От чего зависит сопротивление тела человека электрическому току: Исследование особенностей электрического сопротивления тела школьника

Электрическое сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление тела
человека

Тело человека является проводником
электрического тока, при этом разные
ткани тела оказывают току разное
сопротивление. Наибольшим сопротивлением
обладает коже: её уникальное объемное
сопротивление достигает 3*10⁵…2*10⁶
Ом*см. Другие ткани, в том числе мышечная
ткань, кровь и особенно спинной и головной
мозг имеют малое сопротивление.
Следовательно, сопротивление тела
человека определеятся главным образом
сопротивлением кожи.

Кожа состоит из двух основных слоев:
наружного – эпидермиса и внутреннего
– дермы.

Наружный слой (эпидермис) имеет несколько
слоев, из которых самый верхний называют
роговым. Роговый слой состоит из многих
рядов омертвевших ороговевших клеток;
он лишен кровеносных сосудов и нервов
и является слоем неживой ткани, покрывающей
тело человека.

Роговый слой имеет толщину на разных
участках тела от 0,05 до 0,2 мм; на ладонях
и подошвах, утолщаясь, он может образовывать
мозоли, т. е. иметь значительную толщину.

Роговый слой плохо проводит тепло и
электричество. В сухом и незагрязненном
состоянии роговый слой можно рассматривать
как диэлектрик: его удельное объемное
сопротивление составляет 10⁷…10⁸
Ом*см.

Другие слои эпидермиса, лежащие под
роговым слоем и образованные в основном
из живых клеток, можно условно объединить
в один так называемый ростковый слой.
Обычно он в несколько раз тоньше рогового
слоя и обладает значительно меньшим
сопротивлением.

Внутренний слой (дерма) является живой
тканью. В нем находятся кровеносные
сосуды, нервы, корни волос, потовый и
сальные железы, выводные протоки которых
выходят на поверхность кожи, пронизывая
эпидермис. Электрическое сопротивление
дермы не велико.

Сопротивление
тела человека при сухой, чистой и
неповрежденной коже, измеренное при
напряжении 15…20В, колеблется в пределах
от 3 до 100 кОм. Если на участках кожи, где
прикладываются электроды, соскоблить
роговый слой, сопротивление тела упадет
до 1…5 кОм, а при удалении всего верхнего
слоя (эпидермиса) – до 0,5…0,7 кОм. Если
же под электродами полностью удалить
кожу, то сопротивление составить 0,3…0,5
кОм. Рисунок
1. Схема измерения сопротивления тела
человека

Сопротивление тела человека (рисунок
1.), т.е. сопротивление между электродами
1, можно условно считать состоящим из
трех последовательно включенных
сопротивлений: двух одинаковых
сопротивлений эпидермиса Rн
(сопротивления между электродом 1,
роговым слоем 2, ростковым слоем 3 и
дермой 4) и внутреннего сопротивления
Rв, которое включает в
себя два сопротивления дермы 4 и
сопротивление внутренних тканей тела
5.

Рисунок 2. Эквивалентная схема
сопротивления тела человека

Наружное сопротивление тела обладает
не только активной Rн, но
и емкостной Сн составляющей (рисунок
2). Одной обкладкой конденсатора Сн
являются токоведущие части 1, второй –
дерма 4, а диэлектриком эпидермис 2.

Согласно приведенной эквивалентной
схеме полное сопротивление тела человека
будет равно

Так как значение емкости Сн мало, то для
токов промышленной частоты сопротивление
тела человека будет равно

Rz=Rв+2*Rн

Сопротивление тела человека зависит
от приложенного напряжения, значения
и частоты тока, времени прохождения и
состояния кожи.

С увеличением приложенного напряжения
сопротивление тела человека Rz
уменьшается, что объясняется электрическим
пробоем рогового слоя.

С увеличением тока и времени его
прохождения через тело человека Rz
уменьшается, так как усиливается местный
нагрев кожи, что приводит к расширению
ее сосудов и увеличению потовыделения.

Так как сопротивление кожи на различных
участках тела неодинаково, то сопротивление
зависит от площади и плотности контактов
и места их приложения.

Переменный ток представляет большую
опасность, чем постоянный ток такого
же значения. С увеличением частоты тока
сопротивление тела человека за счет
емкостной составляющей уменьшается и
при f=(10…20) кГц можно
считать, что наружный слой кожи не имеет
сопротивления электрическому току.

