Вплив струму на організм людини. Заходи техніки безпеки під час роботи з електричними пристроями



Скачати 173.24 Kb.
Дата конвертації26.10.2017
Розмір173.24 Kb.
ТипПовідомлення

Тема:  Вплив струму на організм людини. Заходи техніки безпеки під час роботи з електричними пристроями. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Робота і потужність струму. Теплова дія струму. Закон Джоуля – Ленца. Електрорушійна сила (ЕРС). Закон Ома для повного кола.

Мета: розглянути закон Ома для повного кола, ввести характеристики повного кола, закріпити дані знання практично вивчити теплову дію електричного струму; познайомити учнів із практичним застосуванням теплової дії струму у деяких електронагрівальних приладах, розширяючи політехнічний кругозір учнів; навчити користуватися паспортами деяких електронагрівальних приладів, їх технічними характеристиками;

  • розвивати екологічне мислення, розглядати явища та прилади з точки зору впливу на оточуюче середовище.

  • звернути увагу школярів на проблему збереження електроенергії та енергоресурсів.

Обладнання: таблиця, збірники задач.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку.

  1. Організаційний момент.

    1. Облік.

    2. Повідомлення теми і мети уроку.

  1. Актуалізація розумової діяльності учнів.

  1. Сформулювати закон Ома для ділянки кола.

  2. Що називають електрорушійною силою?

  3. Що називають найпростішим електричним колом?

  4. Яка величина називається опором?

  5. Одиниці вимірювання сили струму та напруги?

  6. Що таке питомий опір та одиниці його вимірювання?

  7. Який напрям прийнятий за напрямок струму?

  8. Який заряд електрона?

  1. Викладення нового матеріалу

Небезпека ураження електричним струмом.

Електричний струм. Протікання електричного струму через живу тканину організму людини викликає різні ефекти. Так, проходячи через організм людини, електричний струм справджує термічну, електролітичну, механічну і біологічну дії.

Термічна дія струму є наслідком перетворення електричної енергії в теплову при проходженні через ділянки тіла людини. Вона виявляється у виді опіків окремих ділянок тіла, нагріванні до високої температури органів, що лежать на шляху протікання електричного струму. При тривалому нагріванні в органах можуть спостерігатися функціональні розлади.

Електролітична дія струму виражається в розкладанні внутрішньоклітинної  рідини і крові на позитивні і негативні іони, що викликає зміну їхнього фізико-хімічного складу.

Механічна дія струму виражається у виникненні електродинамічного ефекту, що може спричинити розшарування, розриви тканин організму.

Біологічна дія  виявляється в роздратуванні і порушенні живих тканин організму електричним струмом, величина якого значно перевищує рівень біострумів, що може виявлятися в порушенні внутрішніх біоелектричних процесів.

Перераховані дії електричного струму на організм людини нерідко приводять до різних електричних травм, які розділяються на дві основні групи: 1 – місцеві електричні травми; 2 – електричні удари.



Місцеві електричні травми викликають ураження окремих ділянок живих тканин організму людини.

Електричні удари призводять до ураження життєво важливих органів.

При електричних ударах струм впливає на групи м'язів тіла людини, що може привести до судорог, до зупинки подиху чи серця.

До основних місцевих електричних травм відносяться: електричний опік, металізація шкіри, електричні знаки, механічні ушкодження і електрофтальмія.

Електричні опіки виникають у наслідок термічного ефекту при проходженні струму через тіло людини, а також при зовнішньому впливі на нього електричної дуги. Зовнішній вигляд опіків може бути різний – від почервоніння шкіри й утворення міхурів з рідиною до обвуглювання біологічних тканин.

Металізація шкіри зв'язана з дифузією в неї дрібних часток металу у разі ділянки тіла людини до струмоведучої частини чи при частковому  розплавлюванні такої частини під дією електричної дуги.

