки касающейся проводника до остановки сердца. Мы начинаем ощущать ток от 0,6 мА. Опасным для жизни считается ток от 15 мА. Ток более 100 мА смертелен.

Род тока. Частота электрического тока

Переменный ток намного опаснее для человека в силу возможного возникновения судорог и фибрилляции. Фибрилляция сердечных желудочков может наступить уже при воздействии тока с частотой 10 Гц. Принятая промышленная частота тока в 50 Гц в 5 раз выше этого уровня.

Но на больших значениях постоянный ток не менее опасен из-за электролитического воздействия.

Сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и внутренних органов. Это индивидуальный показатель, колеблющийся от 600 до 1200 Ом. Расчетная величина принимается равной 1 кОм.

Продолжительность воздействия тока

Чем дольше продолжается контакт с проводником, тем больше снижается сопротивление и, как мы помним из закона Ома, выше значение тока.

С другой стороны человек может выдержать контакт с током более 100 мА если продолжительность такого контакта была не более 0,5 секунд. По этой причине УЗО должны произвести отключение не более чем за 0,2 секунды.

Путь тока

Наиболее опасно, когда ток проходит через жизненно важные органы — сердце, легкие, головной мозг.

Освобождение пострадавшего от воздействия электрического тока

При нахождении в зоне шагового напряжения Необходимо обеспечь свою безопасность. По возможности надеть резиновые сапоги, отключить источник тока.

Покидая зону или при подходе к пострадавшему следует иди мелкими, не более 10 см, шагами. Помним про разность потенциалов. Пострадавшего следует отнести на расстояние не менее 8-10 метров.

Если пострадавший находится в контакте с токоведущими частями, освобождать его следует, используя сухие, не проводящие ток предметы. Обязательно одеть диэлектрические перчатки.

Если у пострадавшего отсутствует пульс необходимо преступить к реанимационным мероприятиям. См. Правила оказания первой помощи. Пульс проверяют только после того как пострадавший освобожден от действия тока.

В любом случае при поражении электрическим током пострадавший должен обратиться к врачу. Последствия могут проявиться спустя несколько часов, а в некоторых случаях и дней.

Действие электрического тока на организм человека

Электроэнергетическая отрасль (электрические станции, электрические сети) насыщена электроустановками, которые являются фактором повышенной опасности из?за возможности травмирующего действия на человека электрического тока со всеми вытекающими последствиями. Действие электрического тока на организм человека носит многообразный характер.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействие.

Тепловое (термическое) действие проявляется в виде ожогов участка кожи, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое (электролитическое) действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме человека растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма, в результате чего они могут погибнуть.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от:

параметров электрического тока, протекающего через тело человека (величины напряжения, частоты, рода тока приложенного к телу),
пути тока через тело человека (рука-рука, рука-нога, нога-нога, шея-ноги и др.),
продолжительности воздействия тока через тело человека,
условий внешней среды (влажности и температуры),
состояния организма человека (толщины и влажности кожного покрова, состояния здоровья и возраста).

Опасное и вредное воздействие на людей электрического тока проявляется в виде электрических ударов и электротравм.

Электрическим ударом называется такое действие электрического тока на организм человека, в результате которого мышцы тела (например, рук, ног и т.д.) начинают судорожно сокращаться.

В зависимости от величины электрического тока и времени его воздействия, человек может находиться в сознании или без сознания, но при этом обеспечивается нормальная работа сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечно-сосудистой системы человека и ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов тела человека (сердца, легких, мозга и т.д.).

Электрической травмой называется такое действие электрического тока на организм человека, при котором повреждаются ткани и внутренние органы человека (кожа, мышцы, кости и т.п.).

Особую опасность представляют электротравмы в виде ожогов в месте контакта тела человека с токоведущими частями электроустановок или ожоги электрической дугой, в том числе металлизация кожи (металлизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла при горении дуги). А также различные механические повреждения (ушибы, ранения, переломы), возникающие из-за резких непроизвольных движений человека при воздействии на него электрического тока. (Возможны вторичные последствия, вызванные падением с высоты, непроизвольными ударами).

В результате тяжелых форм электрического удара и электротравм, человек может оказаться в состоянии клинической смерти – у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть может перейти в смерть биологическую. Однако в ряде случаев при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления пострадавшего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания и, так называемый, электрический шок.

Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или, рефлекторно, из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка сердца или, так называемая, фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы (фибриллы) приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания из-за паралича мышц грудной клетки может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки или рефлекторно, вследствие паралича нервной системы.

Нервная реакция организма человека на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ называется электрическим шоком.

При длительном шоковом состоянии может наступить смерть. Если же вовремя оказать пострадавшему медицинскую помощь, то шоковое состояние может быть снято без последствий для человека.

Основным фактором, определяющим исход поражения человека электрическим током, является значение электрического тока, протекающего через тело человека. Величина тока в теле человека определяется приложенным напряжением и электрическим сопротивлением человека. Сопротивление человека зависит от ряда факторов. Необходимо иметь в виду, что различные ткани и органы человеческого организма обладают разным удельным сопротивлением. Наибольшую величину имеет сопротивление сухой кожи и костная ткань, тогда как сопротивление крови и спинномозговой жидкости невелико.

Роговой верхний слой кожи человека не имеет кровеносных сосудов и обладает очень большим удельным сопротивлением – около 10⁸ Ом×см. Внутренние слои кожи, насыщенные кровеносными сосудами, железами и нервными окончаниями имеют незначительное удельное сопротивление.

Условно можно рассматривать тело человека как часть электрической цепи, состоящей из 3-х последовательно соединенных участков: кожа — внутренние органы – кожа.

Принципиальная электрическая схема замещения человека представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1 Принципиальная электрическая схема замещения человека, где: Г_к — сопротивление кожи; С_к — ёмкость между электродом и внутренней частью тела; Г_вн — сопротивление внутренних органов

Величина емкости (с_к) в общем незначительна и поэтому ее часто принебрегают, принимая во внимание лишь величину сопротивления 2r_к +r_вн.

Сопротивление тела человека (R_h) является величиной переменной, зависящей от состояния кожи человека (толщина рогового покроя кожи, влажности) и окружающей среды (влажности и температуры).

Поверхностный кожный покров, состоящий из наслоения ороговевших клеток, имеет большое сопротивление – в сухом состоянии кожи оно может иметь значения до 500 кОм. Повреждение рогового покрова кожи (порезы, царапины, ссадины) снижают сопротивление тела человека до 500-700 Ом, что пропорционально увеличивает опасность поражения человека электрическим током. Гораздо меньшее сопротивление электрическому току оказывают мышечные, жировые, костные ткани, кровь, нервные волокна. В целом сопротивление внутренних органов человека составляет 400-600 Ом.

В электрических расчетах за расчетное значение сопротивления тела человека принимается величина 1000 Ом.

Величина тока и напряжения

Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равным r_вн), а ток возрастает. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Род и частота электрического тока

Воздействие на человека постоянного и переменного тока различно — переменный ток промышленной частоты опаснее постоянного тока того же значения. Случаев поражения в электроустановках постоянным током в несколько раз меньше, чем в аналогичных установках переменного тока при более высоких напряжениях (более 300 В) постоянный ток более опасен, чем переменный (из?за интенсивного электролиза).

С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока через человека, а следовательно, повышается опасность поражения. Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.
Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.
Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.
Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.
Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.
Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.
Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.
Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.
Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.
Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др.). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.
Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).
При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.
Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.
Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.
Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.
Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука — ноги», «рука — рука». Менее опасным считается путь тока «нога — нога».

10.2. Воздействие электрического тока на человека

1 Введение | Возможные последствия для здоровья от воздействия электрических и магнитных полей в жилых помещениях

диапазон встречающихся магнитных полей обычно довольно невелик, поля обычно описываются в единицах микротесла (1 мкТл = 0,000001 Тл) или миллигаусс (1 мГс = 0,001 Гс). Например, геомагнитное поле Земли представляет собой статическое поле около 50 мкТл (0,5 Гс), а ток в 50 ампер (А) в прямом проводе создает плотность магнитного потока (магнитное поле) 100 мкТл на расстоянии 10 мкТл. сантиметры (см).Хотя бытовой переменный ток в Соединенных Штатах имеет частоту 60 Гц, другие относительно низкочастотные электрические и магнитные поля могут индуцироваться, когда ток используется для работы с приборами, такими как электрические бритвы, фены, терминалы с видеодисплеями и т. Д. диммерные переключатели.

Электрические поля от прямого воздействия высоковольтных линий электропередач и электроприборов индуцируют ток на поверхности тела человека, подвергающегося воздействию, или непосредственно внутри него. Поскольку электрические поля нарушаются проводимостью ткани, поля внутри тела очень слабые.С другой стороны, магнитные поля проходят через тело и могут индуцировать электрические токи по всему телу. Магнитные поля могут проходить через самые распространенные строительные материалы, включая тонкие листы металла. Однако магнитные материалы, такие как железо и некоторые металлические сплавы, могут служить удобными путями для проведения магнитных полей и в некоторых случаях могут использоваться в качестве магнитных экранов. Людей довольно легко защитить от воздействия электрических полей, потому что большинство материалов обладают достаточной проводимостью, чтобы ослаблять поля.

Хотя электрические и магнитные поля сильно различаются по характеру, изменяющиеся во времени поля обычно описываются вместе как электромагнитные поля. Как отмечалось выше, изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля формально связаны и математически описываются уравнениями Максвелла. За счет связи изменяющееся во времени магнитное поле индуцирует электрическое поле и наоборот. Однако в пределах неизменных (статических) полей электрическое и магнитное поля независимы. На низких частотах, связанных с использованием электроэнергии, связь чрезвычайно слаба, и электрические поля и магнитные поля можно считать независимыми в отличном приближении.В этом отчете термин электромагнитное поле (ЭМП) используется, когда электрическое и магнитное поля существенно связаны, обычно только для высокочастотных полей.

Биологические эффекты

Известно или предполагается, что очень низкочастотные электрические и магнитные поля различными способами взаимодействуют с биологическими системами. Некоторые биологические эффекты при высокой напряженности поля, такие как стимуляция нервов и нагрев тканей, хорошо изучены и используются для установления стандартов воздействия полей на рабочем месте и на людей.Другие описанные эффекты, особенно при низкой напряженности поля, не так хорошо изучены; к ним относятся эффекты на метаболизм и рост клеток, экспрессию генов, гормоны, обучение и поведение, а также распространение опухолей. Реальность всех этих эффектов является предметом научных дискуссий и проблемой для обсуждения в этом отчете.