Сопротивление тела человека в сильной
степени зависит от состояния кожи.
Порезы, царапины, ссадины, увлажнения
и потовыделение, загрязнение токопроводящими
веществами могут уменьшать сопротивление
кожи Rн.

Поэтому при расчетах сопротивление
тела человека Rч току
промышленной частоты считают неизменным
и равным 1000 Ом.

Электрическое сопротивление тела человека презентация, доклад

Электрическое сопротивление человека

Цель работы:
— изучить особенности влияния человеческого организма при прохождении через него электрического тока
Задачи:
изучить влияние электрического тока на организм человека;

Предмет исследования: человеческий организм.
Гипотеза исследования: электрическое сопротивление человека зависит от возраста, от особенностей строение кожи, от пола.

Зависимость сопротивления тела человека от физиологических факторов и окружающей среды

Пол и возраст:
Сопротивление тела у женщин меньше, чем у мужчин.
Сопротивление тела у детей меньше, чем у взрослых.
Сопротивление тела у молодых людей меньше, чем у пожилых.

Физические раздражения: болевые, звуковые, световые и др. раздражения могут вызвать на несколько минут снижение сопротивления на 20-50%.

Уменьшение/увеличение парциального давления кислорода соответственно снижает/повышает сопротивление человека. Отсюда в закрытых помещениях (где парциальное давление меньше) опасность поражения током при прочих равных условиях выше, чем на открытом воздухе.

Повышенная температура окружающего воздуха (30-45°С) вызывает некоторое понижение сопротивления тела человека.

Электрическое сопротивление отдельных участков тканей зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток проходит главным образом по каналам потовых и от части сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Тело человека можно рассматривать как проводник особого рода, имеющий переменное сопротивление и обладающий в какой-то мере свойствами проводников первого рода (полупроводники) и второго рода (электролиты).

Для мышечной ткани

Для жировой ткани

Удельное объемное сопротивление при токе частотой 50 Гц

Для кожи (сухой)

Для кости (без надкостницы)

Для
спинномозговой жидкости

Для крови

Сопротивление тела человека зависит от:

— состояния кожи
Сопротивление тела человека уменьшается при повреждении рогового слоя кожи, увлажнении кожи, потовыделении и загрязнении кожи.
— места приложения электродов
Сопротивления кожи у одного и того же человека неодинаково на разных участках тела. Разница в значениях сопротивления объясняется различной толщиной рогового слоя, неравномерным
распределением потовых желез на поверхности тела, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней, подмышечных впадин, тыльной стороны кисти руки.
— увеличения тока, проходящего через тело человека, что рефлекторно вызывает быструю ответную реакцию организма в виде расширения сосудов кожи, а следовательно, усиления снабжения ее кровью и повышению потоотделения, что приводит к снижению сопротивления.
— повышения напряжения, приложенного к телу человека, что вызывает уменьшение в десятки раз полного сопротивления тела человека, которое в пределе приближается к наименьшему значению сопротивления внутренних тканей человека (примерно 300 Ом).
— рода и частоты тока
Сопротивление тела человека постоянному току больше, чем переменному любой частоты.
— площади электродов
Чем больше площадь электродов,тем меньше полное сопротивление человека. Однако при частоте 10 – 20 кГц влияние площади электродов на сопротивление утрачивается.
— длительности протекания тока
При увеличении времени протекания тока через тело человека сопротивление уменьшается.

Причины поражения человека электрическим током
прикосновение к неизолированным токоведущим частям;
к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением вследствие повреждения изоляции;
к неметаллическим предметам, оказавшимся под напряжением;
поражение током напряжения шага и через дугу.

Виды поражений человека электрическим током
 
Электрические травмы — это местные поражения тканей и органов: электрические ожоги, электрические знаки и электрометаллизация кожи.

Электрические ожоги возникают в результате нагрева тканей человека протекающим через него электрическим током силой более 1 А. Ожоги могут быть поверхностные, когда поражаются кожные покровы, и внутренние — при поражении глубоколежащих тканей тела. По условиям возникновения различают контактные, дуговые и смешанные ожоги.

Скачать презентацию

3.4: Закон Ома (снова) — Workforce LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Tony R. Kuphaldt
• Schweitzer Engineering Laboratories via All About Circuits

Принцип «текущие убийства» по сути верен. Это электрический ток, который сжигает ткани, замораживает мышцы и вызывает фибрилляцию сердца. Однако электрический ток не возникает сам по себе: должно быть напряжение, чтобы заставить электроны течь через жертву. Тело человека также оказывает сопротивление току, что необходимо учитывать.

Принимая закон Ома для напряжения, тока и сопротивления и выражая его через ток при заданных напряжении и сопротивлении, мы получаем следующее уравнение:

Величина тока, протекающего через тело, равна величине напряжения, приложенного между двумя точками на этом теле, деленной на электрическое сопротивление тела между этими двумя точками. Очевидно, что чем большее напряжение может заставить электроны течь, тем легче они будут течь через любую заданную величину сопротивления. Отсюда и опасность высокого напряжения: высокое напряжение означает возможность протекания большого количества тока через ваше тело, что может ранить или убить вас. И наоборот, чем большее сопротивление тело оказывает току, тем медленнее будут течь электроны при любой заданной величине напряжения. То, насколько опасно напряжение, зависит от того, насколько велико общее сопротивление в цепи, противодействующее потоку электронов.

Сопротивление тела не является фиксированной величиной. Это варьируется от человека к человеку и время от времени. Существует даже методика измерения телесного жира, основанная на измерении электрического сопротивления между пальцами ног и пальцев человека. Различное процентное содержание жира в организме обеспечивает различное сопротивление: всего лишь одна переменная, влияющая на электрическое сопротивление в организме человека. Чтобы метод работал точно, человек должен регулировать потребление жидкости за несколько часов до теста, что указывает на то, что гидратация тела является еще одним фактором, влияющим на электрическое сопротивление тела.

Сопротивление тела также варьируется в зависимости от того, как осуществляется контакт с кожей: от руки к руке, от руки к ноге, от стопы к стопе, от руки к локтю и т. д.? Пот, будучи жидкостью, богат солями и минералами, является отличным проводником электричества. Как и кровь с таким же высоким содержанием проводящих химических веществ. Таким образом, контакт с проводом потной рукой или открытой раной будет оказывать гораздо меньшее сопротивление току, чем контакт с чистой сухой кожей.

Измеряя электрическое сопротивление чувствительным измерителем, я измеряю сопротивление примерно в 1 миллион Ом (1 МОм) между двумя руками, держа металлические щупы измерителя между пальцами. Измеритель показывает меньшее сопротивление, когда я сильно сжимаю щупы, и большее сопротивление, когда я держу их слабо. Я сижу здесь за своим компьютером, печатая эти слова, и мои руки чисты и сухи. Если бы я работал в какой-то жаркой, грязной промышленной среде, сопротивление между моими руками, вероятно, было бы намного меньше, что представляло бы меньшее сопротивление смертельно опасному току и большую угрозу поражения электрическим током.

А сколько тока вредно? Ответ на этот вопрос также зависит от нескольких факторов. Индивидуальная химия тела оказывает значительное влияние на то, как электрический ток влияет на человека. Некоторые люди очень чувствительны к току, испытывая непроизвольные сокращения мышц при ударах статическим электричеством. Другие могут высекать большие искры от разряда статического электричества и почти не ощущать этого, не говоря уже о мышечном спазме. Несмотря на эти различия, приблизительные рекомендации были разработаны с помощью тестов, которые показывают, что для проявления вредного воздействия требуется очень небольшой ток (опять же, см. в конце главы информацию об источнике этих данных). Все значения тока даны в миллиамперах (миллиампер равен 1/1000 ампера):

Таблица воздействия электричества на организм

«Гц» обозначает единицу измерения Герц , меру того, как быстро меняется переменный ток, меру, также известную как частота . Итак, столбец цифр с надписью «60 Гц переменного тока» относится к току, который чередуется с частотой 60 циклов (1 цикл = период времени, когда электроны движутся в одном направлении, затем в другом) в секунду. Последний столбец, помеченный как «10 кГц переменного тока», относится к переменному току, который совершает десять тысяч (10 000) циклов туда и обратно каждую секунду.

Имейте в виду, что эти цифры приблизительны, так как люди с разным химическим составом тела могут реагировать по-разному. Было высказано предположение, что тока всего 17 миллиампер переменного тока через грудную клетку достаточно, чтобы вызвать фибрилляцию у человека при определенных условиях. Большая часть наших данных об индуцированной фибрилляции получена в результате испытаний на животных. Очевидно, что проводить тесты индуцированной фибрилляции желудочков на людях нецелесообразно, поэтому имеющиеся данные отрывочны. О, и если вам интересно, я понятия не имею, почему женщины более восприимчивы к электрическому току, чем мужчины!

Предположим, мне нужно положить две руки на клеммы источника переменного напряжения с частотой 60 Гц (60 циклов или чередований туда и обратно в секунду). Какое напряжение потребуется при таком чистом, сухом состоянии кожи, чтобы произвести ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не смог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома (E = IR), чтобы определить это: необходимо ли в этом чистом, сухом состоянии кожи производить ток в 20 миллиампер (достаточно, чтобы я не мог отпустить источник напряжения)? Мы можем использовать закон Ома (E=IR), чтобы определить это:

Э = ИК

E = (20 мА)(1 МОм)

E = 20 000 вольт или 20 кВ

Имейте в виду, что это «наилучший сценарий» (чистая, сухая кожа) с точки зрения электробезопасности, и что это значение напряжения представляет собой величину, необходимую для индукции столбняка. Гораздо меньше потребуется, чтобы вызвать болевой шок! Также имейте в виду, что физиологические эффекты любой конкретной силы тока могут значительно различаться от человека к человеку, и что эти расчеты грубые оценки только .

Побрызгав на пальцы водой для имитации пота, я смог измерить сопротивление рукопашного боя всего 17 000 Ом (17 кОм). Имейте в виду, что только один палец каждой руки касается тонкой металлической проволоки. Пересчитав напряжение, необходимое для возникновения тока в 20 миллиампер, получим такую ​​цифру:

Э = ИК

E = (20 мА)(17 кОм)

Е = 340 вольт

В этом реалистичном состоянии достаточно 340 вольт потенциала от одной моей руки к другой, чтобы вызвать 20 миллиампер тока. Тем не менее, все еще можно получить смертельный удар от меньшего напряжения, чем это. При гораздо более низком значении сопротивления тела, увеличенном за счет контакта с кольцом (золотая полоса, обернутая по окружности пальца, составляет превосходный контакт для поражения электрическим током) или при полном контакте с крупным металлическим предметом, таким как труба или металлическая ручка инструмента, значение сопротивления тела может упасть до 1000 Ом (1 кОм), что позволяет снизить напряжение до представляют потенциальную опасность:

Э = ИК

E = (20 мА)(1 кОм)

Е = 20 вольт

Обратите внимание, что в этом состоянии 20 вольт достаточно, чтобы через человека прошел ток силой 20 миллиампер: этого достаточно, чтобы вызвать столбняк. Помните, было высказано предположение, что ток силой всего 17 миллиампер может вызвать фибрилляцию желудочков (сердца). При сопротивлении рукопашного боя 1000 Ом потребуется всего 17 вольт, чтобы создать это опасное состояние:

Э = ИК

E = (17 мА)(1 кОм)

Е = 17 вольт

Семнадцать вольт — это не очень много для электрических систем. Конечно, это «наихудший» сценарий с переменным напряжением 60 Гц и отличной проводимостью тела, но он показывает, насколько малое напряжение может представлять серьезную угрозу при определенных условиях.

Условия, необходимые для создания сопротивления тела 1000 Ом, также не обязательно должны быть такими экстремальными, как то, что было представлено (потная кожа с контактом на золотом кольце). Сопротивление тела может уменьшаться при приложении напряжения (особенно если столбняк заставляет пострадавшего сильнее сжимать проводник), так что при постоянном напряжении удар может усилиться после первого контакта. То, что начинается как легкий шок — достаточно, чтобы «заморозить» жертву, чтобы она не могла отпустить, — может перерасти во что-то достаточно серьезное, чтобы убить ее, поскольку сопротивление их тела уменьшается, а ток соответственно увеличивается.

