Что мы знаем об электротоке?

Сегодня каждый из нас многократно в течение дня сталкивается с электрическим током – использует электроприборы, включает освещение, работает за компьютером, однако совершенно очевидно, что так было не всегда. Человек «обуздал» электричество сравнительно недавно в своей истории, но за этот период успел провести большое количество исследований природы данного явления и неоднократно столкнуться с неожиданностями. Приручённый ток обеспечивает повседневный комфорт и связь с внешним миром, а потому порой кажется, что он может быть лишь добрым другом и не несёт никакой опасности. В рамках данной статьи мы хотели бы поговорить о многогранности этого явления, его опасности и интересных фактах, связанных с электротоком.

Опасный помощник

Пожалуй, правильнее всего будет начать с аспектов безопасности, ведь именно они являются залогом жизни и здоровья человека. Ток опасен для людей в первую очередь тем, что в нашем организме нет системы, отвечающей за восприятие электромагнитного поля. Некоторые животные способны отчётливо ощущать его – так же как запахи или звуки, однако человек такой возможности лишён. В связи с указанным фактом, очевидно, что каждый случай поражения током становится абсолютной неожиданностью – не только для любопытного ребёнка, решившего исследовать розетку, но и для монтажника, который всю жизнь работает с электричеством.

Ток беспристрастен: он наказывает и за детскую шалость, и за непрофессионализм, и за несоблюдение правил монтажа, и просто за невнимательность. Сейчас мы настолько привыкли к электричеству в своих домах, что практически никогда не задумываемся о том, в какой мере мы на самом деле защищены. Щёлкая выключателем или включая какой-либо прибор в розетку, между нашей рукой и потоком электронов находятся барьеры минимальной толщины – всего несколько миллиметров пластика или полимерной изоляции. Стоит им хотя бы незначительно повредиться – и человек уже в зоне риска.

Ещё один фактор – недостаточная теоретическая осведомлённость. Каждый взрослый человек в целом знает, что ток представляет угрозу для здоровья и жизни, однако, доступно и аргументированно объяснить другому (например, маленькому ребёнку), как и почему он опасен, зачастую не в состоянии. Ограничиваясь словом «нельзя», мы лишь подогреваем интерес к запретному, а не предохраняем от опасности. Именно поэтому случаев детского травматизма от электротока так много – первопричиной в абсолютном большинстве случаев становится не поломка домашней техники или пробой фазы на корпуса приборов, от которых смогла бы спасти защитная автоматика, а именно целенаправленное изучение розетки любопытным ребёнком.

Кроме неполного понимания ситуации и слабой теоретической базы, многим также не хватает фактической осведомлённости. К примеру, все мы слышали об опасности высоковольтных проводов и кабелей, откуда автоматически сделали вывод, что в токе опасно напряжение. На самом же деле, величина повреждения тела человека полностью будет определяться силой тока, а не напряжением. Чудесным примером тому послужит множество мелких бытовых приборов на батарейках, которые имеют немалый вольтаж, но крайне небольшую силу тока. Наконец, различные миостимуляторы, используемые спортсменами для точечной проработки мышц или врачами для реабилитации опорно-двигательного аппарата пациентов, работают именно по этому принципу. Напряжение в подобных устройствах может превышать привычное сетевое в два, три или четыре с лишним раза, однако сила тока поддерживается настолько малой, что организм ощущает лишь лёгкое подёргивание мышц.

Кроме того, многие люди забывают, что ток – это не абсолютный термин, а лишь общее название для некоторой группы родственных явлений. Минимальное разграничение между ними проходит в плоскости разделения переменного и постоянного тока. Первый мы привыкли использовать в быту, в общедомовой электросети, а со вторым сталкиваемся, когда устанавливаем батарейку в настенные часы или какое-либо портативное устройство. При этом постоянный ток можно назвать несколько более «простым». В случае с ним полярность предопределена: в системе есть заведомо известные плюс и минус, которые должны располагаться правильно относительно цепи питания. При ошибке расположения полюсов устройство просто не будет работать. А вот переменный ток, который питает всю нашу технику, компьютеры, люстры и бытовые устройства, имеет другую природу. Здесь полярность постоянно меняется, и эта смена называется частотой. Стандарт нашей электросети – 50 Гц, что означает смену «плюса» и «минуса» 50 раз в секунду. Следует сказать, что при неблагополучном стечении обстоятельств человек не сможет моментально почувствовать существенной разницы от поражения током определённого типа. Ни один из них не является более опасным или разрушительным, чем другой, при одинаковых характеристиках, однако общее влияние и последствия от воздействия разных типов будут отличаться. При этом различий обычно добавляет и то, что удар током разного рода случается в непохожих обстоятельствах, то есть заметное влияние на результат оказывают условия окружающей среды и параметры взаимодействия.

Немало людей уверены, что постоянного тока вообще не стоит бояться. Правда ли это? Конечно, нет! Данное убеждение возникло из-за того, что мы привыкли видеть данный род электротока в источниках с малым амперажом и напряжением. При силе тока до 3 миллиампер человек может спокойно касаться проводника – такие величины человеческим организмом не воспринимаются. В диапазоне от 5 до 10 мА уже можно ощутить некоторый зуд или покалывание в месте прикосновения, а также почувствовать нагрев кожи. Ток в 20-25 мА добавит к перечисленным выше ощущениям слабое непроизвольное сокращение мышц, а в 50-80 мА сделает их настолько сильными, что в ряде случаев возможны сбои в дыхании или дыхательный паралич. При достаточно продолжительном воздействии сила постоянного тока в 90-100 мА является смертельной, поскольку провоцирует серьёзное удушье.

В свою очередь, у переменного тока свои диапазоны. Сила тока до полутора миллиампер выражается через лёгкое дрожание пальцев, а ближе к трём миллиамперам переходит в выраженный самопроизвольный тремор. Ампераж в 5-10 мА приводит к сильным судорогам и боли в мышцах, однако оставляет человеку шансы на управление собственными конечностями. Ток в 20-25 мА провоцирует полный паралич, усложняет дыхание и почти лишает контроля над мышцами. Сила в 50-80 мА вызывает нарушение в работе желудочков сердца и парализует дыхание, а ток в 90-100 мА способен полностью остановить работу сердечной мышцы и привести к клинической смерти.

Результаты неудачного взаимодействия человека с электротоком в каждом случае индивидуальны. Кому-то везёт больше, кому-то – меньше. Типичные итоги: простой электроудар без значительных повреждений, провоцирующий отключение защитной автоматики в распределительном щитке, электрический ожог, зачастую локализованный на небольшой площади кожи, непосредственно касавшейся проводника, а также электрический знак – некритическое повреждение кожных покровов, оставляющее след и огрубение без длительных болевых ощущений. В более сложных ситуациях результатом может стать металлизация кожи, представляющая собой проникновение под кожу раскалённых от электрического нагрева паров металла, или электроофтальмия – нарушение зрения, вызванное поражением глаз электрической дугой. В самых сложных ситуациях возможны серьёзное обгорание кожи, ожоги внутренних органов, обезвоживание тканей и другие деструктивные процессы.

Последствия непосредственного контакта с электротоком определяются величиной сопротивления тела. Чем оно больше, тем легче человек перенесёт электроудар. Среди известных факторов, которые снижают собственное электросопротивление организма – алкогольные напитки, различные спиртосодержащие медикаменты и наркотические вещества. Очевидно, что они же являются вторичными негативными факторами – дезориентируют, снижают самоконтроль, приводят к беспечному поведению. Кроме того, медики утверждают, что некоторые виды болезней и даже физическая усталость может понизить электрическое сопротивление тела. В отдельных случаях имеет значение психологический и психический аспект: энтузиазм, тоска, перевозбуждение или апатия также способны изменить сопротивление организма, однако наукой ещё не установлена чёткая взаимосвязь между эмоциями и электрическими характеристиками тела.

Интересные факты об электричестве

Озвучив так много негатива о природе электричества и последствиях неосторожного обращения с ним, напоследок мы хотели бы порадовать наших читателей забавными фактами из страниц его истории.

• Исследователи полагают, что человек познакомился с электричеством в глубокой древности. Кроме того, что наши предки однозначно неоднократно становились свидетелями гроз с молниями, они наверняка сталкивались и с некоторыми животными, способными выдавать импульсы тока. К последним относятся скат, электрический сом и угорь.
• Древние люди научились извлекать из электричества выгоду по-своему. Наблюдая за молниями, которые били в землю, они добывали огонь и подбирали места для рытья колодцев. Сегодня мы знаем, что в таких местах действительно существует повышенная вероятность неглубокого залегания подземных вод.
• Более поздние племена использовали тот же эффект в других целях: они разрывали массовые погребения и военные курганы, в которые била молния, поскольку шанс найти там сокровища из металлов также был выше.
• Тело человека в течение жизни постоянно вырабатывает собственную электроэнергию. Этим занимаются мышцы сердца: именно их импульсы регистрируются в процессе снятия электрокардиограммы.
• Несмотря на то, что мы много наслышаны об опасности сочетания воды и электричества, сама вода как химическое вещество является диэлектриком. Ток проводят не молекулы H2O, а различные примеси, соли и загрязнения в ней. В дистилляте электрический ток не проходит.
• Классическое определение электротока как направленного движения электронов не является технически верным или единственно возможным. В некоторых аккумуляторных электролитах ток представляет собой поток ионов водорода, а в фотовспышке и ряде люминесцентных лампочек электроток формируют не только электроны, но и протоны – в чётко выверенной пропорции друг с другом.
• За всю историю существования электричества как источника электроэнергии неоднократно предпринимались попытки усовершенствовать механизм транспортировки тока. Например, в качестве проводников использовались железнодорожные рельсы: одна в качестве фазы, а вторая – в качестве нуля. Идея оказалась небезопасной для пешеходов и от неё отказались, однако со временем тот же принцип лёг в основу питания поездов метро через контактный рельс.
• Часто можно услышать заблуждение, что отцом современного электричества является Томас Эдисон. Хотя он действительно сыграл значительную роль в популяризации электричества в целом и лампочки накаливания в частности, настоящий изобретатель переменного тока для бытовых нужд – Никола Тесла. Эдисон ратовал за постоянный ток и был жёстким противником переменного.
• Очевидно, что при ударе молнии высвобождается колоссальная энергия. Почему же человек не поставил себе на службу этот эффект? Оказывается, дело в том, что даже при мощности в 50 млн. кВт, длительность самого разряда настолько мала, что при переводе в киловатт-часы мы бы получили всего 1400 кВт-ч. Таким образом, это мероприятие было бы не только не оправдано, но ещё и крайне нерентабельно: скорее всего, для улавливания энергии и её обработки понадобилось бы оборудование, которое потребляет больше, чем вырабатывает.
• На сегодняшний день наиболее популярным напряжением в мире является диапазон 220-250 В. Однако существуют страны, которые живут с вольтажом в 110-120 В и даже 100 В. Частота тока также отличается: в одних регионах она равна 50 Гц, а в других – 60 Гц.
• Разнообразие вольтажей привело к разнообразию штепселей и розеток. На сегодня в мире существует 14 базовых типов розеточных разъёмов.