Воздействие и физические взаимодействия — возможные последствия для здоровья от воздействия электрических и магнитных полей в жилых помещениях

Определение терминов

Электрические и магнитные поля создаются электрическими зарядами и их движением.Статическое электрическое поле создается электрическими зарядами, величина и положение которых не меняются во времени. Статическое магнитное поле может создаваться либо постоянным магнитом, либо постоянным потоком электрического тока (движущиеся электрические заряды). Магнитное поле, создаваемое последним способом, часто называют магнитным полем постоянного тока. Магнитные поля переменного тока создаются переменными во времени электрическими токами. Электрические и магнитные поля являются векторными величинами и, таким образом, характеризуются своей величиной и направлением в каждой точке пространства и времени.Поведение электрических и магнитных полей и их взаимосвязь всесторонне описываются уравнениями Максвелла (см. Peck 1953; Kraus 1992; Iskander 1993; или другие общие тексты по электромагнитной теории). Одна из основных особенностей поведения электрического и магнитного полей состоит в том, что изменяющееся во времени электрическое поле создает магнитное поле и наоборот; поэтому часто делается ссылка на электромагнитное поле. Такое поведение поля и одновременное существование обеих компонент поля происходит на всех частотах.Однако для медленно меняющихся полей (низких частот) может преобладать либо электрическое, либо магнитное поле (то есть намного более сильное с точки зрения связанной с ним энергии). Частоты, связанные с линиями электропередач и их общими гармониками, достаточно низки, чтобы электрические и магнитные поля, создаваемые ими, можно было рассматривать отдельно (т. Е. Несвязанными). Физическая причина этого упрощения заключается в том, что электрическое поле, индуцированное магнитным полем (или наоборот), пропорционально скорости изменения во времени.Количественно можно рассматривать поля отдельно, если магнитное поле, создаваемое исходным магнитным полем за счет индукции электрического поля, составляет лишь очень небольшую часть исходного поля. Кроме того, общие источники полей низких частот обычно отделены от облученного человека, экспериментального животного или клеток расстояниями, намного меньшими, чем длина волны поля воздействия. (Электрическое и магнитное поля не связаны внутренним импедансом плоской волны, потому что такие волны не образуются.) На частотах выше нескольких килогерц необходимо более внимательно рассмотреть связь электрического и магнитного полей.

Электрическое поле описывается его напряженностью (обозначается) (полоса над символом поля указывает вектор) и его вектором смещения (), также называемым плотностью электрического потока. Эти два вектора взаимосвязаны электрическими свойствами среды:

, где & isin; — диэлектрическая проницаемость среды; на свободное место О = О ₀.Для биологических материалов диэлектрическая проницаемость — это комплексное число, состоящее из диэлектрической проницаемости и коэффициента потерь (связанных с проводимостью). Электрическое поле измеряется в вольтах на метр (В / м), а плотность электрического потока — в кулонах на квадратный метр (Кл / м ²). ³

Магнитное поле описывается его напряженностью () и плотностью магнитного потока (). Два вектора связаны магнитными свойствами среды:

, где µ — проницаемость среды; для свободного пространства µ = µ ₀.Для большинства биологических материалов (за исключением магнетита, обнаруживаемого в небольших количествах в некоторых тканях) µ = µ ₀. Наиболее часто используемым дескриптором магнитного поля является его плотность потока, представленная либо в единицах тесла (Тл), либо в единицах, одобренных на международном уровне (СИ), либо в более старых и более распространенных единицах гаусс (Гс), (1 Гс = 10 ^{— 4} T; также 1 T = 1 Вт / м ², где Wb = weber). Сила магнитного поля измеряется в амперах на метр (А / м).

Одной из характеристик переменного электрического или магнитного поля является его форма волны (т.е.е. изменение амплитуды и фазы во времени). Синусоидальные (гармонические) поля 50 или 60 Гц являются наиболее часто встречающимися переменными полями в окружающей среде, и они часто используются в биологических экспериментах. Они также могут содержать небольшие искажения, приводящие к гармоникам (кратным основной частоте, например, 120 Гц, 180 Гц и т. Д. Для основной частоты 60 Гц). Другой распространенной формой волны, используемой в лаборатории, является «прямоугольный» импульс или временная последовательность импульсов, биполярных или униполярных.Целый диапазон частот связан с импульсом или серией импульсов. Точный частотный спектр зависит от характеристик импульса, таких как его длительность, частота повторения (для нескольких импульсов), время нарастания (переднего фронта) и время спада (заднего фронта). Технически эти частоты определяются анализом Фурье. Краткое обсуждение спектров простых сигналов дается в отчете ORAU (1992). Формы сигналов, связанные с некоторыми явлениями, такими как молния, включение и выключение электрических устройств, часто называют переходными процессами, и они очень сложны и уникальны для данного события.Их частотные спектры широки и простираются до мегагерцового диапазона.

Параметром, характеризующим поле и связанным с его частотой (для гармонических полей), является длина волны. Длина волны в свободном пространстве связана с частотой в свободном пространстве как

, где c — скорость света ( c = 3 × 10 ⁸ м / сек). В среде, такой как биологические ткани, длина волны короче, чем в свободном пространстве, и равна

, где & isin; диэлектрическая проницаемость рассматриваемой ткани; Следует отметить, что разные ткани имеют разную диэлектрическую проницаемость.

Диапазон частот, в который попадают основные частоты линии электропередачи 50 или 60 Гц, называется чрезвычайно низкими частотами (ELF). Обычно считается, что ELF простирается от 3 Гц до 3 кГц.

Электрическое поле на частотах линий электропередачи, создаваемое определенными напряжениями на высоковольтных линиях передачи, может быть точно оценено аналитическими или численными методами. Точно так же для распределительных линий и любой другой известной конфигурации проводов и проводников другой формы можно оценить силу и направление электрического поля в любой точке окружающего пространства.Простые случаи, такие как пластина, одиночный прямой провод (в свободном пространстве), провод над землей, два провода (бесконечно длинные), трехфазные провода и аналогичные конфигурации, могут быть решены аналитически. Несколько примеров приведены в отчете ORAU (1992). Однако важно понимать, что электрическое поле существенно нарушается любым проводящим или диэлектрическим объектом, помещенным в него. Тонкие объекты, расположенные перпендикулярно направлению поля, вносят лишь минимальное возмущение поля.Эта особенность электрических полей имеет большое значение для правильных измерений полей. Люди и животные сильно влияют на поле (Kaune and Gillis 1981). Следовательно, поле измерения в присутствии человека значительно отличается от поля воздействия без его присутствия.

Подобно электрическому полю, магнитное поле можно точно оценить (аналитически или численно) для различных конфигураций проводников с током. Примеры простых расчетов приведены в отчете ORAU (1992).Для любой произвольной, но известной конфигурации проводников магнитное поле можно рассчитать численно. В случае двигателей и других устройств сложной геометрии, особенно содержащих магнитные материалы, теоретическая оценка поля экспонирования нецелесообразна. В отличие от электрического поля, на магнитное поле СНЧ не влияет присутствие людей и животных. Таким образом, измеренное поле представляет собой фактическое поле экспонирования.

Методы оценки воздействия

Общие проблемы

Электрические и магнитные поля с частотой 60 (или 50) Гц можно рассчитать или измерить практически в любой среде.Могут быть определены даже их более сложные характеристики (например, гармоники, временные и пространственные изменения). Точно так же можно измерить переходные процессы, хотя и только с помощью сложных приборов. Определение воздействия на человека и, в частности, определение воздействия на человека, поскольку это связано с эпидемиологическими исследованиями, намного сложнее. Среднестатистический взрослый или ребенок сталкивается с различными средами электрических и магнитных полей в течение дня, не говоря уже о месяце или году.

Первоначальный интерес к возможному влиянию полей линий электропередач на здоровье был вызван эпидемиологическим отчетом (Wertheimer and Leeper 1979), в котором предполагалось, что сила магнитных полей частотой 60 Гц, классифицированная или оцененная с помощью проводного кода, коррелирует с увеличение заболеваемости раком у детей, включая лейкоз.В последующих исследованиях использовались коды проводов или другие предполагаемые индикаторы средней среднеквадратичной (среднеквадратичной) напряженности магнитного поля частотой 60 Гц.

Различные характеристики электрических и магнитных полей, кроме их среднеквадратичной величины при 60 Гц, могут быть ответственны за их взаимодействие с биологическими системами (например, гармоники, переходные процессы, временные и пространственные изменения). Знание того, какая характеристика (если таковая имеется) полей воздействия важна для взаимодействия, позволит надежно оценить воздействие в эпидемиологических исследованиях.Отсутствие знаний о соответствующих характеристиках поля делает комплексную оценку воздействия на человека практически невозможной. Тем не менее, большинство исследований проводилось с молчаливым предположением, что магнитное поле 60 Гц (среднеквадратическое значение и накопленное с течением времени) напрямую связано с интересующей экспозицией.

Воздействие можно оценить с помощью прямых измерений или косвенного моделирования и оценки электрических и магнитных полей, присутствующих в помещениях, занятых людьми или экспериментальными животными.В большинстве случаев такие оценки производились только при 60 (или 50) Гц.

Методы измерения и приборы

Без каких-либо четких указаний о том, какой аспект поля является биологически значимым, наиболее распространенные сегодня устройства для измерения поля были разработаны для определения средней среднеквадратичной напряженности поля (плотности магнитного потока или напряженности электрического поля) за определенное время. Минимальное время усреднения обычно составляет около 1 секунды, а некоторые инструменты могут выполнять усреднение в течение нескольких часов.Более сложное оборудование способно детально измерять изменение во времени или частотный спектр поля, но анализ или выбор простой метрики из огромного количества собранной информации затруднен.

В качестве компромисса некоторые из наиболее популярных сегодня устройств для измерения поля могут записывать множество отсчетов магнитного поля в течение длительного периода; например, их можно настроить на запись выборки каждые 10 секунд в течение 24 часов. Результирующий объем данных управляем и позволяет рассчитывать ограниченный диапазон сводных показателей (таких как среднее среднеквадратичное поле, пиковое поле, медианное поле, разница между последовательными измерениями и время выше определенного порога).

Большинство устройств контроля электрических и магнитных полей используют фильтрацию для ограничения диапазона измеряемых частот. Такое устройство может измерять узкую полосу частот от 50 до 60 Гц или покрывать широкую полосу частот от 20 до 2000 Гц. Независимо от измеренного частотного диапазона, приборы сообщают одно число, отражающее сумму всех полей в этом частотном диапазоне.

Самый распространенный метод определения электрического поля — это измерение напряжения между двумя проводниками.В одном популярном инструменте два проводника являются верхней и нижней половинами корпуса устройства. Поскольку присутствие пользователя прибора может изменить электрическое поле, измерительный зонд измерительного устройства необходимо удерживать вдали от тела с помощью длинного непроводящего стержня. Чтобы снять показания, пользователь поворачивает зонд до тех пор, пока его ось не станет параллельна направлению электрического поля (максимальное показание).

Наиболее распространенный метод, используемый для определения магнитного поля, — это измерение напряжения, индуцируемого в катушке с проволокой переменным полем.Чтобы снять показания, катушку необходимо повернуть до тех пор, пока ее ось не станет параллельной направлению магнитного поля. В некоторых устройствах используется катушка, отдельная от электронного блока прибора; другие включают катушку в корпус прибора, так что все устройство должно вращаться. В более дорогих приборах для измерения магнитных полей используются три ортогональные катушки в корпусе прибора. Вместо того, чтобы вращать одну катушку, устройства определяют три взаимно перпендикулярных компонента поля этими катушками и вычисляют векторную сумму полей.Процедуры измерения электрических и магнитных полей в окружающей среде подробно описаны в ANSI / IEEE (1987).

