Теоретическая часть

Степень воздействия электрического тока на организм человека зависит в основном от следующих факторов:

– от величины электрического тока, А;

– длительности воздействия тока, с;

– пути протекания;

– 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. 3.1).

Таблица 3.1

Удельное объемное электрическое сопротивление тканей

человеческого организма, Ом · м

Как видно из табл. 3.1, 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 (рис. 3.1), можно представить в виде несовершенного конденсатора С. Величина удельной емкости этого конденсатора колеблется в пределах (0,0047 ... 0,0152)·10-4 мкФ/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 (рис. 3.2).

Из схемы видно, что ток в наружном слое кожи протекает по путям: через активное сопротивление r_Н и емкость 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 (рис.3.3) и может колебаться в пределах 300….800 Ом. Исследования, проведенные в МИИТе, определили средние значения этих сопротивлений. Значения переведены в табл. 3.2.

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)

Рис. 3.1. Схема замещения

Рис. 3.2. Пути протекания тока через тело человека

Таблица 3.2

Средние значение внутренних сопротивлений тела человека

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 = 2 πƒ → ∞, z → r_B.

На частоте порядка 10 – 20 кГц полное сопротивление наружного слоя кожи мало и его можно принять с некоторыми допущениями равным 0, т. е. при f = 10 – 20 кГц полное сопротивление тела человека равно внутреннему сопротивлению, т. е. z = r_B Ом.

Величина полного сопротивления наружного слоя кожи может быть определена

, (4)

Приведенные соотношения 1 – 4 справедливы при напряжениях ниже 50 В. При больших напряжениях проявляется несовершенство емкостного сопротивления, оно пробивается и при напряжениях 150 – 200 В, не оказывает влияния на полное сопротивление тела.