Механічні ушкодження обумовлені судорожним скороченням м'язів тіла, що може викликати їхній розрив чи ушкодження шкірних покривів, нервових волокон, сухожиль, вивих суглобів і навіть перелом кісток.

Електрофтальмія – запалення зовнішніх слизуватих оболонок ока – роговиці і кон’юктиви під дією потужного УФ-випрмінювання електричної дуги. 

Фактори, що впливають на ступінь ураження людини електричним струмом, є різноманітними. Це насамперед сила струму і час проходження його через організм людини, рід струму (перемінний чи постійний), шлях струму в тілі людини, а при дії перемінного струму – його частота.

Основним фактором, який визначає ступінь ураження людини, є величина електричного струму, що протікає через тіло людини. Цей параметр визначається, в основному, опором рогового шару шкіри, який при сухому її стані і відсутності ушкоджень може складати сотні тисяч Ом. При вологому чи ушкодженому шкірному покриві опір тіла людини падає до сотень Ом. При великих напругах, а також при значному часі протікання струму опір тіла людини знижується ще більше, що веде до росту струму і, як наслідок – до більш важкого ступеню ураження електричним струмом.

Відповідно до характеру впливу струму на людину, у залежності від його величини він підрозділяється на 4 групи: 1 – невідчутний; 2 – відчутний; 3 – невідпускаючий; 4 – смертельний.

Якщо аналізувати дію перемінного електричного струму частотою 50 Гц на організм людини, то можна вказати наступні порогові значення цих його категорій.

Відчутний струм. Такими вважаються його величини, при яких людина відчуває його дію, але може самостійно звільнитися від проводу чи тієї частини електричної установки які виявилися під напругою. Величина порогу відчутного струму лежить у межах 0,6...1,5 мА.

Струм, при якому потерпілий не може самостійно відірватися від струмоведучих частин, називається невідпускаючим. Порогова величина такого струму знаходиться у діапазоні 8...10 мА.



Смертельним струмом для людини виявляються його величини більшій, ніж 100 мА.

Перемінний струм у порівнянні з постійним більш небезпечний. Відповідні дослідження показують, що найбільш небезпечним є перемінний струм частотою 20...100 Гц. Саме цьому діапазону відповідає і струм промислової частоти (50 Гц).

Протікання струму через організм людини може здійснюватися самими різними шляхами. З усіх можливих шляхів протікання струму через тіло людини  найбільш небезпечними є ті, при яких уражається головний чи спинний мозок, а також серце чи легені У першому випадку особливо небезпечними шляхами протікання струму є «голова – права чи ліва рука», «голова – ноги», а у другому  – «права чи ліва рука – ноги», «права – ліва рука».  

На небезпеку ураження електричним струмом значний вплив роблять і параметри мікроклімату у виробничому приміщенні. Так, збільшення температури, відносної вологості, зниження рухливості повітря приводять до росту виділення вологи на поверхні шкірного покриву, що обумовлює зниження опору шкірних покривів і, як наслідок, – підвищує небезпеку ураження людини електричним струмом.



Захист від дії електричного струму на організм людини реалізується наступними напрямками:

·     відповідною конструкцією електричних установок. (До електричних установок відносяться пристрої, що генерують, переробляють, передають і споживають електричну енергію);

·     організаційними заходами;

·     застосуванням технічних методів і засобів захисту.



Причини ураження електричним струмом.

Основними причинами електротравматизму є:

— недостатня навченість, несвоєчасна перевірка знань та присвоєння груп кваліфікації за технікою безпеки персоналу, котрий обслуговує електроустановки;

— порушення правил влаштування, технічної експлуатації та техніки безпеки електроустановок;

— неправильна організація праці;

— неправильне розташування пускової апаратури та розподільних пристроїв, захаращеність підходів до них;

— порушення правил виконання робіт в охоронних зонах ЛЕП, електричних кабелів та ліній зв'язку;

— несправність ізоляції, через що металеві неструмопровідні частини обладнання виявляються під напругою;

— обрив заземлювального провідника;

— використання електрозахисних пристроїв, котрі не відповідають умовам виконання робіт;

— виконання електромонтажних та ремонтних робіт під напругою;

— застосування проводів та кабелів, котрі не відповідають умовам виробництва та використовуваній напрузі;

— низька якість з'єднань та ремонту;

— недооцінка небезпеки струму, котрий проходить через тіло людини та напруги, впливу котрої підлягає людина, коли її ноги знаходяться на ділянці з точками різного потенціалу („крокова напруга");

— ремонт обірваного нульового провідника повітряної лінії при невимкненій мережі і приєднаному однофазовому навантаженні;

— живлення декількох споживачів від загального пускового пристроя з захистом запобіжниками, розрахованими на вимкнення найбільш потужного з них або від однієї групи розподільної шафи;

— недооцінка необхідності вимкнення електроустановки (зняття напруги) в неробочі періоди;

— виконання робіт без індивідуальних засобів електрозахисту або використання захисних засобів, котрі не пройшли своєчасного випробування;

— невиконання періодичних випробувань, зокрема перевірок опору ізоляції (електромереж, обмоток електродвигунів, котушок комутаційної апаратури, реле) та опорів заземлювальних пристроїв;

— користування електроустановками, опір ізоляції котрих не перевищує нормативних значень; використання електроустановок кустарного виготовлення, виготовлених з порушенням вимог правил електробезпеки (зокрема, розподільними та пусковими пристроями, електропечами);

— некваліфікований інструктаж робітників, котрі використовують ручні електричні машини;

— відсутність контролю за діями працівників з боку ІТП або виконавців робіт;

— відсутність маркування, запобіжних плакатів, блокувань,тимчасових огороджень місць електротехнічних робіт.



Електрорушійна сила

Повне, або замкнене електричне коло складається з двох частин: так званої внутрішньої, або джерела ЕРС і зовнішньої, яка з’єднує полюси джерела.

Джерело ЕРС, як і будь-який провідник, має певний опір, який називається внутрішнім опором і позначають звичайно r.

http://ito.vspu.net/sait/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/duplomni_rob/duplomni_2010_2011/magistr/gontar/elektr_posibnuk/teoria/zak_post_st/image167.gif

Припустимо, що до джерела електричної енергії з електрорушійною силою  і внутрішнім опором r приєднано опір R.

Нехай за час t через поперечний переріз провідника пройде заряд q=I.t.

Тоді робота сторонніх сил з переміщення заряду q:



http://ito.vspu.net/sait/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/duplomni_rob/duplomni_2010_2011/magistr/gontar/elektr_posibnuk/teoria/zak_post_st/image176.gif

За рахунок цієї роботи на зовнішніх і внутрішніх опорах виділяється кількість теплоти:



Q=I2(R+r)t.

Згідно із законом збереження енергії A=Q, або It=I2(R+r)t, звідки  IR+Ir.

Таким чином, ЕРС дорівнює сумі спадів напруг на зовнішніх і внутрішніх опорах замкнутого кола, дане співвідношення можна записати у вигляді:

http://ito.vspu.net/sait/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/duplomni_rob/duplomni_2010_2011/magistr/gontar/elektr_posibnuk/teoria/zak_post_st/image175.gif

сила струму в замкнутому колі прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна сумі зовнішніх і внутрішніх опорів.



Це є закон Ома для повного (замкнутого) кола.

Отже, сила струму в колі залежить від трьох величин, дві з яких (ЕРС і внутрішній опір) характеризують джерело, а третя – залежить від самого кола. Якщо користуватися певним джерелом електричної енергії, то  і r можна вважати сталими величинами.

Для наближеного вимірювання ЕРС джерела, вольтметр приєднують до полюсів джерела при розімкнутому зовнішньому колі. При цьому вольтметр показує спад напруги IR на самому собі, а оскільки опір вольтметра дуже великий, то при цьому R>>r і U=IR= . Чим більший опір вольтметра порівняно з внутрішнім опором джерела струму, тим точніше значення дістанемо для ЕРС.

ЕРС в замкнутому колі називають фізичну величину, що чисельно дорівнює роботі сторонніх сил із переміщення одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому колу:



ξ = Аст/q

Напругою в ділянці кола називається величина, яка чисельно дорівнює роботі кулонівських і сторонніх сил із переміщення вздовж ділянки кола одиничного позитивного заряду:



U = Δφ + ξ

Закон Ома для повного кола:




I = ξ /(R+r)
сила струму в повному колі дорівнює відношенню ЕРС джерела до повного опору кола:
R – опір зовнішньої частини кола, r – внутрішній опір джерела струму.
Наслідки закону Ома для повного кола:

а) Напруга на полюсах замкнутого джерела струму U = ξIr;

б) Напруга на полюсах розімкнутого джерела струму U = ξ;

в) Коротке замикання джерела струму Iмах = ξ / r, тобто джерело дає найбільший струм, який може дати дане джерело (R→ 0).

Зєднання елементів у батарею.



Якщо коло містить декілька послідовно ввімкнених елементів із ЕРС ξ1, ξ2, ξ3 і т. д., то повна ЕРС кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС окремих елементів. Загальний опір кола дорівнює сумі всіх опорів: Rзаг= R+r1+r2+r3.

У разі паралельного з’єднання елементів із однаковою ЕРС електрорушійна сила батареї дорівнює ЕРС одного елемента.

Послідовним з’єднанням називають таке з’єднання споживачів електроенергії, джерел струму, при якому кінець першого провідника з’єднується з початком другого, кінець другого - з початком третього і т. д.

Ми повинні знати як знайти напругу силу струму і опір при такому з’єднанні. Вам вже доводилось підключати амперметр в схему. Це і є підключення послідовно з приладами.

Викликаю два учні до дошки. Один креслить схему послідовного з’єднання, а другий учень складає цю схему.

Сила струму при такому з’єднані, оскільки нема розгалудження однакова

I=I1=I2=...In

Оскільки збільшується довжина провідника, то опір збільшується зі збільшенням кількості лампочок. Отже, R=R1+R2+R3+...

Загальна напруга дорівнює сумі напруг на ділянках кола.

U=U1+U2+U3

Використання послідовного з’єднання в гірляндах.

1. Паралельним з’єднанням називають таке з’єднання провідників, джерел струму, споживачів, при якому початки всіх провідників чи інших елементів кола приєднуються до однієї точки електричного кола, а інші кінці - до іншої.        

3. Виміряти напругу на кожній з лампочок і загальну напругу.



U=U1=U2=U3

4. Сила струму.



I=I1+I2+I3

5. Опір 


 http://ito.vspu.net/sait/inst_kaf/kafedru/matem_fizuka_tex_osv/www/duplomni_rob/duplomni_2010_2011/magistr/gontar/elektr_posibnuk/teoria/zak_post_st/image191.gif

6. Застосування паралельного з’єднання при освітленні. Всі лампочки в кімнаті підключаються паралельно.

Згадаємо, що в будь-якому джерелі електричного струму відбувається перетворення якого-небудь виду енергії (не електричної природи) в електричну. Так, наприклад, у батарейці хімічна енергія перетворюється в електричну. В електричному ж колі електрична енергія перетворюється в інші види енергій: теплову (в електронагрівальних приладах), механічну (в електродвигунах). Мірою перетворення енергії одного виду в інший є робота.

Достатньо пригадати теплову, магнітну й хімічну дії струму, як стає зрозуміло, що електричний струм має енергію. Ці дії свідчать про те, що електрична енергія може перетворюватися в теплову, світлову, механічну енергії. А будь-яке перетворення енергії з одного виду в інший характеризується виникненням роботи.

Отже, електричний струм при проходженні на певній ділянці кола виконує роботу, яку можна підрахувати.

Пригадайте означення напруги.



, де А – робота, виконується при перенесенні заряджених частинок на певній ділянці кола;

q – заряд, що переноситься на цій ділянці; U – напруга на даній ділянці кола.

Очевидно, А =U.q

Щоб визначити роботу електричного струму на певній ділянці електричного кола, потрібно напругу на цій ділянці кола помножити на заряд, перенесений через неї.

Тепер пригадайте означення сили струму:

, звідки q= I.t, тому А= Ut .

Для визначення роботи електричного струму достатньо виміряти напругу, силу струму та час проходження струму.

Якщо U=1B, I=1A, t=1C, то маємо А=1 Дж. Тому 1 Дж = 1В..1с=1В.А.c

Спробуйте проаналізувати формулу (3) і дати тлумачення одиниці роботи джоуль. Якщо маємо фізичну величину, то як чим її виміряти.

Якщо йдеться про виконання роботи, варто згадати про швидкість її виконання, тобто про потужність. Пригадайте із 7 класу:


  • Спробуйте записати формулу й одиницю потужності електричного струму.

або

  • Дайте визначення одиниці потужності 1 Вт:

або
Незалежно один під одного вони дійшли однакового висновку.
Якщо на ділянці кола, в якій тече струм, не виконується механічна робота й не відбуваються хімічні реакції, то робота електричного струму приводить тільки до нагрівання провідника. Нагрітий провідник шляхом теплопередачі віддає отриману енергію навколишнім тілам. Отже, згідно із законом збереження енергії кількість виділеної теплоти Q в цьому випадку дорівнюватиме роботі А струму:

Кількість теплоти, яка виділяється у провіднику зі струмом, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника й часу проходження струму:



Для одержання математичного виразу закона Джоуля—Ленца ми скористалися деякими припущеннями, але, як виявилося з подальших досліджень, кількість теплоти, яка виділяється в процесі проходження струму в ділянці кола, завжди можна обчислити за формулою.


На рис. 2 зображено схему досліду, який доводить закон Джоуля—Ленца.


  1. Закріплення матеріалу.

Розв’язування задач.

№1. До джерела з ЕРС 12 В і внутрішнім опором 1 Ом увімкнутий реостат, опір якого 5 Ом. Знайти силу струму в колі і напругу на затискачах джерела. (2 А; 10 В)

№2. При підключені лампочки до батареї елементів із ЕРС 4,5 В вольтметр показав напругу на лампочці 4 В, а амперметр – силу струму 0,25 А. Який внутрішній опір батареї? (2 Ом)

№3. Кислотний акумулятор з ЕРС 2 В при замиканні на зовнішній опір 4,8 Ом дає силу струму 0,4 А. Визначити внутрішній опір акумулятора і напругу на його затискачах. (0,2 Ом; 1,9 В)

№ 4. Електрична плитка при вмиканні у мережу з напругою 220 В бере силу струму 1,5 А. Спіраль плитки виготовлена з ніхромового дроту з площею поперечного перерізу 0,15 мм2. Яка довжина цього дроту?

№ 5. До джерела електричного струму з ЕРС 1,5 В і внутрішнім опором 0,5 Ом підключено опір. Визначити цей опір і напругу на ньому, якщо сила струму в колі дорівнює 0,6 А. (2 Ом; 1,2 В)



Закріплення вивченого матеріалу.

  1. Як визначають роботу електричного струму?

  2. Як визначають потужність?

  3. Назвіть одиниці вимірювання роботи й потужності.

  4. Визначити характеристики лампочки та паяльника.

ІV. Домашнє завдання.

Вивчити конспект.

Розв’яжіть задачі: В електроосвітлювальну мережу ввімкнули електроприлад потужністю 2 кВт. Яку роботу виконає електричний струм протягом 10 годин?

Обчисліть загальний опір кола, якщо всі опори мають по 3 Ом.http://shkola.ostriv.in.ua/images/publications/4/10401/content/f4.jpg



 




Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка