Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
__________________________________________________________
Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»
К.Б. Кузнецов
Исследование электрического сопротивления тела человека
Свердловск 1982
Цель работы: ознакомление с основными закономерностями изменения электрического сопротивления тела человека, проведение самостоятельного экспериментального исследования по измерению электрического сопротивления тела человека.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Степень воздействия электрического тока на организм человека зависит в основном от следующих факторов:
- от величины электрического тока, А;
- длительности воздействия тока, с;
- путипротекания;
- рода и частоты тока, Гц.
Величина тока в электрической цепи определяется сопротивлением этой цепи и приложенным напряжением. Сопротивление тела человека является специфическим, так как различные ткани тела имеют различное электрическое сопротивление (табл.1).
|
|
Таблица 1 – Удельное объемное электрическое сопротивление тканей человеческого организма, Ом · м
№ п/п | Наименование ткани | Удельное сопротивление, Ом*м |
Кожа сухая | 3·104 – 2·105 | |
Кости (без надкостницы) | 104 – 2·105 | |
Жировая ткань | 300 – 600 | |
Мышечная ткань | 15,0 – 30,0 | |
Кровь | 10,0 – 20,0 | |
Спинномозговая жидкость | 5,0 – 6,0 |
Как видно из таблицы 1, кожа обладает наибольшим сопротивлением, что является главным фактором определяющим сопротивление всего тела человека.
Наружный слой кожи, расположенный между электродом и хорошо проводящей внутренней областью кожи (рисунок 1.), можно представить в виде несовершенного конденсатора С. Величина удельной емкости этого конденсатора колеблется в пределах (0,0047... 0,0152)·10-4мкФ/м2 в зависимости от толщины наружного слоя кожи (эпидермиса) и его относительной диэлектрической проницаемости.
Электрическую схему замещения наружного слоя кожи и всего тела человека по пути протекания тока "рука-рука" с учетом активного сопротивления слоя кожи r Н и внутреннего сопротивлений живых тканей организма r В можно представить в виде схемы (рисунок 2).
Из схемы видно, что ток в наружном слое кожи протекает по путям: через активное сопротивление r Н и ёмкость наружного слоя С Н.
Тело человека в электрической цепи не может рассматриваться как простой физический проводник. При протекании электрического тока в теле человека проходят сложные биофизические процессы, которые значительно сложнее процессов при протекании тока в электролитах, металлах и полупроводниках. Однако при определенных допущениях емкость наружного слоя кожи и его активное сопротивление можно определить по следующим формулам:
|
|
; (1)
где d – толщина наружного слоя, м;
S – поверхность сопротивления электрода,м2;
Е – относительная диэлектрическая проницаемость наружного слоя кожи;
р – удельное сопротивление этого слоя, Ом·м.
Активное сопротивление r Н и емкость С Н составляют полное сопротивление наружного слоя кожи z Н. Внутреннее сопротивление зависит от пути протекания тока (рисунок 3) и может колебаться в пределах 300….800 Ом. Согласно исследованиям, проведенным в МИИТе, средние значения этих сопротивлений составляют таблицу 2.
Если поверхности электродов одинаковы и условия их наложения симметричны, то для случая прохождения тока по пути «рука-рука» сопротивления будут равны, и полное сопротивление тела человека может быть выражено:
(2)
Рисунок 1 – Схема замещения
Рисунок 2 – Пути протекания тока через тело человека
Таблица 2 – Средние значение внутренних сопротивлений тела человека.
№ п/п | Путь тока | r В,Ом |
Рука-рука | ||
Рука ноги | ||
Руки-ноги | ||
Нога-нога |
Модуль полного сопротивления тела человека в этом случае можно выразить формулой:
(3)
Из формулы (3) видно, что с возрастанием ω модуль сопротивления уменьшается, так как при ω =2πƒ→∞, z→rB.
На частоте порядка 10–20 кГц полное сопротивление наружного слоя кожи мало и его можно принять с некоторыми допущениями равным 0, т.е. при =10–20 кГц полное сопротивление тела человека равно внутреннему сопротивлению, т.е. z = rВ Ом.
Величину полного сопротивления тела человека при постоянном токе r 0 можно найти методом линейной экстраполяции значений сопротивлений тела человека, полученных экспериментально при низких частотах 0-50 Гц.
Величина полного сопротивления наружного слоя кожи может быть определена:
, (4)
Преобразуя эти выражения, получим формулу для расчета величины емкости Сн наружного слоя кожи:
(5)
где rH – активное сопротивление наружного слоя кожи, Ом;
zH – полное сопротивление наружного слоя, Ом на частоте ,
– круговая частота.
Приведенные соотношения 1-5 справедливы при напряжениях ниже 50 В. При больших напряжениях проявляется несовершенство ёмкостного сопротивления, оно пробивается и при напряжениях 150 – 200 В, но не оказывает влияния на полное сопротивление тела.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