Расчет поля

Для четко определенных источников плотность магнитного потока может быть рассчитана точно, а измерения подтверждают точность таких расчетов. Электрические поля также могут быть вычислены, но поскольку поля возмущаются проводящими объектами, вычисления часто имеют ограниченную ценность, если возмущения таких объектов не могут быть смоделированы. При правильном выполнении расчеты электрического и магнитного полей более точны, чем измерения; Фактически, устройства для измерения поля часто калибруются по расчетному полю простого геометрического расположения проводников.

Для большинства условий (дома или на рабочем месте) геометрия проводников сложна или неизвестна, поэтому необходимо использовать измерения. Для распределительных линий, даже несмотря на то, что геометрия относительно проста, токи не одинаковы в каждом проводе (не сбалансированы) и, как правило, не известны достаточно точно, чтобы полагаться на вычисления. Однако для линий передачи количество передаваемой мощности обычно регистрируется, и линейные токи обычно достаточно сбалансированы, чтобы их можно было точно оценить; следовательно, поле можно рассчитать точно, предполагая, что поблизости нет других источников или защитных материалов.

Индуцированные поля и токи

Размещение биологической системы или препарата клеток в электромагнитном поле КНЧ вызывает внутренние электрические токи и поля и поверхностные заряды на границах раздела электрически разнородных сред. Такое поведение описывается уравнениями Максвелла. В случае полей КНЧ можно значительно упростить решение уравнений. Решения квазистатические. Из-за размера объектов и электрических свойств биологической ткани учетом глубины проникновения можно пренебречь.Кроме того, когда оценивается электрическая проницаемость тканей, становится очевидным, что для частот до нескольких килогерц индуцированный ток проводимости намного больше, чем индуцированный ток смещения, потому что σ / we >> 1, где σ — объемная проводимость , ε — диэлектрическая проницаемость среды, а ω — в 2π раз больше частоты излучения (см. диэлектрические свойства тканей и клеток у Фостера и Швана (1986)). Следовательно, электромагнитное поле СНЧ создает токи и электрические поля в открытой биологической системе и вызывает колебательные (в СНЧ) заряды на границах раздела (т.е.е., для интерфейса между внешним биологическим телом и воздухом и для внутренних интерфейсов, например, между различными тканями и клеткой и клеточной средой). Величины и пространственные структуры этих токов и полей зависят от типа поля экспонирования, его характеристик (частота, величина, ориентация и т. Д.), А также размера, формы и электрических свойств экспонируемой системы. Существует важное различие между физическим взаимодействием электрического поля с биологической системой и взаимодействием магнитного поля с биологической системой.

Воздействие электрического поля

Фундаментальный анализ (например, Kaune and Gillis 1981; Polk 1986) показывает, что биологические тела производят значительные возмущения внешнего электрического поля. Внутренние поля, индуцированные воздействием электрических полей 50 и 60 Гц, обычно в 10 ^-6 -10 ^-7 раз ниже, чем внешние поля для проводящего тела, такого как питательная среда или животное. Плотность заряда на границе раздела ткань-воздух значительна, а внешнее электрическое поле приблизительно перпендикулярно поверхности биологически проводящего тела.Локальные электрические поля выше среднего, но примерно на 10 ^-5 ниже поля воздействия, могут возникать на острых краях внутри биологических объектов.

Индуцированные электрические поля и токи были рассчитаны, а также измерены для простых и более реалистичных моделей животных, включая людей. Ранний анализ сильно упрощенных моделей людей и животных, представленных в виде сфер (Spiegel 1976) или сфероидов (Shiau and Valentino 1981), дает только оценки порядка величины. Более надежная информация получена из анализа более реалистичных моделей, проведенного несколькими исследователями (Spiegel 1981; Chiban et al.1984; Chen et al. 1986; Димбилов 1987, 1988; Харт 1990). Также доступны результаты нескольких измерений людей и животных и их моделей (Deno 1977; Kaune and Phillips 1980; Kaune 1981a, b; Kaune and Forsythe 1985; Hart 1992a, b; Gandhi and Chen 1992). Доступны недавние обзоры по этим темам (Tenforde and Kaune 1987; Bracken 1992; Misakian et al. 1993). В совокупности эти исследования количественно подтверждают общие особенности физического взаимодействия между биологическими телами и внешними электрическими полями.Как и ожидалось, они также указывают на то, что индуцированные внутренние поля и возмущение внешнего поля зависят от того, заземлено ли проводящее тело и каким образом. Для заземленных людей и животных общий индуцированный ток (ток короткого замыкания) можно надежно оценить с помощью простой формулы (Deno 1977; Kaune and Phillips 1980). Для этого отчета наиболее важным аспектом этих дозиметрических исследований является различие между различными видами животных по различным параметрам (например, электрическое поле на поверхности тела, среднее индуцированное электрическое поле или плотность тока, или максимальная плотность индуцированного тока).Для иллюстрации масштабные коэффициенты, основанные на некоторых параметрах, показаны в (Kaune and Phillips 1980; Kaune 1981a; Kaune and Forsythe 1988; Bracken 1992).

ТАБЛИЦА 2-15

Типичные коэффициенты масштабирования для создания эквивалентных индуцированных токов для заземленных животных по сравнению с заземленным человеком высотой 1,7 м, стоящим в вертикальном поле 1 кВ / м (однородные модели).

Следует отметить, что коэффициенты масштабирования дают только приблизительное руководство, если вообще дают возможность делать выводы из исследований на животных и in vitro.Значения являются приблизительными и предназначены для однородных моделей. Анализ с использованием более совершенных моделей и с учетом различных положений, которые человек может занять в поле воздействия, показывает большие различия в плотности наведенного тока (Dimbylow, 1987). Что еще более важно, не было определено, какие характеристики поля воздействия или внутреннего поля ответственны за биологическое взаимодействие. Тем не менее, плотности индуцированного тока и соответствующие индуцированные электрические поля = / σ используются и, вероятно, будут полезны для сравнения различных видов и препаратов in vitro.В некоторых экспериментах они также используются в качестве руководства по величине поля экспонирования. Использование такого масштабирования и ссылка на индуцированное электрическое поле и плотность тока не являются необоснованными. Это хорошо зарекомендовавший себя механизм физического взаимодействия, который может помочь в разработке гипотез и, в конечном итоге, в понимании вовлеченных биофизических взаимодействий.

Воздействие магнитного поля

Наведенные электрические поля и токи от воздействия 50-60 Гц и других магнитных полей СНЧ могут быть найдены путем решения уравнений Максвелла при тех же упрощающих условиях, что и для электрического поля (т.е., квазистатический случай, большая глубина проникновения). Основное отличие состоит в том, что токи, индуцированные магнитными полями СНЧ, образуют замкнутые контуры. Их часто называют «вихревыми токами» (Polk 1986). Для простой геометрии и однородных магнитных полей плотности тока или напряженности электрического поля можно легко найти из аналитических выражений, полученных из закона Фарадея. Индуцированное напряжение (электродвижущая сила) вокруг замкнутого пути в проводящей среде составляет

, где — вектор наведенного электрического поля, — длина приращения вектора вдоль замкнутого контура l , охватывающая поверхность s , — перпендикулярный единичный вектор

к элементу поверхности ds , и является вектором плотности магнитного потока.Если поверхность s перпендикулярна и однородна, то индуцированное электрическое поле для круговой траектории радиусом r составляет

, где ω = 2π f , а индуцированное электрическое поле направлено в направлении

_l , единичный вектор вдоль замкнутой круговой траектории. Плотность электрического тока тогда определяется как

, где σ — объемная проводимость; σ — скалярная величина для изотропных проводящих сред и тензор второго ранга для анизотропных проводящих сред.

Вторичным магнитным полем, индуцированным током в проводящей среде (определяемым уравнениями с 2-2 по 2-7), пренебрегают. Ошибка из-за этого упрощения составляет менее малой доли процента, пока выполняется следующее условие (Polk 1986):

, где L — наибольший размер биологического тела.

Упрощенный анализ использовался для оценки порядка величины индуцированных токов и полей у экспериментальных животных и людей.Они также использовались для оценки индуцированных токов и полей в различных клеточных препаратах, используемых в лабораторных исследованиях. Хотя такой упрощенный анализ полезен во многих случаях, при некоторых условиях он может вводить в заблуждение.

Были проанализированы однородные сфероиды и эллипсоиды размеров и форм, представляющие людей и грызунов (Spiegel 1977; Hart 1992a, b). Численный анализ также применялся к неоднородному представлению человеческого тела в однородном поле (Gandhi and Chen 1992; Xi et al.1994), а для головы были проведены расчеты с высоким пространственным разрешением (Xi and Stuchly 1994). Ограниченные измерения были выполнены на крысах, которые в целом подтверждают результаты моделей на грызунах (Miller 1991). Однако неоднородность тканей существенно изменяет анализ (Polk 1990; Polk and Song 1990). Репрезентативные данные для гетерогенной модели человека с расчетами, проведенными на сетке 1,3 см. ³ ячеек, и аналогичные расчеты для однородных грызунов приведены в качестве справочного материала для масштабирования и сравнения с токами и полями, вызванными воздействием электрического поля. .Во всех случаях ориентация магнитного поля выбирается так, чтобы получить максимальные значения плотности наведенного тока. Эти условия означают, что магнитное поле направлено спереди назад (и наоборот), что переводится в горизонтальное магнитное поле для человека и вертикальное магнитное поле для грызуна в его обычном положении. Значения межвидового масштабирования отличаются от часто используемых и основаны на предполагаемых максимальных путях токов для различных видов. Например, сравнивая максимальные токи, соотношение 1: 9 получено для людей и крыс из результатов моделирования и 1: 6 из соотношений веса к объему (максимальный путь тока).

ТАБЛИЦА 2-16

Типичные наведенные токи и поля для однородного магнитного поля 1 мкТл, 60 Гц.

Плотность наведенного тока также была рассчитана для линейного монтера, работающего вблизи линий электропередач (Stuchly and Zhao 1996). Как и следовало ожидать, как средние, так и максимальные значения в этом случае намного больше, чем при воздействии окружающей среды. Сравнение дано в. Диапазон максимальных плотностей тока, индуцируемого локально портативными приборами, также приведен в той же таблице (Cheng et. Al.1995).

ТАБЛИЦА 2-17

Плотности тока, наводимые на человека магнитным полем частотой 60 Гц при различных условиях воздействия.

Интересно сравнить индуцированные токи при воздействии на человека электрического и магнитного полей частотой 60 Гц. Ссылаясь на таблицы и, примерно одинаковые максимальные плотности тока (2 мкА / м ²) получены при воздействии электрического поля 4 В / м и магнитного поля 0,1 мкТл (1 мГс). (Эти результаты относятся к одинаковым плотностям тока в голове при воздействии магнитного поля и в шее при воздействии электрического поля.) Другое сравнение можно провести, рассматривая среднее и максимальное наведенные электрические поля. Для воздействия электрического поля коэффициент уменьшения составляет около 10 ^-7 для среднего поля и 10 ^-5 для максимального поля по сравнению с внешним электрическим полем. Следовательно, для среднего электрического поля воздействие электрических полей 14-18 В / м и магнитных полей 0,1 мкТл (1 мГс) эквивалентно, а для максимальных наведенных электрических полей — 3 В / м электрических полей и 0,1 мкТл. Магнитные поля -µT (1-мГс) эквивалентны.При сравнении максимальных значений либо плотности индуцированного тока, либо электрических полей, получаются очень близкие уровни электрических (4 В / м и 3 В / м) и магнитных (0,1 мкТл) полей в окружающей среде.

Плотность эндогенного тока, связанная с потенциалами действия возбудимых тканей, составляет порядка 1 мА / м ² или электрическое поле приблизительно 1 мВ / м. Для получения аналогичных плотностей наведенного тока от воздействия внешних полей с частотой 60 Гц потребуется воздействие на человека электрических полей примерно 2 кВ / м или магнитных полей 100 мкТл (1 G).Эти поля значительно больше, чем обычно встречаются в жилых помещениях.

Индуцированные токи и поля до сих пор оценивались для сильно упрощенной структуры тканей с учетом только ее объемных электрических свойств. Учет клеточной структуры, включая анизотропию, представляет собой сложную задачу, которая до сих пор не решена (McLeod 1992; Polk 1992a, b).

Оценка наведенного тока и электрических полей также важна для количественной оценки и интерпретации результатов лабораторных исследований in vitro.Это особенно важно при определении того, обусловлен ли наблюдаемый биологический эффект магнитным полем или электрическими токами и полями, индуцированными в исследуемом образце магнитным полем. Когда результаты исследования в одной лаборатории не подтверждаются другими данными из других лабораторий, оценка индуцированных полей также может быть полезна для обнаружения различий в очевидно идентичных экспериментах.

Для биологических клеток с низкой плотностью, помещенных в проводящую среду, плотность индуцированного тока может быть вычислена исключительно на основе геометрии среды, содержащейся в чашке для экспонирования, и характеристик магнитного поля (Misakian et al.1993). Были опубликованы методы расчета для нескольких форм тарелки, включая кольцевое кольцо (McLeod et al. 1983; Misakian and Kaune 1990; Misakian 1991; Misakian et al. 1993; Wang et al. 1993). Некоторые конфигурации тарелок и ориентации магнитного поля позволяют получить одинаковую плотность тока в большей части объема среды, занимаемой ячейками. Однако даже при низкой плотности присутствие биологических клеток влияет на пространственную картину индуцированных токов и полей из-за низкой проводимости клеточных мембран.Влияние плотности клеток намного более выражено, когда плотность высока и когда клетки образуют сливной монослой (Hart et al. 1993; Stuchly and Xi 1994).

Радиация и здоровье

Воздействие полей крайне низкой частоты

Использование электричества стало неотъемлемой частью повседневной жизни. Когда течет электричество, рядом с линиями, по которым проходит электричество, и рядом с приборами существуют как электрические, так и магнитные поля. С конца 1970-х годов возникают вопросы о том, вызывает ли воздействие этих чрезвычайно низкочастотных (СНЧ) электрических и магнитных полей (ЭМП) неблагоприятные последствия для здоровья.С тех пор было проведено много исследований, которые позволили успешно решить важные проблемы и сузить фокус будущих исследований.

В 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) учредила Международный проект по электромагнитным полям для исследования потенциальных рисков для здоровья, связанных с технологиями, излучающими ЭМП. Целевая группа ВОЗ недавно завершила обзор воздействия полей КНЧ на здоровье (ВОЗ, 2007).

Этот информационный бюллетень основан на выводах этой целевой группы и обновляет недавние обзоры воздействия на здоровье ЭМП КНЧ, опубликованные в 2002 г. Международным агентством по изучению рака (IARC), созданным под эгидой ВОЗ, и Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) в 2003 г.

Источники поля КНЧ и облучение в жилых помещениях

Электрические и магнитные поля существуют везде, где протекает электрический ток — в линиях электропередач и кабелях, в бытовой электропроводке и в электроприборах. Электрические поля возникают из-за электрических зарядов, измеряются в вольтах на метр (В / м) и экранируются обычными материалами, такими как дерево и металл. Магнитные поля возникают из-за движения электрических зарядов (т. Е. Тока), выражаются в тесла (Тл) или, чаще, в миллитеслах (мТл) или микротесла (мкТл).В некоторых странах обычно используется другая единица, называемая гауссом, (G) (10 000 G = 1 T). Эти поля не защищены большинством обычных материалов и легко проходят через них. Оба типа полей наиболее сильны вблизи источника и уменьшаются с расстоянием.

Большая часть электроэнергии работает с частотой 50 или 60 циклов в секунду или герц (Гц). Вблизи некоторых приборов значения магнитного поля могут быть порядка нескольких сотен микротесла. Под линиями электропередач магнитные поля могут составлять около 20 мкТл, а электрические поля могут составлять несколько тысяч вольт на метр.Однако средние значения магнитных полей промышленной частоты в жилых домах намного ниже — около 0,07 мкТл в Европе и 0,11 мкТл в Северной Америке. Средние значения электрического поля в доме составляют до нескольких десятков вольт на метр.

Оценка целевой группы

В октябре 2005 г. ВОЗ созвала целевую группу научных экспертов для оценки любых рисков для здоровья, которые могут существовать в результате воздействия электрических и магнитных полей СНЧ в диапазоне частот> 0–100 000 Гц (100 кГц). В то время как МАИР исследовало доказательства, касающиеся рака в 2002 году, эта целевая группа рассмотрела доказательства ряда последствий для здоровья и обновила данные, касающиеся рака.Выводы и рекомендации Целевой группы представлены в монографии ВОЗ по критериям экологического здоровья (EHC) (ВОЗ, 2007).

После стандартного процесса оценки риска для здоровья Целевая группа пришла к выводу, что нет никаких существенных проблем со здоровьем, связанных с электрическими полями СНЧ на уровнях, с которыми обычно сталкиваются представители общественности. Таким образом, оставшаяся часть этого информационного бюллетеня касается преимущественно воздействия магнитных полей СНЧ.

Краткосрочные эффекты

Установлены биологические эффекты острого воздействия на высоких уровнях (значительно выше 100 мкТл), которые объясняются признанными биофизическими механизмами.Внешние магнитные поля СНЧ индуцируют в организме электрические поля и токи, которые при очень высокой напряженности поля вызывают нервную и мышечную стимуляцию и изменения возбудимости нервных клеток в центральной нервной системе.

Возможные долгосрочные последствия

Большая часть научных исследований, посвященных изучению долгосрочных рисков воздействия магнитного поля снч, сосредоточена на детской лейкемии. В 2002 году МАИР опубликовало монографию, в которой магнитные поля снч классифицируются как «возможно канцерогенные для человека».Эта классификация используется для обозначения агента, для которого имеются ограниченные доказательства канцерогенности для людей и недостаточно доказательств канцерогенности для экспериментальных животных (другие примеры включают кофе и сварочные пары). Эта классификация была основана на объединенном анализе эпидемиологических исследований, демонстрирующих устойчивую картину двукратного увеличения детской лейкемии, связанной со средним воздействием магнитного поля промышленной частоты выше 0,3–0,4 мкТл. Целевая группа пришла к выводу, что дополнительные исследования с тех пор не меняют статуса этой классификации.

Однако эпидемиологические данные ослаблены методологическими проблемами, такими как потенциальная систематическая ошибка отбора. Кроме того, не существует общепринятых биофизических механизмов, которые позволили бы предположить, что воздействие низких уровней участвует в развитии рака. Таким образом, если бы и были какие-либо эффекты от воздействия этих низкоуровневых полей, это должно было бы происходить через биологический механизм, который пока неизвестен. Кроме того, исследования на животных были в основном отрицательными. Таким образом, в целом доказательства, относящиеся к детской лейкемии, недостаточно убедительны, чтобы их можно было рассматривать как причинные.

Детский лейкоз — сравнительно редкое заболевание, общее годовое число новых случаев заболевания оценивается в 49 000 во всем мире в 2000 году. Среднее воздействие магнитного поля выше 0,3 мкТл в домашних условиях встречается редко: по оценкам, только от 1% до 4% детей живут в таких условиях. Если связь между магнитными полями и детской лейкемией является причинной, количество случаев во всем мире, которые могут быть связаны с воздействием магнитного поля, оценивается в диапазоне от 100 до 2400 случаев в год, исходя из значений за 2000 год, что соответствует 0.От 2 до 4,95% от общей заболеваемости за этот год. Таким образом, если магнитные поля СНЧ действительно увеличивают риск заболевания, если рассматривать его в глобальном контексте, воздействие ЭМП КНЧ на здоровье населения будет ограниченным.

Был изучен ряд других неблагоприятных воздействий на здоровье на предмет возможной связи с воздействием магнитного поля СНЧ. К ним относятся другие виды рака у детей, рак у взрослых, депрессия, самоубийства, сердечно-сосудистые расстройства, репродуктивная дисфункция, нарушения развития, иммунологические модификации, нейроповеденческие эффекты и нейродегенеративные заболевания.Целевая группа ВОЗ пришла к выводу, что научные данные, подтверждающие связь между воздействием магнитного поля снч и всеми этими последствиями для здоровья, намного слабее, чем для детской лейкемии. В некоторых случаях (например, при сердечно-сосудистых заболеваниях или раке груди) данные свидетельствуют о том, что эти поля не вызывают их.

Международные руководящие принципы воздействия

Воздействие на здоровье, связанное с кратковременным высокоуровневым воздействием, установлено и составляет основу двух международных руководящих принципов предельного воздействия (ICNIRP, 1998; IEEE, 2002).В настоящее время эти органы считают научные данные, относящиеся к возможным последствиям для здоровья в результате длительного воздействия низкоуровневых полей снч недостаточными, чтобы оправдать снижение этих количественных пределов воздействия.

Руководство ВОЗ

Для кратковременных воздействий ЭМП на высоком уровне научно доказано неблагоприятное воздействие на здоровье (ICNIRP, 2003). Директивным органам следует принять международные руководящие принципы воздействия, разработанные для защиты работников и населения от этих воздействий.Программы защиты от ЭМП должны включать измерения воздействия из источников, где можно ожидать превышения предельных значений.

Что касается долгосрочных эффектов, учитывая слабость доказательств связи между воздействием магнитных полей снч и детской лейкемией, польза от снижения воздействия для здоровья неясна. Принимая во внимание эту ситуацию, даются следующие рекомендации:

Правительству и промышленности следует контролировать науку и продвигать исследовательские программы для дальнейшего снижения неопределенности научных данных о воздействии на здоровье воздействия поля КНЧ.В процессе оценки риска ELF были выявлены пробелы в знаниях, которые составляют основу новой программы исследований.
Государствам-членам рекомендуется создавать эффективные и открытые программы связи со всеми заинтересованными сторонами, чтобы позволить принимать обоснованные решения. Это может включать улучшение координации и консультаций между промышленностью, местными органами власти и гражданами в процессе планирования объектов, излучающих ЭМП КНЧ.
При строительстве новых объектов и проектировании нового оборудования, включая бытовые приборы, можно изучить недорогие способы снижения воздействия.Соответствующие меры по снижению воздействия будут отличаться от страны к стране. Однако политика, основанная на принятии произвольно низких пределов воздействия, не оправдана.

Дополнительная литература

ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения. Чрезвычайно низкочастотные поля. Критерии гигиены окружающей среды, Vol. 238. Женева, Всемирная организация здравоохранения, 2007.

Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для людей. Неионизирующее излучение, Часть 1: Статические и крайне низкочастотные (СНЧ) электрические и магнитные поля.Лион, МАИР, 2002 г. (Монографии по оценке канцерогенных рисков для людей, 80).

ICNIRP — Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения. Воздействие статических и низкочастотных электромагнитных полей, биологические эффекты и последствия для здоровья (0-100 кГц). Бернхардт Дж. Х. и др., Ред. Обершлайсхайм, Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения, 2003 г. (ICNIRP 13/2003).

ICNIRP — Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (1998 г.).Рекомендации по ограничению воздействия изменяющихся во времени электрических, магнитных и электромагнитных полей (до 300 ГГц). Физика здоровья 74 (4), 494-522.

Координационный комитет по стандартам IEEE 28. Стандарт IEEE для уровней безопасности в отношении воздействия на человека электромагнитных полей, 0–3 кГц. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, IEEE — Институт инженеров по электротехнике и электронике, 2002 г. (IEEE Std C95.6-2002).

Для получения дополнительной информации обращайтесь:

Медиацентр ВОЗ
Телефон: +41 22 791 2222
Электронная почта: [электронная почта защищена]

Линии электропередач, электрические устройства и сверхнизкочастотное излучение

Что такое излучение крайне низкой частоты (СНЧ)?

Радиация — это излучение или посылка энергии из любого источника.Рентгеновские лучи являются примером излучения, как и свет, исходящий от солнца, и тепло, которое постоянно исходит от нашего тела.

Говоря о радиации и раке, многие люди думают о конкретных видах радиации, таких как рентгеновские лучи или радиация в ядерных реакторах. Но это не единственные виды излучения, которые беспокоят нас, когда мы думаем о радиационных рисках для здоровья человека.

Излучение существует в широком спектре от излучения очень высокой энергии (также называемого высокочастотным) до излучения очень низкой энергии (или низкочастотного).Иногда его называют электромагнитным спектром .

Примеры высокоэнергетического излучения включают рентгеновские лучи и гамма-лучи. Они, а также некоторые ультрафиолетовые (УФ) лучи более высокой энергии, классифицируются как ионизирующее излучение , , что означает, что у них достаточно энергии, чтобы удалить электрон из (ионизировать) атом. Ионизирующее излучение может повредить ДНК внутри клеток, что может привести к мутациям и неконтролируемому росту клеток, известному как рак.

Чрезвычайно низкочастотное (СНЧ) излучение находится на низкоэнергетическом конце электромагнитного спектра и относится к типу неионизирующего излучения .Неионизирующее излучение обладает достаточной энергией, чтобы перемещать атомы или заставлять их вибрировать, но недостаточно, чтобы напрямую повредить ДНК. КНЧ-излучение имеет даже более низкую энергию, чем другие типы неионизирующего излучения, такие как радиочастотное излучение, видимый свет и инфракрасное излучение.

В большинстве типов излучения электрическое и магнитное поля связаны. Поскольку они действуют как одно целое, они рассматриваются вместе как электромагнитное поле (ЭМП). Но с излучением СНЧ магнитное поле и электрическое поле могут существовать и действовать независимо, поэтому их часто изучают отдельно.Обычно мы используем термин «магнитное поле» для обозначения излучения КНЧ от магнитного поля, в то время как мы используем термин «электрическое поле» для обозначения излучения КНЧ от электрического поля.

Возможная связь между электромагнитными полями и раком была предметом споров в течение нескольких десятилетий. Неясно, как именно электромагнитные поля, форма неионизирующего излучения низкой энергии, могут увеличивать риск рака. К тому же, поскольку все мы в разное время подвергаемся воздействию разного количества этих полей, этот вопрос трудно изучить.

Электрические и магнитные поля

Все излучение в электромагнитном спектре создается взаимодействием двух сил, называемых полями . У излучения есть как электрическое, так и магнитное поле.

Электрические поля — это силы, действующие на заряженные частицы (части атомов), такие как электроны или протоны, которые заставляют их двигаться. Электрический ток — это просто поток электронов, создаваемый электрическим полем. Сила электрического поля часто выражается в вольтах на метр (В / м) или, для более сильных полей, в киловольтах на метр (кВ / м), где киловольт составляет 1000 вольт.

Магнитное поле создается при движении заряженных частиц. Сила магнитного поля может быть выражена во многих различных единицах, включая тесла (Тл), микротесла (мкТл или одна миллионная тесла) и гаусс (Гс), где один G равен 100 мкТл.

Как люди подвергаются воздействию СНЧ-излучения?

Производство, передача, распределение и использование электричества подвергают людей воздействию СНЧ-излучения. Линии электропередач, бытовая электропроводка и любые устройства, использующие электричество, могут генерировать КНЧ-излучение.Таким образом, любые электрические устройства, от холодильников и пылесосов до телевизоров и компьютерных мониторов (когда они включены), являются источниками излучения КНЧ. Даже электрические одеяла подвергают людей воздействию СНЧ-излучения.

Степень воздействия электромагнитного излучения зависит от силы электромагнитного поля, расстояния до источника поля и продолжительности воздействия. Наибольшее воздействие происходит, когда человек находится очень близко к источнику, создающему сильное поле, и остается там в течение длительного периода.

Вызывает ли КНЧ-излучение рак?

Исследователи используют 2 основных типа исследований, чтобы попытаться выяснить, вызывает ли что-либо рак.

Лабораторные исследования: В лабораторных исследованиях животные подвергаются воздействию различных уровней вещества (иногда очень высоких), чтобы выяснить, вызывает ли это воздействие опухоли или другие проблемы со здоровьем. Исследователи могут также обнажить нормальные человеческие клетки в лабораторной посуде, чтобы увидеть, вызывает ли это те типы изменений, которые наблюдаются в раковых клетках.Не всегда ясно, применимы ли результаты таких исследований непосредственно к людям, но лабораторные исследования — хороший способ выяснить, может ли воздействие вызвать рак.
Исследования на людях: В других типах исследований изучается заболеваемость раком у разных групп людей. Такое исследование могло бы сравнить уровень заболеваемости раком в группе, подвергшейся воздействию, с частотой в группе с более низким уровнем воздействия или с группой, не подвергшейся воздействию вообще. Иногда заболеваемость раком в группе, подвергшейся воздействию, сравнивают с заболеваемостью раком среди населения в целом.Но бывает трудно понять, что означают результаты этих исследований, потому что многие другие факторы могут повлиять на результаты. Например, люди обычно подвергаются воздействию многих веществ, помимо исследуемого, и эти другие воздействия могут повлиять на результаты.

В большинстве случаев ни один тип исследования не дает убедительных доказательств сам по себе, поэтому исследователи обычно смотрят как на лабораторные, так и на человеческие исследования, пытаясь выяснить, может ли что-то вызвать рак.

Исследования в лаборатории

В нескольких крупных исследованиях изучалось возможное влияние магнитных полей СНЧ на рак у крыс и мышей.Эти исследования подвергают животных воздействию магнитных полей, намного более сильных, чем те, которым люди обычно подвергаются дома, с полями от 2 до 5000 микротесла (мкТл). Большинство этих исследований не выявили увеличения риска развития любого типа рака. Фактически, риск развития некоторых видов рака был ниже у животных, подвергшихся воздействию КНЧ-излучения. Одно исследование действительно показало повышенный риск опухолей, которые начинаются в клетках щитовидной железы, называемых С-клетками, у самцов крыс при некоторых воздействиях. Этот повышенный риск не наблюдался у самок крыс или мышей и не наблюдался при максимальной напряженности поля.Эти несоответствия и тот факт, что эти результаты не были последовательно отражены в других исследованиях, затрудняют вывод ученым о том, что наблюдаемый повышенный риск опухолей связан с излучением СНЧ.

Другие исследования на мышах и крысах специально искали рост лейкемии и лимфомы в результате воздействия КНЧ-излучения, но эти исследования также не обнаружили связи.

Исследования на людях

Изучение воздействия излучения СНЧ на людей может быть трудным по многим причинам:

Воздействие излучения СНЧ очень распространено, поэтому невозможно сравнивать людей, подвергшихся облучению, с людьми, не подвергавшимися облучению.Вместо этого исследования пытаются сравнить людей, подвергшихся воздействию более высоких уровней, с людьми, подвергающимися более низким уровням.

Очень сложно определить, какое количество КНЧ-излучения подверглось воздействию человека, особенно в течение длительного периода. Насколько нам известно, эффекты излучения СНЧ не складываются с течением времени, и нет теста, который мог бы измерить, сколько облучения получил человек.

Исследователи могут сделать снимок воздействия СНЧ, если попросят человека надеть устройство, которое записывает уровни воздействия в течение нескольких часов или дней.Или исследователи могут измерить напряженность магнитного или электрического поля дома или на рабочем месте человека.

Другие варианты включают оценку воздействия на основе конфигурации проводки на рабочем месте / доме или на расстоянии от линий электропередач. Но эти методы приводят к оценкам воздействия, которые имеют много неопределенности и могут давать смещенные оценки общего воздействия. Обычно они не учитывают воздействие СНЧ человека, в то время как в других местах они не измеряют воздействие СНЧ в каждом месте, где этот человек когда-либо жил или работал на протяжении своей жизни.В результате нет надежных способов точно оценить чье-либо долгосрочное воздействие, что является наиболее важным при поиске возможных воздействий на риск рака.

У детей

В ряде исследований изучалась возможная связь между излучением СНЧ от магнитных полей в домашних условиях и детской лейкемией, но результаты были неоднозначными. Тем не менее, если объединить результаты этих исследований, можно увидеть небольшое увеличение риска для детей с самыми высокими уровнями воздействия по сравнению с детьми с самыми низкими уровнями воздействия.Исследования, посвященные влиянию электрических полей ELF на лейкоз у детей, не нашли связи.

Исследования, как правило, не обнаружили какой-либо сильной связи между электрическими или магнитными полями СНЧ и другими видами рака у детей.

У взрослых

Хотя в нескольких исследованиях изучалась возможная связь между воздействием СНЧ у взрослых и раком, большинство из них не нашли связи.

Что говорят экспертные агентства

Несколько национальных и международных агентств изучают различные воздействия в окружающей среде, чтобы определить, могут ли они вызвать рак.(То, что вызывает рак или способствует развитию рака, называется канцерогеном ). Американское онкологическое общество обращается к этим организациям с целью оценки рисков на основе данных лабораторных исследований, исследований на животных и человека.

На основании данных, полученных от животных и людей, подобных приведенным выше примерам, некоторые экспертные агентства оценили канцерогенную природу КНЧ-излучения.

Международное агентство по изучению рака (IARC) является частью Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).Одна из его основных целей — выявить причины рака. В 2002 году IARC рассмотрел доказательства наличия магнитного и электрического полей СНЧ по отдельности:

Было обнаружено «ограниченное доказательство» канцерогенности поля магнитного поля КНЧ в отношении детской лейкемии у людей, с «неадекватными доказательствами» в отношении всех других видов рака. Он обнаружил «недостаточные доказательства» канцерогенности магнитных полей СНЧ на основе исследований на лабораторных животных.
Было обнаружено «недостаточное доказательство» канцерогенности электрических полей ELF для человека.

На основании этой оценки IARC классифицировал магнитные поля ELF как «возможно канцерогенные для человека». Он классифицировал электрические поля ELF как «не классифицируемые по их канцерогенности для человека».

В 1999 г. Национальный институт гигиены окружающей среды США (NIEHS) описал научные данные, свидетельствующие о том, что воздействие СНЧ представляет риск для здоровья, как «слабый», но отметил, что его нельзя признать полностью безопасным, и считал его «возможный» канцероген для человека.

Как избежать воздействия КНЧ-излучения?

Не ясно, вредно ли воздействие СНЧ-излучения, но есть вещи, которые вы можете сделать, чтобы снизить его, если вас это беспокоит. Ваше облучение зависит от силы излучения СНЧ, исходящего от каждого источника, от того, насколько вы близко к каждому из них и как долго вы проводите в полевых условиях.

NIEHS рекомендует людям, обеспокоенным их воздействием ЭМП (и КНЧ-излучения), выяснить, где находятся их основные источники ЭМП, и отойти от них или ограничить время, проведенное рядом с ними.Например, перемещение даже на расстояние вытянутой руки от источника может значительно снизить воздействие его поля.

Линии электропередачи

Людям, которые обеспокоены воздействием излучения СНЧ от мощных электрических линий, следует помнить, что интенсивность любого воздействия значительно снижается по мере удаления от источника. На земле сила электромагнитного поля наиболее высока непосредственно под линией электропередачи. По мере того, как вы удаляетесь, вы подвергаетесь все меньшему и меньшему, и уровень в конечном итоге соответствует нормальному домашнему фоновому уровню.Электромагнитное поле непосредственно под линией электропередачи обычно находится в диапазоне, которому вы можете подвергнуться при использовании определенных бытовых приборов.

Если вас беспокоит воздействие электромагнитных источников вокруг вас (включая линии электропередач), вы можете измерить напряженность поля с помощью устройства, называемого гауссметром .

Электротравма: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

1. Если вы можете сделать это безопасно, отключите электрический ток. Отсоедините шнур, выньте предохранитель из блока предохранителей или выключите автоматические выключатели.Простое выключение прибора НЕ может прекратить подачу электричества. НЕ пытайтесь спасти человека вблизи активных высоковольтных линий.

2. Позвоните в местный номер службы экстренной помощи, например 911.

3. Если невозможно отключить ток, используйте непроводящий предмет, например, метлу, стул, коврик или резиновый коврик для двери, чтобы толкнуть его. человек вдали от источника тока. Не используйте мокрые или металлические предметы. По возможности встаньте на что-нибудь сухое, не проводящее электричество, например, на резиновый коврик или сложенные газеты.

4. Как только человек окажется вдали от источника электричества, проверьте его дыхательные пути, дыхание и пульс. Если какой-либо из них остановился или кажется опасно медленным или неглубоким, начните оказывать первую помощь.

5. СЛР следует начинать, если человек без сознания и вы не чувствуете пульса. Выполните искусственное дыхание человеку, который находится без сознания и не дышит или дышит неэффективно.

6. Если человек получил ожог, снимите легко снимающуюся одежду и промойте обожженный участок в прохладной проточной воде, пока боль не исчезнет.Окажите первую помощь при ожогах.

7. Если человек потерял сознание, бледен или проявляет другие признаки шока, положите его так, чтобы голова была немного ниже туловища, а ноги были приподняты, и накройте его или ее теплым одеялом или одеялом. Пальто.

8. Оставайтесь с пациентом до прибытия медицинской помощи.

9. Электрические травмы часто связаны со взрывами или падениями, которые могут вызвать дополнительные серьезные травмы. Возможно, вы не сможете заметить их все. Не двигайте головой или шеей человека, если можно повредить позвоночник.

10. Если вы пассажир в транспортном средстве, на которое попала линия электропередачи, оставайтесь в нем до прибытия помощи, если только не начался пожар. При необходимости попытайтесь выпрыгнуть из транспортного средства, чтобы не поддерживать с ним контакт, при этом не касаясь земли.

Опасность поражения электрическим током и человеческое тело

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Определите термическую опасность, опасность поражения электрическим током и короткого замыкания.
Объясните, какое влияние различные уровни тока оказывают на человеческое тело.

Есть две известные опасности, связанные с электричеством — термическая и ударная. Тепловая опасность — это опасность, при которой чрезмерная электрическая мощность вызывает нежелательные тепловые эффекты, такие как начало пожара в стене дома. Опасность поражения электрическим током возникает, когда электрический ток проходит через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до смертельного, вызывающего остановку сердца. В этом разделе количественно рассматриваются эти опасности и различные факторы, влияющие на них.Электробезопасность: Системы и устройства будут рассматривать системы и устройства для предотвращения поражения электрическим током.

Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей ее безопасное рассеивание. Классическим примером этого является короткое замыкание , путь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения. Пример короткого замыкания показан на рисунке 1. Изоляция проводов, ведущих к прибору, изношена, что позволило двум проводам войти в контакт.Такой нежелательный контакт с высоким напряжением называется коротким замыканием . Поскольку сопротивление короткого замыкания, r , очень мало, мощность, рассеиваемая коротким замыканием, P = В ²/ r , очень велика. Например, если В, составляет 120 В, а r составляет 0,100 Ом, тогда мощность составляет 144 кВт, что на намного больше, чем у обычного бытового прибора. Тепловая энергия, передаваемая с такой скоростью, очень быстро поднимет температуру окружающих материалов, плавя или, возможно, воспламеняя их.

Рис. 1. Короткое замыкание — это нежелательный путь с низким сопротивлением через источник напряжения. (а) Изношенная изоляция проводов тостера позволяет им соприкасаться с низким сопротивлением r. Поскольку P = V ² / r , тепловая энергия создается так быстро, что шнур плавится или горит. (б) Схема короткого замыкания.

Один особенно коварный аспект короткого замыкания заключается в том, что его сопротивление может фактически уменьшиться из-за повышения температуры.Это может произойти, если короткое замыкание создает ионизацию. Эти заряженные атомы и молекулы могут свободно перемещаться и, таким образом, снижают сопротивление r . Поскольку P = V ²/ r , мощность, рассеиваемая при кратковременных повышениях, может вызвать большую ионизацию, большую мощность и т. Д. Высокое напряжение, такое как 480 В переменного тока, используемое в некоторых промышленных приложениях, поддается этой опасности, потому что более высокие напряжения создают более высокую начальную выработку энергии за короткое время.

Другая серьезная, но менее драматическая термическая опасность возникает, когда провода, по которым подается питание к пользователю, перегружены слишком большим током.Как обсуждалось в предыдущем разделе, мощность, рассеиваемая в проводах питания, составляет P = I ² R _Вт, где R _Вт — сопротивление проводов, а I — сопротивление проводов. через них протекает ток. Если значение I или R _w слишком велико, провода перегреваются. Например, изношенный шнур электроприборов (с порванными некоторыми плетеными проводами) может иметь R _w = 2,00 Ом, а не 0.100 Ом должно быть. Если через шнур проходит ток 10,0 А, то в шнуре рассеивается P = I ² R _w = 200 Вт — намного больше, чем можно. Точно так же, если провод с сопротивлением 0,100 Ом предназначен для передачи нескольких ампер, а вместо этого имеет ток 100 А, он сильно перегреется. Мощность, рассеиваемая в проводе, в этом случае составит P = 1000 Вт. Для ограничения чрезмерных токов используются предохранители и автоматические выключатели. (См. Рисунок 1 и рисунок 2.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.

Рис. 1. (a) Предохранитель имеет металлическую полосу с низкой температурой плавления, которая при перегреве чрезмерным током навсегда разрывает соединение цепи с источником напряжения. (b) Автоматический выключатель — это автоматический, но восстанавливаемый электрический выключатель. Показанный здесь имеет биметаллическую полосу, которая изгибается вправо и в выемку при перегреве. Затем пружина толкает металлическую полосу вниз, разрывая электрическое соединение в точках.

Рисунок 2. Схема цепи с предохранителем или автоматическим выключателем. Предохранители и автоматические выключатели действуют как автоматические выключатели, которые размыкаются, когда постоянный ток превышает желаемые пределы.

Предохранители и автоматические выключатели для типичных бытовых напряжений и токов относительно просты в изготовлении, но предохранители для больших напряжений и токов вызывают особые проблемы. Например, когда автоматический выключатель пытается прервать подачу высоковольтного электричества, через его точки может проскочить искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь.В крупных автоматических выключателях, используемых в системах распределения электроэнергии, используется изолирующий газ и даже для гашения таких искр используются струи газа. Здесь переменный ток более безопасен, чем постоянный, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.

Электрические токи, протекающие через людей, производят чрезвычайно разнообразные эффекты. Электрический ток можно использовать для блокирования боли в спине. Возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности парализованных конечностей, что, возможно, позволит людям с параличом нижних конечностей ходить, изучается.Телевизионные драматизации, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (чрезвычайно нерегулярное, часто со смертельным исходом, сердцебиение), более чем обычны. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что ток вызывает фибрилляцию сердца. Электрокардиостимулятор заставляет сердце биться правильно. Некоторые смертельные удары током не вызывают ожогов, но бородавки можно безопасно сжечь электрическим током (хотя сейчас более распространено замораживание с использованием жидкого азота).Конечно, этим разрозненным эффектам можно найти последовательные объяснения. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются

Сумма тока I
Путь, пройденный нынешним
Продолжительность шока
Частота ф тока ( ф = 0 для постоянного тока)

В таблице 1 приведены эффекты поражения электрическим током в зависимости от тока для типичного случайного поражения электрическим током.Эффекты относятся к сотрясению, которое проходит через туловище, длится 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.

Рис. 3. Электрический ток может вызывать мышечные сокращения с различными эффектами. (а) Пострадавший «отбрасывается» назад из-за непроизвольных сокращений мышц, разгибающих ноги и туловище. (б) Пострадавший не может отпустить проволоку, которая стимулирует все мышцы руки. Смыкающие пальцы сильнее, чем разжимающие.

**Таблица 1.Эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока**
Ток (мА)	Эффект
1	Порог ощущения
5	Максимальный безопасный ток
10–20	Начало устойчивого мышечного сокращения; не может отпустить на время шока; сокращение грудных мышц может привести к остановке дыхания во время шока
50	Начало боли
100–300 +	Возможна фибрилляция желудочков; часто со смертельным исходом
300	Возникновение ожога в зависимости от концентрации тока
6000 (6 А)	Начало устойчивого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может вернуться в норму; используется для дефибрилляции сердца

Наши тела являются относительно хорошими проводниками из-за воды в наших телах.Учитывая, что большие токи будут протекать через секции с меньшим сопротивлением (подробнее будет обсуждаться в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля — естественный сток электронов. Ношение изолирующей обуви — требование во многих профессиях — препятствует прохождению электронов, обеспечивая на этом пути большое сопротивление. При работе с мощными инструментами (сверлами) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не обеспечиваете путь для прохождения тока (особенно через сердце).

Очень слабые токи проходят через тело безвредно и не чувствуются. Это происходит с вами регулярно без вашего ведома. Порог ощущения составляет всего 1 мА, и, несмотря на неприятные ощущения, разряды, по-видимому, безвредны для токов менее 5 мА. Во многих правилах безопасности значение 5 мА является максимально допустимым током. Ток от 10 до 20 мА и выше может стимулировать длительные мышечные сокращения так же, как обычные нервные импульсы. Иногда люди говорят, что они были сбиты с толку от шока, но на самом деле произошло то, что некоторые мышцы сократились, заставляя их двигаться не по их собственному выбору.(См. Рис. 3 (а).) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», проиллюстрированный на рис. 3 (б). Мышцы, закрывающие пальцы, сильнее, чем мышцы, открывающие их, поэтому рука непроизвольно смыкается на проводе, сотрясающем ее. Это может продлить шок на неопределенное время. Это также может быть опасно для человека, пытающегося спасти жертву, потому что рука спасателя может сомкнуться на запястье жертвы. Обычно лучший способ помочь пострадавшему — это сильно ударить кулаком / ударом / встряхнуть изолятором или бросить изолятор в кулак.Современные электрические ограждения, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы люди, прикоснувшиеся к ним, могли освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.

Сильные токи могут повлиять на сердце. Его электрические паттерны могут быть нарушены, так что он будет биться нерегулярно и неэффективно в состоянии, которое называется «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за нарушения кровообращения. Порог фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА.При токе около 300 мА и выше разряд может вызвать ожоги, в зависимости от концентрации тока — чем более концентрированный, тем выше вероятность ожога.

Очень большие токи заставляют сердце и диафрагму сокращаться на время разряда. И сердце, и дыхание останавливаются. Интересно, что оба часто возвращаются к нормальному состоянию после шока. Электрические паттерны в сердце полностью стираются, так что сердце может начать заново при нормальном биении, в отличие от постоянного нарушения, вызванного меньшими токами, которые могут вызвать фибрилляцию желудочков в сердце.Последнее похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью стирает его. В телесериалах о поражении электрическим током, используемом для выведения жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показаны большие лопасти. Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.

Ток является основным фактором, определяющим серьезность удара (при условии, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, являются фиксированными, например, в таблице и в предыдущем обсуждении).Более высокое напряжение более опасно, но, поскольку I = V / R , серьезность удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, у человека с сухой кожей сопротивление составляет около 200 кОм. Если он соприкасается с 120-В переменного тока, через него безвредно проходит ток I = (120 В) / (200 кОм) = 0,6 мА. Тот же человек, намоченный насквозь, может иметь сопротивление 10,0 кОм, и те же 120 В будут производить ток 12 мА — выше порога «не отпускать» и потенциально опасен.

Большая часть сопротивления тела находится в его сухой коже. Во влажном состоянии соли переходят в ионную форму, что значительно снижает сопротивление. Внутренняя часть тела имеет гораздо меньшее сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если обойти сопротивление кожи, например, с помощью внутривенной инфузии, катетера или открытого электрокардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этом состоянии токи примерно 1/1000 от перечисленных в таблице 1 производят аналогичные эффекты.Во время операции на открытом сердце можно использовать ток до 20 мкА, чтобы успокоить сердце. Строгие требования к электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне обездоленными пациентами, чувствительными к микрошоку. Разрыв кожи уменьшил его сопротивление, поэтому одно и то же напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.

Рис. 4. График средних значений порога ощущения и тока «не могу отпустить» в зависимости от частоты.Чем ниже значение, тем более чувствительно тело к этой частоте.

Другими факторами, кроме силы тока, которые влияют на серьезность разряда, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, сердце не поражается электрическим током через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая правда, что чем больше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рисунке 4 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на ударную нагрузку.Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов как функцию частоты. Чем ниже необходимый ток, тем чувствительнее тело к этой частоте. По иронии судьбы, тело наиболее чувствительно к частотам, близким к обычным частотам 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току ( f = 0), что мягко подтверждает утверждения Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность. На все более высоких частотах организм становится все менее чувствительным к любым воздействиям, затрагивающим нервы.Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут активироваться или стимулироваться. На очень высоких частотах электрический ток распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь делать это дома с переменным током 60 Гц!) Некоторые из захватывающих демонстраций электричества, в которых дуги высокого напряжения проходят через воздух и тела людей, используют высокие частоты и малые токи. (См. Рис. 5.) Устройства и методы электробезопасности подробно описаны в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Рис. 5 Опасна ли эта электрическая дуга? Ответ зависит от частоты переменного тока и мощности. (Источник: Химич Алекс, Wikimedia Commons)

Сводка раздела

Существует два типа опасности поражения электрическим током: термическое (чрезмерная мощность) и поражение электрическим током (электрический ток через человека).
Сила удара определяется током, длиной пути, продолжительностью и частотой переменного тока.
В таблице 1 перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
На рис. 5 показан график порогового тока для двух опасностей в зависимости от частоты.

Концептуальные вопросы

С помощью омметра студент измеряет сопротивление между различными точками своего тела. Он обнаружил, что сопротивление между двумя точками на одном пальце примерно такое же, как сопротивление между двумя точками на противоположных руках — обе составляют несколько сотен тысяч Ом. Кроме того, сопротивление уменьшается, когда большее количество кожи контактирует с щупами омметра. Наконец, наблюдается резкое падение сопротивления (до нескольких тысяч Ом), когда кожа влажная.Объясните эти наблюдения и их значение для кожи и внутреннего сопротивления человеческого тела.
Каковы две основные опасности электричества?
Почему короткое замыкание не представляет опасности поражения электрическим током?
От чего зависит тяжесть шока? Можете ли вы сказать, что определенное напряжение опасно, без дополнительной информации?
Электрифицированная игла используется для выжигания бородавок, при этом цепь замыкается путем усаживания пациента на большую пластину приклада.Почему эта тарелка большая?
Некоторые операции выполняются при прохождении электричества высокого напряжения от металлического скальпеля через разрезаемую ткань. Учитывая природу электрических полей на поверхности проводников, почему вы ожидаете, что большая часть тока будет течь от острого края скальпеля? Как вы думаете, используется переменный ток высокой или низкой частоты?
На некоторых устройствах, которые часто используются в ванных комнатах, например в фенах, есть сообщения о безопасности, в которых говорится: «Не используйте, когда ванна или раковина наполнены водой.«Почему это так?
Нам часто советуют не переключать электрические выключатели мокрыми руками, сначала вытрите руки. Также рекомендуется никогда не поливать электрический огонь водой. Почему это так?
Перед работой на линии электропередачи линейные монтеры будут касаться линии тыльной стороной руки в качестве окончательной проверки нулевого напряжения. Почему тыльная сторона руки?
Почему сопротивление влажной кожи намного меньше, чем сопротивление сухой, и почему кровь и другие жидкости организма имеют низкое сопротивление?
Может ли человек, получающий внутривенное вливание (в / в) быть чувствительным к микрошоку?
Принимая во внимание небольшие токи, которые вызывают опасность поражения электрическим током, и большие токи, которые прерывают автоматические выключатели и предохранители, как они играют роль в предотвращении опасности поражения электрическим током?

Задачи и упражнения

1.(a) Сколько мощности рассеивается при коротком замыкании 240 В переменного тока через сопротивление 0,250 Ом? б) Какой ток течет?

2. Какое напряжение возникает при коротком замыкании 1,44 кВт через сопротивление 0,100 Ом?

3. Найдите ток, протекающий через человека, и определите вероятное воздействие на него, если он коснется источника переменного тока напряжением 120 В: (а) если он стоит на резиновом коврике и предлагает полное сопротивление 300 кОм; (б) если она стоит босиком на мокрой траве и имеет сопротивление всего 4000 кОм.

4. Принимая ванну, человек касается металлического корпуса радиоприемника. Путь через человека к водосточной трубе и земле имеет сопротивление 4000 Ом. Какое наименьшее напряжение на корпусе радио может вызвать фибрилляцию желудочков?

5. Глупо пытаясь выудить горящий кусок хлеба из тостера металлическим ножом для масла, человек контактирует с напряжением 120 В переменного тока. Он даже не чувствует этого, потому что, к счастью, на нем туфли на резиновой подошве. Какое минимальное сопротивление пути, по которому ток проходит через человека?

6.(а) Во время операции ток величиной всего 20,0 мкА, приложенный непосредственно к сердцу, может вызвать фибрилляцию желудочков. Если сопротивление обнаженного сердца составляет 300 Ом, какое наименьшее напряжение представляет эту опасность? (b) Подразумевает ли ваш ответ, что необходимы особые меры предосторожности в отношении электробезопасности?

7. (a) Каково сопротивление короткого замыкания 220 В переменного тока, которое генерирует пиковую мощность 96,8 кВт? (b) Какой была бы средняя мощность, если бы напряжение составляло 120 В переменного тока?

8.Дефибриллятор сердца пропускает 10,0 А через туловище пациента в течение 5,00 мс в попытке восстановить нормальное сердцебиение. а) Сколько заряда прошло? (б) Какое напряжение было приложено, если было рассеяно 500 Дж энергии? (c) Какое сопротивление было на пути? (d) Найдите повышение температуры в 8,00 кг пораженной ткани.

9. Integrated Concepts Короткое замыкание в шнуре электроприбора на 120 В имеет сопротивление 0,500 Ом. Рассчитайте превышение температуры 2,00 г окружающих материалов, принимая их удельную теплоемкость равной 0.200 кал / г ºC и что автоматическому выключателю требуется 0,0500 с для отключения тока. Это может быть опасно?

10. Температура увеличивается на 860ºC. Очень вероятно, что это повредит.

11. Создайте свою проблему Представьте себе человека, работающего в среде, где электрические токи могут проходить через ее тело. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете сопротивление изоляции, необходимое для защиты человека от повреждений. Среди вещей, которые следует учитывать, — напряжение, которому может подвергнуться человек, вероятное сопротивление тела (сухой, влажный,…) и допустимые токи (безопасные, но ощутимые, безопасные и неощутимые,…).

Глоссарий

термическая опасность:: опасность, при которой электрический ток вызывает нежелательные тепловые эффекты

опасность поражения электрическим током:: при прохождении электрического тока через человека

короткое замыкание:: , также известный как «короткий» путь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения

чувствительность к микрошоку:: состояние, при котором сопротивление кожи человека обходится, возможно, с помощью медицинской процедуры, что делает человека уязвимым для поражения электрическим током при токах около 1/1000 от обычно необходимого уровня

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 230 кВт (б) 960 А

3. (а) 0,400 мА, нет эффекта (б) 26,7 мА, мышечное сокращение на время шока (не могу отпустить)

5. 1,20 × 10 ⁵ Ом

7. (а) 1,00 Ом (б) 14,4 кВт

Незначительные поражения электрическим током и ожоги: симптомы, причины и лечение

Обзор поражения электрическим током

Поражение электрическим током происходит при контакте человека с источником электрической энергии. Электрическая энергия проходит через часть тела, вызывая шок.Воздействие электрической энергии может привести к отсутствию травм или к серьезным повреждениям или смерти.

Ожоги — наиболее частое поражение электрическим током.

Причины поражения электрическим током

Подростки и взрослые склонны к поражению высоким напряжением, вызванным опасными исследованиями и воздействием на работу. Около 1000 человек в Соединенных Штатах ежегодно умирают в результате поражения электрическим током. Большинство этих смертей связано с производственными травмами.

Многие переменные определяют, какие травмы могут произойти, если таковые имеются.Эти переменные включают тип тока (переменный или постоянный), величину тока (определяемую напряжением источника и сопротивлением задействованных тканей) и путь электричества через тело. Электричество низкого напряжения (менее 500 вольт) обычно не причиняет серьезных травм людям. Воздействие электричества высокого напряжения (более 500 вольт) может привести к серьезным повреждениям.

Продолжение

Если вы собираетесь помочь кому-то, кто пострадал от поражения электрическим током, вы должны быть очень осторожны, чтобы не стать второй жертвой аналогичного поражения электрическим током.Если высоковольтная линия упала на землю, это может означать распространение тока по кончику линии. Лучше всего позвонить в службу 911. Электроэнергетическая компания будет уведомлена, чтобы можно было отключить электричество. У пострадавшего, упавшего с высоты или получившего сильное потрясение, вызвавшее множественные толчки, может быть серьезная травма шеи, и его нельзя перемещать без предварительной защиты шеи.

Дети не часто получают серьезные травмы от электричества. Они подвержены поражению электрическим током из-за низкого напряжения (110–220 вольт), характерного для обычного бытового тока.В одном исследовании у детей в возрасте 12 лет и младше электрические шнуры и удлинители бытовой техники стали причиной более 63% травм. Настенные розетки стали причиной 15% травм.

Признаки поражения электрическим током

У человека, пострадавшего от поражения электрическим током, может быть очень мало внешних признаков травмы или могут быть очевидные серьезные ожоги. У человека может быть остановка сердца.

Ожоги обычно наиболее серьезны в местах соприкосновения с источником электрического тока и землей.Руки, пятки и голова — общие точки соприкосновения.
Помимо ожогов, возможны и другие травмы, если человека отбросило от источника электрического тока путем сильного мышечного сокращения. Следует учитывать возможность травмы позвоночника. У человека могут быть внутренние травмы, особенно если он испытывает одышку, боль в груди или боль в животе.
Боль в руке или ноге или деформация части тела могут указывать на возможный перелом кости в результате поражения электрическим током.
У детей типичный электрический ожог рта от укуса электрического шнура проявляется в виде ожога на губе. Эта область имеет красный или темный обугленный вид.

Когда обращаться за медицинской помощью

При высоковольтном разряде обратитесь за помощью в отделение неотложной помощи больницы. После разряда низкого напряжения вызовите врача по следующим причинам:

Прошло более 5 лет с момента вашей последней ревакцинации от столбняка
Ожоги, которые плохо заживают
Ожоги с нарастающим покраснением, болезненностью или дренажом
Любое поражение электрическим током беременной женщины

Человек, пораженный высоким напряжением (500 вольт или более), должен быть осмотрен в отделении неотложной помощи.Может быть разумным получить добольничную помощь, обычно по телефону 911. После электрошока низкого напряжения обратитесь в отделение неотложной помощи по следующим вопросам:

Любой заметный ожог кожи
Любой период потери сознания
Любой онемение, покалывание, паралич, проблемы со зрением, слухом или речью
Спутанность сознания
Затрудненное дыхание
Судороги
Любое поражение электрическим током при беременности более 20 недель
Любые другие тревожные симптомы

Обследования и анализы

В отделении неотложной помощи врач прежде всего должен определить, существует ли существенная невидимая травма.Электричество может привести к травмам мышц, сердца или головного мозга, а также к травмам и костям или другим органам в результате попадания электрического тока.

Врач может назначить различные анализы в зависимости от истории болезни и медицинского осмотра. Тесты могут включать в себя любое из следующего или ничего из следующего:

ЭКГ для проверки сердца
Общий анализ крови
Анализ крови или мочи или оба анализа на мышечные ферменты (может указывать на значительное повреждение мышц)
Рентген для поиска переломов или вывихи, оба из которых могут быть вызваны почти электрическим током
Компьютерная томография

Лечение электрическим током Самостоятельный уход в домашних условиях

Кратковременные разряды низкого напряжения, которые не вызывают никаких симптомов, или ожоги кожи не требуют забота.В случае поражения электрическим током или поражения электрическим током, приведшего к ожогам, обратитесь за помощью в отделение неотложной помощи больницы. Врач должен оценить ожоги от электрического шнура до рта ребенка.

Лечение

Лечение зависит от тяжести ожогов или характера других обнаруженных травм.

Ожоги лечатся в зависимости от степени тяжести.
Легкие ожоги можно лечить с помощью местных мазей с антибиотиками и повязок.
Более серьезные ожоги могут потребовать хирургического вмешательства для очистки ран или даже пересадки кожи.
Сильные ожоги рук, ног или кистей рук могут потребовать хирургического вмешательства для удаления поврежденной мышцы или даже ампутации.
Другие травмы могут потребовать лечения.
При травмах глаза могут потребоваться обследование и лечение у офтальмолога, окулиста.
Сломанные кости требуют наложения шин, наложения гипса или хирургического вмешательства для стабилизации костей.
Внутренние травмы могут потребовать наблюдения или хирургического вмешательства.

Дальнейшие действия по профилактике

Действия по предотвращению поражения электрическим током зависят в первую очередь от возраста вовлеченных людей.

У детей младше 12 лет большинство травм электрическим током происходит из-за шнуров питания. Осмотрите свои шнуры питания и удлинители. Замените все шнуры с порванными или потрескавшимися наружными покрытиями, а также шнур с оголенным проводом.
Не позволяйте детям играть с электрическим шнуром.
Ограничьте использование удлинителей и убедитесь, что шнур рассчитан на ток (измеряется в амперах), который потребляется устройством, на которое подается питание.
Используйте крышки розеток, чтобы защитить младенцев от использования электрических розеток.
Обновите старые незаземленные электрические розетки до заземленных (трехконтактных) систем. Замените выходы возле любой воды (раковина, ванна) на выходы с предохранителями (GFCI).
У детей старше 12 лет большинство электротравм возникает в результате исследования и деятельности вокруг мощных систем. Объясните детям-подросткам, что им не следует взбираться на вышки, играть возле трансформаторных систем, исследовать рельсы электрифицированных поездов или другие электрические системы.
Здравый смысл у взрослых помогает снизить риск поражения электрическим током.Люди, работающие с электричеством, должны всегда проверять, что питание отключено, прежде чем работать с электрическими системами. Избегайте использования любых электрических устройств рядом с водой. Будьте осторожны, не стойте в воде при работе с электричеством.
Соблюдайте осторожность, находясь на открытом воздухе во время грозы с молниями. Защитите себя от ударов молнии, укрывшись в прочном здании или пригнувшись, подальше от деревьев и металлических предметов, если вас поймают на открытом воздухе.

Outlook

Восстановление после поражения электрическим током зависит от характера и тяжести травм.Процент обожженной площади тела является наиболее важным фактором, влияющим на прогноз.

Если человек, получивший удар электрическим током, не страдает немедленной остановкой сердца и не получит серьезных ожогов, он, скорее всего, выживет.

Инфекция — самая частая причина смерти людей, госпитализированных в результате поражения электрическим током.

Электрическое повреждение головного мозга может привести к необратимым эпилептическим припадкам, депрессии, тревоге или другим изменениям личности.

Мультимедиа

Медиа-файл 1: поражение электрическим током, контактная травма руки. Фотография Тимоти Г. Прайса, доктора медицины.

Медиа-файл 2: Ожоги электрическим током из-за протекания тока через очки в металлической оправе. Фотография Тимоти Г. Прайса, доктора медицины.

Медиа-файл 3: поражение стопы электрическим током. Фотография любезно предоставлена доктором медицины Уильямом Смоком.

Медиа-файл 4: поражение руки электрическим током.

Действие электрического тока на организм человека

Каким бывает поражение

Электрический ток

Действие электрического тока на организм человека

Воздействие электрического тока на организм человека. Оказание первой помощи при поражении электрическим током

Действие электрического тока на организм человека

Действие электрического тока на человека

10.2. Воздействие электрического тока на человека

Читайте также

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ до 1 кВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА и до 1,5 кВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1.3. Ориентация на человека и на пользователя

7.16. Мышление человека и животных

Глава 7 Работа электрического потенциального поля

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ДО 1,5 КВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 1.4 Природа электрического отталкивания и закон Кулона

«И создал бог человека…»

Исполнится ли мечта человека?

Глава 15 Внутренняя структура электрического потенциального поля

3.2.3. Атакующее воздействие

3.9. Атакующее воздействие со знанием сообщения

9. Ультразвуковое воздействие

2.2. СОЗДАНИЕ ПЕРВОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

2.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТА

2.12. ПЕРВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ

1 Введение | Возможные последствия для здоровья от воздействия электрических и магнитных полей в жилых помещениях

Воздействие и физические взаимодействия — возможные последствия для здоровья от воздействия электрических и магнитных полей в жилых помещениях

Определение терминов

Методы оценки воздействия

Общие проблемы

Методы измерения и приборы

Расчет поля

Индуцированные поля и токи

Воздействие электрического поля

ТАБЛИЦА 2-15

Воздействие магнитного поля

ТАБЛИЦА 2-16

ТАБЛИЦА 2-17

Радиация и здоровье

Воздействие полей крайне низкой частоты

Источники поля КНЧ и облучение в жилых помещениях

Оценка целевой группы

Краткосрочные эффекты

Возможные долгосрочные последствия

Международные руководящие принципы воздействия

Руководство ВОЗ

Дополнительная литература

Для получения дополнительной информации обращайтесь:

Линии электропередач, электрические устройства и сверхнизкочастотное излучение

Что такое излучение крайне низкой частоты (СНЧ)?

Электрические и магнитные поля

Как люди подвергаются воздействию СНЧ-излучения?

Вызывает ли КНЧ-излучение рак?

Исследования в лаборатории

Исследования на людях

У детей

У взрослых

Что говорят экспертные агентства

Как избежать воздействия КНЧ-излучения?

Линии электропередачи

Электротравма: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

Опасность поражения электрическим током и человеческое тело

Цели обучения

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

Незначительные поражения электрическим током и ожоги: симптомы, причины и лечение

Обзор поражения электрическим током

Причины поражения электрическим током

Продолжение

Признаки поражения электрическим током

Когда обращаться за медицинской помощью

Обследования и анализы

Лечение электрическим током Самостоятельный уход в домашних условиях

Лечение

Дальнейшие действия по профилактике

Outlook

Мультимедиа