Що ми знаємо про електрострум?

Сьогодні кожен з нас багато разів протягом дня стикається з електричним струмом – використовує електроприлади, вмикає освітлення, працює за комп'ютером, однак цілком очевидно, що так було не завжди. Людина «приборкала» електрику порівняно недавно у своїй історії, але за цей період встигла провести велику кількість досліджень природи даного явища та неодноразово зіткнутися з несподіванками. Приручений струм забезпечує повсякденний комфорт та зв'язок із зовнішнім світом, а тому часом здається, що він може бути лише добрим другом та не несе жодної небезпеки. У рамках даної статті ми хотіли б поговорити про багатогранність цього явища, його небезпеки та цікаві факти, пов'язані з електрострумом.

Небезпечний помічник

Мабуть, найправильніше буде почати з аспектів безпеки, адже саме вони є запорукою життя та здоров'я людини. Струм небезпечний для людей у першу чергу тим, що у нашому організмі немає системи, яка відповідає за сприйняття електромагнітного поля. Деякі тварини здатні чітко відчувати його – так само як запахи або звуки, однак людина такої можливості позбавлена. У зв'язку із зазначеним фактом, очевидно, що кожен випадок ураження струмом стає абсолютною несподіванкою – не тільки для допитливої дитини, яка вирішила дослідити розетку, але й для монтажника, який усе життя працює з електрикою.

Струм неупереджений: він карає і за дитячу витівку, і за непрофесіоналізм, і за недотримання правил монтажу, і просто за неуважність. Зараз ми настільки звикли до електрики у своїх будинках, що практично ніколи не замислюємося про те, якою мірою ми насправді захищені. Клацаючи вимикачем або вмикаючи будь-який прилад до розетки, між нашою рукою та потоком електронів перебувають бар'єри мінімальної товщини – усього кілька міліметрів пластика або полімерної ізоляції. Варто їм хоча б трохи пошкодитися – і людина вже у зоні ризику.

Ще один фактор – недостатня теоретична обізнаність. Кожна доросла людина у цілому знає, що струм становить загрозу для здоров'я та життя, однак, доступно та аргументовано пояснити іншому (наприклад, маленькій дитині), як і чому він небезпечний, часто не у змозі. Обмежуючись словом «не можна», ми лише підігріваємо інтерес до забороненого, а не захищаємо від небезпеки. Саме тому випадків дитячого травматизму від електроструму так багато – першопричиною у абсолютній більшості випадків стає не поломка побутової техніки або пробій фази на корпуси приладів, від яких змогла б врятувати захисна автоматика, а саме цілеспрямоване вивчення розетки допитливою дитиною.

Окрім неповного розуміння ситуації та слабкої теоретичної бази, багатьом також не вистачає фактичної обізнаності. Наприклад, усі ми чули про небезпеку високовольтних дротів та кабелів, звідки автоматично зробили висновок, що у струмі небезпечною є напруга. Насправді ж, величина пошкодження тіла людини повністю буде визначатися силою струму, а не напругою. Чудовим прикладом того послужить безліч дрібних побутових приладів на батарейках, які мають чималий вольтаж, але вкрай невелику силу струму. Нарешті, різні міостимулятори, використовувані спортсменами для точкового пропрацьовування м'язів або лікарями для реабілітації опорно-рухового апарату пацієнтів, працюють саме за цим принципом. Напруга у подібних пристроях може перевищувати звичну мережеву у два, три або чотири з гаком рази, проте сила струму підтримується настільки малою,що організм відчуває лише легке посмикування м'язів.

Крім того, багато людей забувають, що струм – це не абсолютний термін, а лише загальна назва для певної групи споріднених явищ. Мінімальне розмежування між ними проходить у площині поділу змінного та постійного струму. Перший ми звикли використовувати у побуті, у загальнобудинковій електромережі, а з другим стикаємося, коли встановлюємо батарейку до настінного годиннику або будь-якого портативного пристрою. При цьому постійний струм можна назвати дещо більш «простим». У випадку з ним полярність визначена наперед: у системі є наперед відомі плюс та мінус, які повинні розташовуватися правильно відносно ланцюга живлення. При помилці розташування полюсів пристрій просто не буде працювати. А ось змінний струм, який живить усю нашу техніку, комп'ютери, люстри та побутові пристрої, має іншу природу. Тут полярність постійно змінюється, і ця зміна називається частотою. Стандарт нашої електромережі – 50 Гц, що означає зміну «плюса» та «мінуса» 50 разів на секунду. Слід сказати, що при неблагополучному збігові обставин людина не зможе моментально відчути суттєвої різниці від ураження струмом певного типу. Жоден з них не є більш небезпечним або руйнівним, ніж інший, за однакових характеристик, однак загальний вплив та наслідки від впливу різних типів будуть відрізнятися. При цьому відмінностей зазвичай додає й те, що удар струмом різного роду трапляється у несхожих обставинах, тобто помітний вплив на результат чинять умови навколишнього середовища та параметри взаємодії.

Чимало людей впевнені, що постійного струму взагалі не варто боятися. Чи це правда? Звичайно, ні! Дане переконання виникло через те, що ми звикли бачити даний рід електроструму у джерелах з малим амперажем та напругою. При силі струму до 3 міліампер людина може спокійно торкатися провідника – такі величини людським організмом не сприймаються. У діапазоні від 5 до 10 мА вже можна відчути деякий свербіж або поколювання у місці дотику, а також відчути нагрів шкіри. Струм у 20-25 мА додасть до перерахованих вище відчуттів слабке мимовільне скорочення м'язів, а у 50-80 мА зробить їх настільки сильними, що у низці випадків можливі збої у диханні або дихальний параліч. При досить тривалому впливі сила постійного струму у 90-100 мА є смертельною, оскільки провокує серйозну задуху.

У свою чергу, у змінного струму свої діапазони. Сила струму до півтора міліампер виражається через легке тремтіння пальців, а ближче до трьох міліампер переходить у виражений мимовільний тремор. Ампераж у 5-10 мА призводить до сильних судом та болю у м'язах, однак залишає людині шанси на управління власними кінцівками. Струм у 20-25 мА провокує повний параліч, ускладнює дихання та майже позбавляє контролю над м'язами. Сила у 50-80 мА викликає порушення у роботі шлуночків серця та паралізує дихання, а струм у 90-100 мА здатен повністю зупинити роботу серцевого м'яза та призвести до клінічної смерті.

Результати невдалої взаємодії людини з електрострумом у кожному випадку індивідуальні. Комусь щастить більше, комусь – менше. Типові підсумки: простий електроудар без значних пошкоджень, який провокує відключення захисної автоматики у розподільному щитку, електричний опік, найчастіше локалізований на невеликій площі шкіри, яка безпосередньо торкалася провідника, а також електричний знак – некритичне пошкодження шкірних покривів, яке залишає слід та огрубіння без тривалих больових відчуттів. У більш складних ситуаціях результатом може стати металізація шкіри, яка представляє собою проникнення під шкіру розпечених від електричного нагріву парів металу, або електроофтальмія – порушення зору, викликане враженням очей електричною дугою. У найскладніших ситуаціях можливі серйозне обгорання шкіри, опіки внутрішніх органів, зневоднення тканин та інші деструктивні процеси.

Наслідки безпосереднього контакту з електрострумом визначаються величиною опору тіла. Чим він більший, тим легше людина перенесе електроудар. Серед відомих чинників, які знижують власний електроопір організму – алкогольні напої, різні спиртовмісні ліки та наркотичні речовини. Очевидно, що вони ж є вторинними негативними факторами – дезорієнтують, знижують самоконтроль, призводять до безтурботної поведінки. Окрім того, медики стверджують, що деякі види хвороб та навіть фізична втома може знизити електричний опір тіла. У окремих випадках має значення психологічний та психічний аспект: ентузіазм, туга, перезбудження або апатія також здатні змінити опір організму, однак наукою ще не встановлено чіткий взаємозв'язок між емоціями та електричними характеристиками тіла.

Цікаві факти про електрику

Озвучивши так багато негативу про природу електрики та наслідки необережного поводження з нею, наостанок ми хотіли б порадувати наших читачів кумедними фактами зі сторінок її історії.

• Дослідники вважають, що людина познайомилася з електрикою у далекій давнині. Окрім того, що наші предки однозначно неодноразово ставали свідками гроз з блискавками, вони напевне стикалися і з деякими тваринами, здатними видавати імпульси струму. До останніх належать скат, електричний сом та вугор.
• Стародавні люди навчилися отримувати з електрики вигоду по-своєму. Спостерігаючи за блискавками, які били у землю, вони добували вогонь та підбирали місця для риття колодязів. Сьогодні ми знаємо, що у таких місцях дійсно існує підвищена ймовірність неглибокого залягання підземних вод.
• Більш пізні племена використовували той самий ефект у інших цілях: вони розривали масові поховання та військові кургани, у які била блискавка, оскільки шанс знайти там скарби з металів також був вище.
• Тіло людини протягом життя постійно виробляє власну електроенергію. Цим займаються м'язи серця: саме їхні імпульси реєструються у процесі зняття електрокардіограми.
• Незважаючи на те, що ми багато чули про небезпеку поєднання води та електрики, сама вода як хімічна речовина є діелектриком. Струм проводять не молекули H2O, а різні домішки, солі та забруднення у ній. У дистиляті електричний струм не проходить.
• Класичне визначення електроструму як спрямованого руху електронів не є технічно вірним або єдино можливим. У деяких акумуляторних електролітах струм являє собою потік іонів водню, а у фотоспалаху та низці люмінесцентних лампочок електрострум формують не тільки електрони, але й протони – у чітко вивіреній пропорції один з одним.
• За усю історію існування електрики як джерела електроенергії неодноразово робилися спроби вдосконалити механізм транспортування струму. Наприклад, у якості провідників використовувалися залізничні рейки: одна у якості фази, а друга – у якості нуля. Ідея виявилася небезпечною для пішоходів та від неї відмовилися, проте з часом той самий принцип ліг до основи живлення поїздів метро через контактну рейку.
• Часто можна почути оману, що батьком сучасної електрики є Томас Едісон. Хоча він дійсно зіграв значну роль у популяризації електрики у цілому та лампочки розжарювання зокрема, справжній винахідник змінного струму для побутових потреб – Нікола Тесла. Едісон ратував за постійний струм та був жорстким противником змінного.
• Очевидно, що при ударі блискавки вивільняється колосальна енергія. Чому ж людина не поставила собі на службу цей ефект? Виявляється, справа у тому, що навіть при потужності у 50 млн. Вт, тривалість самого розряду настільки є малою, що при перекладі на кіловат-години ми б отримали лише 1400 кВт-год. Таким чином, цей захід був би не тільки не виправданим, але ще й вкрай нерентабельним: швидше за усе, для вловлювання енергії та її обробки знадобилося б обладнання, яке споживає більше, аніж виробляє.
• На сьогоднішній день найбільш популярною напругою у світі є діапазон 220-250 В. Однак існують країни, які живуть з вольтажем у 110-120 В та навіть 100 В. Частота струму також відрізняється: у одних регіонах вона дорівнює 50 Гц, а у інших – 60 Гц.
• Різноманітність вольтажів призвела до різноманітності штепселів та розеток. На сьогодні у світі існує 14 базових типів розеткових роз'ємів.