Исследования предоставили приблизительный набор цифр электрического сопротивления точек контакта человека в различных условиях (информацию об источнике этих данных см. в конце главы):

• Провод, к которому прикоснулся палец: от 40 000 до 1 000 000 Ом сухой, от 4 000 до 15 000 Ом влажный.
• Провод, удерживаемый рукой: от 15 000 до 50 000 Ом сухой, от 3 000 до 5 000 Ом влажный.
• Металлические плоскогубцы, удерживаемые рукой: от 5000 до 10 000 Ом в сухом состоянии, от 1000 до 3000 Ом во влажном состоянии.
• Контакт с ладонью: от 3000 до 8000 Ом в сухом состоянии, от 1000 до 2000 Ом во влажном состоянии.
• Металлическая труба диаметром 1,5 дюйма, удерживаемая одной рукой: от 1000 до 3000 Ом в сухом состоянии, от 500 до 1500 Ом во влажном состоянии.
• 1,5-дюймовая металлическая труба, удерживаемая двумя руками: от 500 до 1500 кОм в сухом состоянии, от 250 до 750 Ом во влажном состоянии.
• Рука, погруженная в проводящую жидкость: от 200 до 500 Ом.
• Ножка, погруженная в проводящую жидкость: от 100 до 300 Ом.

Обратите внимание на значения сопротивления для двух условий с использованием металлической трубы диаметром 1,5 дюйма. Сопротивление, измеренное двумя руками, сжимающими трубу, составляет ровно половину сопротивления одной руки, сжимающей трубу.

Двумя руками площадь контакта с телом в два раза больше, чем одной рукой. Это важный урок: электрическое сопротивление между любыми контактирующими объектами уменьшается с увеличением площади контакта при прочих равных условиях. Держа трубку двумя руками, электроны имеют два параллельных пути, по которым текут из трубки в тело (или наоборот).

Как мы увидим в одной из последующих глав, параллельных цепных пути всегда приводят к меньшему общему сопротивлению, чем любой отдельный путь, рассматриваемый отдельно.

В промышленности 30 вольт обычно считаются консервативным пороговым значением для опасного напряжения. Осторожный человек должен расценивать любое напряжение выше 30 вольт как опасное, не полагаясь на нормальное сопротивление тела для защиты от удара. При этом держать руки чистыми и сухими, а также снимать все металлические украшения при работе с электричеством — отличная идея. Даже при более низком напряжении металлические украшения могут представлять опасность, проводя ток, достаточный для того, чтобы обжечь кожу, если они соприкасаются между двумя точками цепи. Металлические кольца, в частности, были причиной более чем нескольких обожженных пальцев, устанавливая мосты между точками в низковольтной, сильноточной цепи.

Кроме того, напряжение ниже 30 В может быть опасным, если его достаточно, чтобы вызвать неприятные ощущения, которые могут вызвать рывок и случайный контакт с более высоким напряжением или какую-либо другую опасность. Я помню, как однажды жарким летним днем ​​работал над автомобилем. Я был в шортах, моя голая нога касалась хромированного бампера автомобиля, когда я подтягивал контакты аккумулятора. Когда я коснулся металлическим ключом положительной (незаземленной) стороны 12-вольтовой батареи, я почувствовал покалывание в том месте, где моя нога касалась бампера. Сочетание плотного контакта с металлом и моей потной кожи позволило ощутить удар всего 12-вольтовым электрическим потенциалом.

К счастью, ничего страшного не произошло, но если бы двигатель работал и удар ощущался не в ноге, а в руке, я мог бы рефлекторно дернуть руку на пути вращающегося вентилятора или уронить металлический ключ на клеммы аккумулятора ( производя больших количества тока через гаечный ключ с большим количеством сопровождающих искр). Это иллюстрирует еще один важный урок, касающийся электробезопасности; что электрический ток сам по себе может быть косвенной причиной травмы, заставляя вас прыгать или сокращать части вашего тела, нанося вред.

Путь, который ток проходит через человеческое тело, влияет на то, насколько он вреден. Ток воздействует на все мышцы, находящиеся на его пути, и, поскольку мышцы сердца и легких (диафрагмы), вероятно, являются наиболее важными для выживания, пути удара, пересекающие грудную клетку, являются наиболее опасными. Это делает путь ударного тока из рук в руки очень вероятным способом получения травм и летального исхода.

Во избежание подобных ситуаций рекомендуется работать только одной рукой с цепями под напряжением, находящимися под опасным напряжением, а другую руку держать в кармане, чтобы случайно ничего не задеть. Конечно, это всегда безопаснее работать с обесточенной цепью, но это не всегда практично или возможно. При работе одной рукой правая рука обычно предпочтительнее левой по двум причинам: большинство людей правши (что обеспечивает дополнительную координацию при работе), а сердце обычно расположено слева от центра в грудной полости.

Для левшей этот совет может оказаться не самым лучшим. Если такой человек недостаточно координирует свою правую руку, он может подвергать себя большей опасности, используя руку, с которой ему наименее комфортно, даже если ударный ток через эту руку может представлять большую опасность для его сердца. Относительная опасность удара током одной рукой или другой, вероятно, меньше, чем опасность работы с менее чем оптимальной координацией, поэтому выбор руки лучше оставить на усмотрение человека.

Наилучшей защитой от поражения электрическим током от цепи под напряжением является сопротивление, а сопротивление телу можно повысить с помощью изолированных инструментов, перчаток, обуви и другого снаряжения. Ток в цепи представляет собой функцию доступного напряжения, деленную на общее сопротивление на пути потока. Как мы рассмотрим более подробно позже в этой книге, сопротивления имеют аддитивный эффект, когда они сложены таким образом, что существует только один путь для движения электронов:

.

Теперь увидим эквивалентную схему для человека в утепленных перчатках и сапогах:

Поскольку электрический ток должен пройти через ботинок и тело и перчатку, чтобы завершить свою цепь обратно к батарее, сумма ( сумма ) этих сопротивлений противодействует потоку электронов в большей степени, чем любое сопротивлений, рассматриваемых индивидуально.

Безопасность — одна из причин, по которой электрические провода обычно покрывают пластиковой или резиновой изоляцией: чтобы значительно увеличить сопротивление между проводником и кем-либо или чем-либо, кто может с ним соприкоснуться. К сожалению, было бы чрезмерно дорого заключать проводники линий электропередач в достаточную изоляцию, чтобы обеспечить безопасность в случае случайного контакта, поэтому безопасность поддерживается за счет того, что эти линии находятся достаточно далеко от досягаемости, чтобы никто не мог случайно к ним прикоснуться.

• Вред для тела зависит от величины ударного тока. Более высокое напряжение позволяет производить более высокие и опасные токи. Сопротивление противодействует току, что делает высокое сопротивление хорошей защитой от ударов.
• Обычно считается, что любое напряжение выше 30 может создавать опасные ударные токи.
• Металлические украшения определенно нельзя носить при работе с электрическими цепями. Кольца, ремешки для часов, ожерелья, браслеты и другие подобные украшения обеспечивают превосходный электрический контакт с вашим телом и могут сами проводить ток, достаточный для того, чтобы вызвать ожоги кожи, даже при низком напряжении.
• Низкое напряжение все еще может быть опасным, даже если оно слишком низкое, чтобы непосредственно вызвать поражение электрическим током. Их может быть достаточно, чтобы напугать жертву, заставив ее дернуться назад и коснуться чего-то более опасного в непосредственной близости.
• При необходимости работы на «живой» цепи лучше выполнять работу одной рукой, чтобы не допустить смертельного рукопашного (через грудную клетку) пути ударного тока.

Эта страница под названием 3.4: Закон Ома (снова) распространяется в соответствии с лицензией GNU Free Documentation License 1.3 и была создана, изменена и/или курирована Тони Р. Купхалдтом (Все о цепях) через исходный контент, который был отредактирован для стиль и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Тони Р. Купхалдт

   Лицензия

   ГНУ ФДЛ

   Версия лицензии

   1,3

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current
   2. источник@https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current

Учебник по физике: электрическое сопротивление

Электрон, проходящий по проводам и нагрузкам внешней цепи, встречает сопротивление. Сопротивление — это препятствие для потока заряда. Для электрона путешествие от терминала к терминалу не является прямым маршрутом. Скорее, это зигзагообразный путь, возникающий в результате бесчисленных столкновений с неподвижными атомами внутри проводящего материала. Электроны встречают сопротивление — помеху их движению. В то время как разность электрических потенциалов, установленная между двумя клеммами поощряет движение заряда, сопротивление препятствует ему . Скорость, с которой заряд течет от клеммы к клемме, является результатом совместного действия этих двух величин.

Переменные, влияющие на электрическое сопротивление

Поток заряда по проводам часто сравнивают с потоком воды по трубам. Сопротивление потоку заряда в электрической цепи аналогично эффектам трения между водой и поверхностью трубы, а также сопротивлению, оказываемому препятствиями, присутствующими на его пути. Именно это сопротивление препятствует течению воды и снижает как скорость ее течения, так и ее дрейф скорость. Подобно сопротивлению потоку воды, на общее сопротивление потоку заряда внутри провода электрической цепи влияют некоторые четко определяемые переменные.

Во-первых, общая длина проводов влияет на величину сопротивления. Чем длиннее провод, тем больше будет сопротивление. Существует прямая зависимость между величиной сопротивления, с которым сталкивается заряд, и длиной провода, по которому он должен пройти. Ведь если сопротивление возникает в результате столкновений носителей заряда с атомами провода, то в более длинном проводе столкновений, вероятно, будет больше. Больше столкновений означает большее сопротивление.

Во-вторых, площадь поперечного сечения проводов влияет на величину сопротивления. Более широкие провода имеют большую площадь поперечного сечения. Вода будет течь по более широкой трубе с большей скоростью, чем по узкой. Это может быть связано с меньшим сопротивлением, которое присутствует в более широкой трубе. Таким же образом, чем шире провод, тем меньше сопротивление будет потоку электрического заряда. Когда все остальные переменные одинаковы, заряд будет течь с большей скоростью по более широким проводам с большей площадью поперечного сечения, чем по более тонким проводам.

Третьей переменной, которая, как известно, влияет на сопротивление потоку заряда, является материал, из которого сделан провод. Не все материалы созданы равными с точки зрения их проводящей способности. Некоторые материалы являются лучшими проводниками, чем другие, и оказывают меньшее сопротивление потоку заряда. Серебро — один из лучших проводников, но в проводах бытовых цепей его никогда не используют из-за его дороговизны. Медь и алюминий относятся к числу наименее дорогих материалов с подходящей электропроводностью, позволяющей использовать их в проводах бытовых цепей. Проводящая способность материала часто определяется его удельное сопротивление . Удельное сопротивление материала зависит от электронной структуры материала и его температуры. Для большинства (но не для всех) материалов удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры. В таблице ниже приведены значения удельного сопротивления для различных материалов при температуре 20 градусов Цельсия.

Как видно из таблицы, существует широкий диапазон значений удельного сопротивления для различных материалов. Те материалы с более низким удельным сопротивлением оказывают меньшее сопротивление потоку заряда; они лучшие проводники. Материалы, показанные в последних четырех строках вышеприведенной таблицы, обладают таким высоким удельным сопротивлением, что их даже нельзя считать проводниками.

Используйте виджет Удельное сопротивление материала для поиска удельного сопротивления данного материала. Введите название материала и нажмите кнопку Submit , чтобы узнать его удельное сопротивление.

Математическая природа сопротивления

Сопротивление — это числовая величина, которую можно измерить и выразить математически. Стандартной метрической единицей сопротивления является ом, обозначаемый греческой буквой омега — . Электрическое устройство, имеющее сопротивление 5 Ом, будет представлено как Р = 5 . Уравнение, представляющее зависимость сопротивления ( R ) проводника цилиндрической формы (например, провода) от переменных, влияющих на него, имеет вид

, где L представляет длину провода (в метрах), представляет собой площадь поперечного сечения провода (в метрах ² ) и представляет собой удельное сопротивление материала (в ом•метрах). В соответствии с обсуждением выше, это уравнение показывает, что сопротивление провода прямо пропорционально длине провода и обратно пропорционально площади поперечного сечения провода. Как показывает уравнение, зная длину, площадь поперечного сечения и материал, из которого сделан провод (и, следовательно, его удельное сопротивление), можно определить сопротивление провода.

Расследуй!

Резисторы являются одним из наиболее распространенных компонентов в электрических цепях. На большинстве резисторов нарисованы полосы или полосы цветов. Цвета отображают информацию о значении сопротивления. Возможно, вы делаете лабораторную работу и вам нужно знать сопротивление резистора, используемого в лаборатории. Используйте виджет ниже, чтобы определить значение сопротивления по цветным полоскам.

1. Бытовые цепи часто подключаются проводами двух разных размеров: 12-го и 14-го калибра. Проволока 12-го калибра имеет диаметр 1/12 дюйма, а проволока 14-го калибра имеет диаметр 1/14 дюйма. Таким образом, провод 12-го калибра имеет большее сечение, чем провод 14-го калибра. Цепь на 20 А, используемая для настенных розеток, должна быть подключена с использованием провода калибра 12, а цепь на 15 А, используемая для цепей освещения и вентиляторов, должна быть подключена с помощью провода калибра 14. Объясните физику такого электрического кода.

2. Основываясь на информации, изложенной в предыдущем вопросе, объясните риск, связанный с использованием провода 14-го калибра в цепи, которая будет использоваться для питания 16-амперной пилы.