Какое состояния кожного покрова человека обеспечивает большее электрическое сопротивление

Обновлено: 27.04.2024

Сопротивление тела человека - от чего зависит и как может изменяться

При попадании человека под электрическое напряжение, через его тело начинает течь электрический ток, и величина этого тока зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от сопротивления тела человека. Между тем, сопротивление тела человека — величина отнюдь не постоянная, ее значение зависит от многих факторов: от состояния человека на момент контакта (психического и физического), от параметров замкнутой цепи, от внешних условий среды, в которой человек на момент удара находится.

Тело человека состоит из различных тканей, и каждый вид тканей обладает своим сопротивлением. Так например, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют удельное сопротивление порядка 3 - 20 кОм/м. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — всего от 0,5 до 1 Ом/м. Из всех этих тканей наибольшим сопротивлением отличается кожа, поэтому именно кожа в значительной степени определяет сопротивление человеческого тела электрическому току.

Человеческая кожа имеет сложную структуру. Ее наружный слой — эпидермис — включает в себя несколько структурных частей: наружный роговой слой, который не содержит ни нервов, ни кровеносных сосудов, от того и обладает наибольшим сопротивлением, и другие слои, сопротивление которых значительно меньше рогового слоя. Дальше идет дерма — внутренний слой, сопротивление которого также сильно меньше, а значит именно сопротивление рогового слоя имеет решающее значение в полном сопротивлении кожи.

На сопротивление кожи влияет ее состояние. Если кожа сухая и чистая, не имеет повреждений, то ее сопротивление лежит в пределах от 10 до 100 кОм. Если же на коже есть порезы, царапины, микротравмы, они способны сильно снизить сопротивление тела человека до сопротивления лишь внутренних тканей. Очевидно, наличие на коже вышеназванных повреждений делает поражение электрическим током более опасным. Загрязненная и влажная кожа также имеет сопротивление более низкое.

Общее сопротивление человеческого тела, попавшего под напряжение, можно представить состоящим из трех сопротивлений, включенных последовательно: два слоя эпидермиса и одно — сопротивление дермы и внутренних тканей. Таким образом, внутренние ткани служат вместе с приложенными электродами как бы обкладками конденсатора, а эпидермис — диэлектриком.

В результате, если снаружи к телу приложены электроды, то получается цепь из активного сопротивления внутренних тканей и почти емкостного сопротивления эпидермиса. То есть можно сказать, что речь идет о диэлектрической проницаемости от 100 до 200, и об удельном сопротивлении от 10 до 100 кОм/м в цепи, состоящей из конденсатора и резистора.

Внутренние ткани имеют сопротивление активное Rв с небольшой емкостной составляющей, которая почти не зависит ни от площади электродов, ни от частоты, и находится в пределах от 500 до 700 Ом.

Но оно зависит от протяженности и поперечного сечения участков тела, и от удельного сопротивления внутренних органов. То есть в эквивалентном виде общее сопротивление Zт тела человека можно представить так:

При малом сопротивлении тела человека емкостная составляющая утрачивает значение:

Итак, электрическое сопротивление тела человека зависит от следующих пяти факторов:

От общего психологического и физиологического состояния (индивидуальные особенности);

От пола — от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин);

От возраста — от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей);

От внешних условий (температура, давление, влажность, плотность);

От общего состояния кожи (раны, грязь, увлажненность и т. д.);

От внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук), способных снизить сопротивление на 20 — 50 % за несколько минут.

Легко видеть, что электрическое сопротивление человеческого тела не постоянно и не линейно, однако для расчетов его принимают равным 1 кОм. Тем не менее, сопротивление тела человека зависит и от приложенного напряжения, поскольку в момент поражения током может оказаться, что цепь включает в себя еще и поверхность пола, грунт, обувь, одежду и т. д. Ток тогда будет определять не только сопротивление собственно тела человека, но и схема его включения в цепь.

Двухфазное прикосновение

При двухфазном прикосновении человек стоит на изолированном основании, касаясь одновременно двух фаз трехфазной сети, либо двух проводников однофазной сети переменного или постоянного тока. В этом случае ток потечет через руки и через жизненно важные органы, что весьма опасно, и еще опаснее, если замыкание происходит по пути рука — голова. При таком прикосновении человек может попасть либо под линейное межфазное напряжение, либо под полное рабочее напряжение электроустановки.

Если человек прикоснулся открытыми частями тела, то сопротивление определяется сопротивлением тела, сопротивлением кожи, если же произошло соприкосновение с полюсами через одежду, то в схему добавляется последовательно сопротивление одежды.

Можно сравнить эти два варианта. Сопротивление сухой одежды — от 10 до 15 кОм, а для влажной — от 0,5 до 1,5 кОм. Очевидно, сопротивление одежды так или иначе ограничивает ток через тело человека, хотя и падает в 10 — 30 раз в случае если одежда влажная.

При сухой одежде удар ощутится в сильном дрожании от пальцев до запястья, это 20мА при 220 вольтах. Если же одежда сырая, то при 140мА руки можно будет лишь с определенными усилиями оторвать от мест контакта. Сопротивление обуви и пола здесь не учитываются, поскольку в цепь они не включены.

Однофазное или однополюсное прикосновение

Человек стоит на земле, и только одной частью тела прикоснулся к электроустановке под напряжением, причем потенциал электроустановки отличается от потенциала земли или другой опорной поверхности. В этом случае человек попадает под напряжение относительно земли, и ток через тело будет током замыкания на землю.

Путь тока по петле голова — ноги или рука — ноги, при том через жизненно важные органы. В цепь окажутся включены сопротивления: тела, одежды, обуви, опоры. Сопротивления обуви и опоры включены между собой параллельно.

В зависимости от материала подошвы, от того влажная ли она или сухая, сопротивление обуви будет разным. Немаловажную роль играет и материал пола (опорной поверхности):

Влажная кожаная подошва обладает сопротивлением 500 Ом, сухая — 100 кОм;

Влажная резиновая подошва — 1,5 кОм, сухая резиновая подошва — 500 кОм;

Металлический пол — от 0 (сухой) до 10 Ом (влажный);

Земля сухая — 20 кОм, влажная — 800 Ом;

Бетон сухой — 2 МОм, влажный бетон — 900 Ом;

Линолеум сухой — 1,5 МОм, линолеум влажный — 50 кОм;

Камень сухой — 8,5 кОм, камень влажный — 5 кОм;

Снег или лед — от 300 Ом до 2 МОм;

Песок сухой — 8 кОм, песок влажный — 1,6 кОм;

Чернозем сухой — 160 Ом, влажный чернозем — 50 Ом.

Как видно, сопротивления опоры и обуви играют важную роль, и часто во много раз превосходят сопротивление тела человека, особенно в сухом состоянии, что может порой спасти жизнь.

При прикосновении к корпусу установки, который по какой-то причине оказался под напряжением, если заземления нет, то весь ток пойдет через тело. Если заземление присутствует, то основная часть тока пойдет через землю, а через тело — лишь малая часть, это представляет меньшую опасность для жизни.

Шаговое напряжение

Если человек стоит на земле неподалеку от заземлителя, и по грунту протекает ток, то частично этот ток может потечь через ноги по телу человека - по петле нога — нога, то есть человек попадет под шаговое напряжение. Образуется последовательная цепь, состоящая из сопротивлений опоры, обуви и тела. Сопротивления обуви и опоры играют здесь решающую роль, и способны в сухом виде принять на себя большее напряжение, чем примет голое тело.

Электрическая энергия плотно вошла в нашу жизнь, и заставляет людей приспосабливаться для выживания среди повышенного электрического напряжения, которое производят все без исключения электрические приборы. Поражение человека в электрическом поле сегодня малораспространенное явление, так как допуск к электроустановкам с мощным электрическим полем, ограничивается специалистами, имеющими специальное образование. К бытовым электрическим травмам относятся поражения электрическим током различной силы и напряжения. Такие поражения происходят по неосторожности, во время использования приборов с оголенными электрическими проводами, во время пожаров и во время природных катаклизмов.

Сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека не является постоянной величиной и может приниматься только условно. Электрическое сопротивление зависит от следующих факторов:
- от места приложения электрического напряжения к телу человека;
- от психического состояния, в котором находится человек (например, когда человек волнуется – он сильно потеет, соответственно влажность его кожного покрова увеличивается, что вызывает уменьшение электрического сопротивления тела);
- электрическое сопротивление человеческого тела меняется со временем, и может зависеть от болезни человека.
Условно, электрическое сопротивление тела человека при частоте электрического поля 50Гц, принимается равное значению 1мОм.
Безопасным принято считать электрический ток силой 1мА, а ожоги и другие повреждения тканей человека, начинаются при силе тока 100мА.
Самое большое сопротивление электрическому току происходит на поверхности кожного покрова человека, например, сухая кожа способна создавать сопротивление равное 10000мОм, однако повышение влажности окружающей среды, значительно снижает такое сопротивление.
Безопасным принято считать электрическое напряжение менее 12В.

Приспособления, применяемые для повышения электрического сопротивления человеческого тела.

Лучшим способом увеличить электрическое сопротивление человеческого тела, является исключение контакта поверхности тела с токопроводящими поверхностями. Добиваются ограничение контактов, с помощью средств персональной защиты, среди которых – использование диэлектрических предметов: резиновых ковриков, резиновых перчаток и ботов изоляционных. Кроме того, изоляции подвергаются все поверхности инструментов, за которые берется человек во время работы с электрическим током.

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Обращаем Ваше внимание, что c 1 сентября 2022 года вступают в силу новые федеральные государственные стандарты (ФГОС) начального общего образования (НОО) №286 и основного общего образования (ООО) №287. Теперь требования к преподаванию каждого предмета сформулированы предельно четко: прописано, каких конкретных результатов должны достичь ученики. Упор делается на практические навыки и их применение в жизни.

Мы подготовили 2 курса по обновлённым ФГОС, которые помогут Вам разобраться во всех тонкостях и успешно применять их в работе. Только до 30 июня Вы можете пройти дистанционное обучение со скидкой 40% и получить удостоверение.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Выберите документ из архива для просмотра:

Выбранный для просмотра документ исследовательский проект сопротивление тела человека.doc

I . Введение:

Обоснование актуальности исследования:

Мы знаем, что человеческое тело, как и любое другое тело живого организма, имеет свойство проводить через себя электрический ток.
Прохождение электрического тока через тело человека, являющееся хорошим проводником, может представлять серьезную опасность и даже быть причиной его смерти. Воздействие электрического тока на человека может быть различным: от легкого судорожного сокращения мышц до прекращения работы сердца и зависит от многих причин. Одной из этих причин является электрическое сопротивление тела человека. Мы опросили учащихся нашей школы, родственников знают ли они, от чего зависит сопротивление организма электрическому току.

Оказывается, большинство людей мало что знают об электрических свойствах организма человека, о зависимости сопротивления тела человека от различных факторов.

Цель проекта:

Исследование зависимости электрического сопротивления тела человека от различных факторов.

Создание наглядного пособия для защиты человека от электрических травм.

1. Изучить необходимую литературу.

2. Экспериментально определить электрическое сопротивление тела человека.

3. Провести сравнительный анализ полученных результатов в зависимости от возраста участников эксперимента, пола, состояние кожного покрова, различных участков тела человека.

4. Разработать практические рекомендации по защите человека от электрических травм.

Объект исследования: Организм человека.

Предмет исследования: электрическое сопротивление тела человека.

Если человеческое тело является проводником электричества, то оно обладает электрическим сопротивлением, которое зависит от возраста, от пола, состояния кожного покрова, различных участков тела.

Методы исследования:

Продукт проекта: мультимедийная презентация, буклет по теме: Практические рекомендации по защите человека от электротравм».

II . Теоретическая часть:

1. Результат воздействия электрического тока на человека зависит от ряда факторов: величины и продолжительности протекания через него тока, рода и частоты тока, пути тока в организме, индивидуальных свойств человека и условий внешней среды, электрического сопротивления тела человека.

а). Продолжительность воздействия тока оказывает существенное влияние на исход поражения человека электрическим током. Чем дольше действие тока, тем больше вероятность тяжелого или даже смертельного исхода поражения. Объясняется это тем, что с увеличением времени воздействия тока на живые ткани повышается его значение за счет уменьшения сопротивления тела человека.

б). Путь тока в теле человека оказывает существенное влияние на исход поражения. Наиболее тяжелые электротравмы возникают в случаях, когда на пути тока оказываются жизненно важные органы (мозг, сердце, легкие) или уязвимые зоны, особо чувствительные к электрическому току. Наиболее опасными путями протекания тока через тело человека являются: "голова - руки", "голова - ноги", "рука - рука", “рука - ноги”. Наиболее уязвимые зоны расположены на внешней стороне кисти рук, на руках выше кисти, спине, шее, висках, плечах, передней части ног. Образование электрической цепи через уязвимые места при неблагоприятном стечении обстоятельств может привести к тяжелым исходам поражения при токах даже в несколько миллиампер.

в). Индивидуальные свойства человека также влияют на исход поражения электрическим током. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары, чем больные и слабые. Повышенной восприимчивостью к электрическому току обладают лица, страдающие рядом заболеваний, в первую очередь болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, лёгких, нервными болезнями. Утомление, возникающее к концу рабочего дня, снижая внимательность, не только увеличивает вероятность поражения током, но и может усугубить его тяжесть. Отягощают электротравму алкогольные опьянения и болезненные состояния, приводящие к истощению нервной системы.

г). Условия внешней среды в некоторых случаях увеличивают опасность поражения током. Повышенные влажность и температура, пониженное атмосферное давление, уменьшенное содержание кислорода и увеличенное содержание углекислого газа повышают чувствительность организма к воздействию электрического тока. Установлено, что последствия поражения в результате неожиданного электрического удара могут оказаться более тяжелыми по сравнению со случаем, если тот же человек получит электрический удар, ожидая его. Наиболее опасные электротравмы происходят с людьми, случайно оказавшимися под напряжением. Наоборот, если человек знает о грозящей ему опасности, работает в состоянии сосредоточенного внимания, то поражение током, если оно произойдет, не будет для него неожиданным. Последствия такого поражения, как правило, могут оказаться менее тяжёлыми при напряжениях до 380 В.

д). На исход поражения человека электрическим током также влияет сопротивление тела человека, его отдельных участков.

2. Электрическое сопротивление тела человека зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток проходит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи.

Кожа человека, как известно, имеет два слоя:

1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)

2 - наружный слой кожи - эпидермис можно условно представить состоящим из рогового и росткового слоев. Роговой слой состоит из мертвых ороговевших клеток, лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина этого слоя колеблется в пределах 0,05 - 0,2 мм. В сухом и незагрязненном состоянии роговой слой можно рассматривать как пористый диэлектрик, пронизанный множеством протоков сальных и потовых желез и обладающий большим удельным сопротивлением. Ростковый слой примыкает к роговому слою и состоит в основном из живых клеток. Электрическое сопротивление этого слоя благодаря наличию в нём отмирающих и находящихся на стадии ороговения клеток может в несколько раз превышать сопротивление внутреннего слоя кожи (дермы) и внутренних тканей организма, хотя по сравнению с сопротивлением рогового слоя оно невелико.

3 - внутренний слой кожи (называется дерма) представляет собой живую ткань. Дерма состоит из волокон соединительной ткани, образующих густую, прочную, эластичную сетку. В этом слое находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, корни волос, а также потовые и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис. Электрическое сопротивление дермы невелико.

Сопротивление тела человека, а именно проводимость между двух электродов (1) , которые касаются поверхности кожи, можно рассматривать как три сопротивления включённых последовательно: наружные слои (эпидермиса) представляют собой первое сопротивление, и внутренние слои является вторым и третьим сопротивлением, включающим в себя сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей. Сопротивление тела человека зависит также и от места приложения электродов, чтообъясняется различной толщиной рогового слоя кожи, неравномерным распределением потовых желез на поверхности тела, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи.

При ориентировочной оценке опасности поражения электрическим током сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм ( R_h = 1 кОм).

III . Практическая часть:

Измерение электрического сопротивления учащихся школы.

Условия проведения экспериментальной части работы:

Измерения проводились в кабинете физики. Относительная влажность воздуха в кабинете физики составляла от 50-60%, (нормальная влажность).

температура воздуха 20-22 о С.

Схема электрической цепи:

Порядок выполнения работы:

1. Собрали электрическую цепь по схеме.

2. Сняли показания амперметра и вольтметра при замыкании контактов между указательным и большим пальцами левой и правой руки.

3. Вычислили сопротивление на участке «рука – рука», воспользовавшись законом Ома: R = U / I

При чрезкожной методике воздействия гальванический ток, преодолев сопротивление эпидермиса кожи, проходит в глубоко лежащие ткани через протоки потовых и сальных желёз, а при полостной методике – через слизистые оболочки. В кожных покровах развивается выраженная первичная реакция на воздействие постоянного тока, главным образом за счет раздражения нервных рецепторов.

Ткани человека обладают различной электропроводностью. Наибольшей электропроводностью отличается кровь, лимфа, спинномозговая жидкость, мышцы, паренхиматозные органы. Большое сопротивление электрическому току оказывает жировая, костная ткани и мембраны клеток ткани.

Неповреждённая кожа человека обладает высоким омическим сопротивлением и низкой удельной электропроводностью, поэтому в организм ток проникает в основном через выводные протоки потовых и сальных желёз, межклеточные щели. Поскольку их общая площадь не превышает 1\200 части поверхности кожи, то на преодоление эпидермиса, обладающего наибольшим сопротивлением, тратится больше всего энергии тока. Поэтому здесь развиваются наиболее выраженные первичные (физико-химические) реакции на воздействие постоянным током, сильнее проявляется раздражение нервных рецепторов.

Преодолев сопротивление эпидермиса и подкожной жировой ткани, ток дальше распространяется по пути наименьшего омического сопротивления, преимущественно по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам, оболочкам нервов и мышцам, значительно отклоняясь от прямой, которой условно можно соединить 2 электрода. В клетки тканей гальванический ток не проникает, т. к. мембраны клеток имеют свой, достаточно высокий электрический потенциал.

Прохождение тока через ткани сопровождается рядом физико-химических сдвигов, которые и определяют первичное действие гальванизации на организм.

Наиболее существенным физико-химическим процессом, обусловленным природой фактора и играющим важную роль в механизме действия постоянного тока, считается изменение йонной конъюнктуры, количественного и качественного соотношения йонов в тканях.

Под действием приложенного извне электрического поля растворы неорганических солей диссоциируют и положительно заряженные йоны (катионы) двигаются к катоду (отрицательному электроду), а отрицательно заряженные йоны (анионы) – к аноду (положительному электроду). В связи с различиями физико-химических свойств (заряд, радиус, гидратация и др. ) йонов скорость их перемещения в тканях будет неодинакова.

В результате этого после гальванизации в тканях организма возникает йонная асимметрия, сказывающаяся на жизнедеятельности клеток, скорости протекания в них биофизических, биохимических и электрофизических процессов. Наиболее характерным проявлением йонной асимметрии является относительное преобладание у катода одновалентных катионов калия и натрия, а у анода – двухвалентных кальция и магния. Именно с этим явлением связывают раздражающее (возбуждающее) действие катода, и успокаивающее (тормозное) – анода.

Наряду с движением йонов происходит перемещение жидкости в направлении к катоду (электроосмос), вследствие этого под катодом наблюдается отек и разрыхление, а под анодом уплотнение и сморщивание тканей. Кроме того, под влиянием постоянного тока в тканях образуются биологически активные вещества (гистамин, ацетилхолин и др. ).

При гальванизации наблюдается увеличение активности йонов в тканях. Это обусловлено переходом части йонов из связанного с полиэлектролитами в свободное состояние. Данный процесс способствует повышению физиологической активности тканей и рассматривается как один из механизмов стимулирующего действия гальванизации.

Существенную роль среди первичных механизмов действия постоянного тока играет явление электрической поляризации – скопление у мембран противоположно зяряженных йонов с образованием электродвижущей силы, имеющей направление, обратно приложенному напряжению. Поляризация приводит к изменению дисперсности коллоидов протоплазмы, гидратации клеток, проницаемости мембран, влияет на процессы диффузии и осмоса. Поляризация затухает в течение нескольких часов и определяет длительное последействие фактора.

Одним из физико-химических эффектов при гальванизации считается изменение кислотно-щелочного состояния в тканях вследствие перемещения положительных йонов водорода к катоду, а отрицательных гидроксильных йонов к аноду. Одновременно происходит направленное перемещение йонов натрия и хлора, восстановление их в атомы, а взаимодействие с водой может привести к образованию под анодом кислоты, а под катодом – щелочи.

Продукты электролиза являются химически активными веществами и при их избыточном образовании могут быть причиной ожога подлежащих тканей. Изменение же рН тканей отражается на деятельности ферментов и тканевом дыхании, состоянии биоколлоидов, служит источником раздражения кожных рецепторов. Названные физико-химические эффекты гальванического тока определяют его физиологическое и терапевтическое действие.

1.Улащик В.С., Лукомский И.В. - Общая физиотерапия 2008 г.
2.Ушаков А.А. – Практическая физиотерапия 2009 г.
3.Улащик В.С. Физиотерапия. Универсальная медицинская энциклопедия 2009 г.

Столичный центр образовательных технологий г. Москва

Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца

от 3 170 руб. 1900 руб.

Количество часов 300 ч. / 600 ч.

Успеть записаться со скидкой

Форма обучения дистанционная

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 19»

Малкова Мария Александровна,

ученица 8 – А класса

Зуйкова Ирина Владимировна,

Учитель физики, информатики

Используя электротехнические изделия в быту или на производстве, человек может попасть под действие электрического тока. Одним из факторов, влияющие на исход поражения человека электрическим током, является сопротивление тела человека. Поэтому проблема защиты человека от воздействия электрического тока была и остаётся актуальной.

Все чаще учащихся проявляют интерес к изучению физики тела человека. Все чаще они пробуют объяснить те или иные изменения состояния человека с точки зрения науки. Но в курсе физики, изучаемом в школе, практически не уделяется внимания физическим параметрам, характеризующим человека. Законы рассматриваются в основном на неживых объектах. Именно поэтому было принято решение провести исследование одного из физических параметров, а именно, сопротивление тела человека. И на этих исследованиях показать, что, причинно-следственная связь явлений имеет всеобщий характер и что, все явления, происходящие в окружающем нас мире, взаимосвязаны.

Существуют теоретические утверждения о зависимости сопротивления тела от кожного покрова, не исключено и влияние пути протекания электрического тока по телу, а также влияние физического и психоэмоционального состояния [1] .

Цель исследования: провести измерение сопротивления тела человека электрическому току и выяснить от каких факторов оно зависит

Объект исследования: учащиеся МАОУ СОШ №19 (в возрастной категории от 5 до 11 класса)

Предмет исследования – руки человека.

Для достижения цели поставлены следующие задачи исследования:

- научиться работать с научной литературой, отбирать, анализировать, систематизировать информацию;

- научиться правильно пользоваться омметром;

- исследовать зависимость сопротивления тела человека:

а) от состояния кожного покрова,

б) от времени суток,

в) от физиологических факторов и окружающей среды.

В процессе данной исследовательской работы использовались следующие теоретические и эмпирические методы :

- сравнение и сопоставление теоретических данных с результатами эксперимента;

- анализ различных информационных источников и результатов исследования по данному вопросу;

- систематизация приведения в систему полученных теоретических и практических знаний.

- наблюдение за экспериментом

- исследование – выявление зависимости сопротивления тела от различных факторов.

Новизна исследований заключалась в проведении измерение сопротивления тела человека:

- в разное время суток,

- в различных температурных режимах,

- с различным состоянием поверхности кожи,

- с различным эмоциональным состоянием,

- у детей и подростков разного возраста (от10 до 17 лет)

- у детей и подростков разных полов.

В ходе работы, рассматривались вопросы, направленные на развитие интереса к физике, к экспериментальной деятельности, формирование умений работать со справочной литературой. Учащиеся получили навыки, познакомились с методами исследования в физике и биологии, получили краткие данные о медицинской и биологической аппаратуре. Объяснение отдельных процессов, происходящих в живых организмах, на основе физических законов помогли им установить причинно-следственные связи, существующие в живой и неживой природе, сформировали интерес не только к физике, но и биологии. Навыки, полученные при работе с измерительными приборами, при постановке эксперимента пригодятся в дальнейшей научно-технической деятельности.

1. 1. Электричество и кожа

Существование и развитие человека невозможно без непрерывного взаимодействия с окружающей средой. Влияние внешней среды на человека обычно рассматривается на примере действия электрического тока и магнитного поля. Причем это не случайно. Энергия любого из этих факторов, так или иначе, преобразуется в электрическую, которая, взаимодействуя с электричеством человека, обуславливает реакцию человека на действие внешнего фактора 1

Преобразование энергии взаимодействующих факторов в электрическую подчиняется определенной передаточной функции. Основные процессы преобразования, описываемые передаточной функцией, происходят через кожу. Кожа является источником информации о состоянии органов и тканей человека и в то же время – защитной оболочкой человека от вредного воздействия среды.

Кожа, осуществляющая связь в системе «среда – человек» (рис. 1.1), представляет собой трехкомпонентную структуру, образованную эпидермисом, дермой и подкожной жировой клетчаткой, которые находятся в функциональном разрезе. Самым тонким слоем является эпидермис. Несмотря на незначительные размеры, он обладает наиболее ответственными функциями – защитной и информационной. Информация необходима для саморегуляции ряда биофизических процессов в организме, прежде всего тепловых и биоэлектрохимических.

Рис.1.1. Кожа человека

Эпидермис плоский, тонкий, ороговевший слой, представляет собой пограничную часть с разнообразными сложными барьерно-информативными функциями. Одна из основных функций – защита от проникновения в организм чужеродных, не свойственных ему микробов, аэрозольной пыли. Он способствует защите тканей и органов от проникновения ультрафиолетового и коротковолнового рентгеновского излучения. Структурные особенности эпидермиса обеспечивают ему высокую упругость, эластичность. Он имеет большую механическую прочность, что позволяет ему выдерживать большие механические нагрузки. Обладая высокими регенерационными свойствами, способен при повреждениях быстро восстанавливаться. Благодаря удивительным и многообразным видам электропроводимости он имеет исключительно высокую рецепторную защитную способность 1 .

Кожу многие ученые представляют, как топографическую связь отдельных участков эпидермиса со всеми органами человека. В эпидермисе находятся акупунктуры – точки и участки кожи, обладающие отличным от основного состава эпидермиса значением проводимости. Значит, есть различие и в свойствах этих точек. Через эти зоны в основном и осуществляется связь эпидермиса с внутренними органами. Возникновение электрической цепи через область эпидермиса в акупунктурных зонах может привести к смертельному исходу даже при очень маленьком напряжении. В то же время очень популярно воздействие на эти точки иглами с целью лечения или усиления некоторых функций организма – иглотерапия.

Свойства кожи уникальны и удивительны. Уже давно было обнаружено, что клетки чистой кожи убивают болезнетворные бактерии и микробы, попадающие на ее поверхность, на воздухе, и в то же время через мокрую кожу могут свободно проходить эти же микробы. Чем это вызвано?

Эпидермис – поверхностный слой кожи относится к диэлектрикам, обладающим огромным удельным сопротивлением и большим значением диэлектрической проницаемости. Под влиянием разности температур внутренних органов и окружающей среды возникает диффузия «электрического газа». При прохождении газа через место ранения, обладающего высоким удельным сопротивлением и большой диэлектрической проницаемостью, появляется статическое электричество. Напряженность поля может достигнуть десятка киловольт на 1 квадратный сантиметр. При такой напряженности клеточные мембраны разрушаются и бактерии погибают. Для разрушения нейрона или клетки достаточна электрическая энергия поля в пределах 10-20 Дж. Это свидетельствует о том, что кожа является своеобразным электростатическим фильтром, подобным электростатическому фильтру, применяемому в системах жизнеобеспечения для замкнутых помещений, представляя собой стерилизатор. Но все это происходит при условии, что сопротивление кожи поддерживается на очень высоком уровне. При наличии воды на коже или повышенной влажности кожи такое электростатическое поле возникнуть не может – нет и «стерилизатора». Следовательно, электричество человека служит очень хорошим стражем от поражения микроорганизмами – бактериями окружающей человека воздушной среды 1 .

1.2. Электрические свойства тела человека

Человек – существо многогранное: он покорил высочайшие горные вершины, опустился в самые глубокие точки Мирового океана, побывал на Луне, расщепил атомное ядро. Но чаще всего мы не задумываемся, а что же мы представляем собой, что мы можем сделать, какими возможностями и ресурсами обладаем? Человеческий организм представляет собой сложные биологические системы, поэтому, изучая происходящие в нем процессы, мы обратились к методам, которые используются в таких точных науках, как физика и химия. Ведь человек состоит из атомов и молекул, подчиняющихся физическим и химическим закономерностям. По нервному волокну распространяется электрический импульс. Профессор ка-

федры анатомии в Болонье (Италия) Луиджи Гальвани в книге «Трактат о силах электричества при мышечном движении» пишет: «Я разрезал и препарировал лягушку. Когда один из моих помощников острием скальпеля случайно очень легко коснулся внутренних бедренных нервов этой лягушки, то немедленно все мышцы конечностей начали так сокращаться, что казались впавшими в сильнейшие тонические судороги. Я зажегся страстным желанием исследовать это явление. » Но ответ на этот вопрос дал соотечественник Гальвани – Алессандро Вольта: живой организм проводит, пропускает через себя электрический ток. Именно Вольта и создал первый источник. Такой источник тока можно продемонстрировать. Нужно взять по пять пластинок из меди и цинка размером 30х30х4 мм и сложить их стопкой, чередуя и перекладывая промокательной бумагой, смоченной крепким раствором поваренной соли. Если взять столбик мокрыми пальцами за торцы, то почувствуешь слабый, но явственный электрический удар! Если этот элемент подключить к гальванометру, он покажет наличие тока в цепи. Прошел 121 год после статьи Гальвани, и в 1912 г. было обнаружено, что внутри человеческого организма протекают токи, хотя и очень слабые. Исследователи доказали, что любой процесс внутри человека: работа сердца и мозга, прохождение нервных сигналов, мышечные сокращения – сопровождаются биологическими электрическими сигналами.

Электропроводность – один из параметров, характеризующих жизненную деятельность живого существа. Известно, что с возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические явления, которые прекращаются при гибели живого существа. Человек при этом не является исключением. Тело человека представляет собой по своим электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита) 1 .

1.3. Сопротивление тела человека

Проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. В живой ткани нет свободных электронов, и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, обладающий ионной проводимостью. Иначе говоря, можно полагать, что перенос электрических зарядов в живой ткани осуществляется не свободными электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а заряженными атомами или группами атомов – ионами.

В живой ткани наблюдается явление межклеточной миграции (перемещение) энергии, т.е. резонансный перенос энергии электронного возбуждения между возбужденной и невозбужденной клетками. Поэтому можно предположить, что живая ткань обладает также электронно-дырочной проводимостью, свойственной полупроводникам, в которых перенос зарядов осуществляется электронами проводимости и дырками.

Таким образом, 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).

Из этих данных следует, что кожа обладает очень большим удельным сопротивлением, которое является главным фактором, определяющим сопротивление тела человека в целом.

Следовательно, сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды.

Сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений (рис 1.3.): двух одинаковых сопротивлений наружного слоя кожи, т. е. эпидермиса, 2 R _н (которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека) и одного, называемого внутренним сопротивлением тела R_в (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела).

Рис. 1.3. Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека

Сопротивление наружного слоя кожи R _н состоит из активного и емкостного сопротивлений, включенных параллельно. Полное сопротивление наружного слоя кожи R _н зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения и при площади электродов в несколько квадратных сантиметров может достигать весьма больших значений.

Внутреннее сопротивление тела считается чисто активным, хотя, оно также обладает емкостной составляющей. Внутреннее сопротивление Rв практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения и равно примерно 500 – 700 Ом 1 [6].

Омметр – это измерительный прибор специализированного назначения, предназначенный для определения сопротивления электрического тока. Так как сопротивление выражается в Омах (Ом), то и прибор, его измеряющий получил название омметра.

Омметр – это прибор непосредственного отсчета. Его основная функция – определение активных сопротивлений электрического тока. Как правило, омметр преобразует переменный ток в постоянный и производит измерения. Однако некоторые модели могут измерять сопротивление непосредственно переменного тока, без его преобразования. Омметры являются довольно полезными, а в ряде случаем и незаменимыми приборами, в зависимости от предъявляемых требований к диапазону производимых ими измерений.

Цифровые омметры. Микроомметр MOM600A представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок.

Аналоговые электронные омметры. Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя . Измеряемый объект включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя.

Магнитоэлектрические омметры. Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания.

Мультиметр DT-830B (тестер) также как и ампервольтомметр – комбинированный прибор для измерения напряжения, силы тока и сопротивления 1 .

3.1. Исследование зависимости сопротивления тела человека от состояния кожного покрова

При исследовании зависимости сопротивления кожного покрова были использованы следующие приборы и материалы: ампервольтомметра АВО-63, (см. приложение рис. 1) дистиллированная и подсоленная вода, салфетки.

Порядок выполнения работы:

1. С помощью ампервольтомметра измерили сопротивление своего тела при чистой, сухой и неповрежденной коже. Электроды приложили от ладони одной руки к ладони другой руки R _лп. Повторили измерения 10 раза и вычислили среднее значение сопротивления. Полученные результаты занесли в таблицу 1.

Читайте также: