Исследовательская работа «Человек и электричество» Кузнецов Владимир Андреевич, студент 2 курса специальности 210109 «Твердотельная электроника»

ГБОУ СПО РМЭ «Козьмодемьянский колледж электронной техники» Исследовательская работа «Человек и электричество» Выполнил: Кузнецов Владимир Андреевич, студент 2 курса специальности 210109 «Твердотельная электроника» Руководитель: заведующий лабораторией электротехники и электронной техники Макаров Андрей Сергеевич 2013г СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………………………………………….1 Электрическое сопротивление тела человека………………………..2 Исследование влияния различных факторов на сопротивление тела человека…………………………………………………………………6 Заключение…………………………………………………………………….7 Список использованных источников………………………………………...8 Введение Электричество занимало умы многих великих людей, среди которых Томас Эдисон, физик - изобретатель. В числе его патентов его изобретений лампа накаливания, аккумулятор и др. Другой ученый - «Волшебник электричества» Никола Тесла, великий физик, инженер, особенно проявил себя в изучении электротехники и радиотехники. Предсказал появление методов лечения токами высокой частоты, описал принципы устройства люминесцентных ламп и электронных микроскопов, задолго до космической эры говорил о радиолокации Венеры и Марса. Многие опыты проводил на себе. В настоящее время, электричество является неотъемлемой частью нашей жизни, благодаря электричеству, мы можем узнать, что творится во всем мире, просто включив телевизор или зайдя интернет, общаться с людьми на другом конце света и многое другое. Гениальное изобретение – электричество, имеет неограниченные возможности. Но, в то же самое время электричество таит в себе и опасность. Неосторожное обращение с электричеством и незнание правил безопасности может привести к тяжелым травмам и даже летальному исходу. Поэтому этот вопрос актуален и по сей день. Чтобы узнать, насколько люди осведомлены о правилах безопасного обращения с электрическим током, мы провели анкетирование. В анкетировании приняли участие 56 человек из числа студентов нашего колледжа всех специальностей. Результаты анкетирования подтвердили актуальность этой темы - даже половина респондентов не смогли ответить правильно на поставленные вопросы.Особое внимание мы уделили вопросу - от каких факторов зависит сопротивление тела человека?(Правильно ответили 17 из 56человек). Выдвинули гипотезу, что значение электрического тока, проходящего через тело человека, определяется сопротивлением тела человека, которое в свою очередь зависит от множества факторов, в том числе от состояния кожи и окружающей среды.Сформулировали цель проекта: исследовать влияние различных факторов на электрическое сопротивление тела человека.Поставили задачи: Провести анкетирование с целью подтверждения актуальности вопроса. Изучить и проанализировать литературу и интернет-источники по теме проекта. Исследовать влияния возраста, состояния кожного покрова на сопротивление тела человека. Дать рекомендации по использованию результатов проекта. Выделили объект и предмет исследования.Объект исследования: Электрическое сопротивление тела человека.Предмет исследования: Факторы, влияющие на электрическое сопротивление тела человека Электрическое сопротивление тела человека. Значение тока через тело человека сильно влияет на тяжесть электротравм. В свою очередь, сам ток согласно закону Ома определяется сопротивлением тела человека и приложенным к нему напряжением, т.е. напряжением прикосновения. Проводимость живых тканей обусловлена не только физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. Поэтому сопротивление тела человека является комплексной переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, окружающей среды, центральной нервной системы, физиологических факторов. На практике под сопротивлением тела человека понимают модуль его комплексного сопротивления. Электрическое сопротивление различных тканей и жидкостей тела человека не одинаково: кожа, кости, жировая ткань, сухожилия имеют относительно большое сопротивление, а мышечная ткань, кровь, лимфа, нервные волокна, спинной и головной мозг - малое сопротивление. Сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверхность тела, в основном определяется сопротивлением кожи. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного (эпидермис) и внутреннего (дерма). 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. 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, являющейся живой тканью, невелико. Полное сопротивление тела человека есть сумма сопротивлений тканей, расположенных на пути протекания тока. Основным физиологическим фактором, определяющим величину полного сопротивления тела человека, является состояние кожного покрова в цепи тока. При сухой, чистой и неповрежденной коже сопротивление тела человека, измеренное при напряжении 15 - 20 В, колеблется от единиц до десятков кОм. Если на участке кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговой слой, сопротивление тела упадет до 1 - 5 кОм, а при удалении всего эпидермиса - до 500 - 700 Ом. Если под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей, которое составляет 300 - 500 Ом. Для приближённого анализа процессов протекания тока по пути "рука - рука" через два одинаковых электрода может быть использован упрощённый вариант эквивалентной схемы цепи протекания электрического тока через тело человека приложение 1. Из схемы в приложении 1 следует, что комплексное сопротивление тела человека определяется соотношением ,где ZН = (j СН) - 1 = - jХН - комплексное сопротивление емкости СН; ХН - модуль ZН;  f, f - частота переменного тока. При постоянном токе в установившемся режиме емкостные сопротивления являются бесконечно большими (при 0 ХН). Поэтому сопротивление тела человека постоянному току Rh= 2RН + RВН. (3)Из выражений (2) и (3) можно определить RН = (Rh - zhв) /2. (4) Электрическое сопротивление тела человека зависит от ряда факторов. Повреждения рогового слоя кожи могут снизить сопротивление тела человека до величины его внутреннего сопротивления. Увлажнение кожи может понизить ее сопротивление на 30 - 50 %. Влага, попавшая на кожу, растворяет находящиеся на ее поверхности минеральные вещества и жирные кислоты, выведенные из организма вместе с потом и жировыми выделениями, становится более электропроводной, улучшает контакт между кожей и электродами, проникает в выводные протоки потовых и жировых желез. При длительном увлажнении кожи ее наружный слой разрыхляется, насыщается влагой и его сопротивление может уменьшиться в ещё большей степени. При кратковременном воздействии на человека теплового облучения или повышенной температуры окружающей среды сопротивление тела человека уменьшается за счёт рефлекторного расширения кровеносных сосудов. При более длительном воздействии наступает потоотделение, в результате чего сопротивление кожи уменьшается. С увеличением площади электродов сопротивление наружного слоя кожи RН уменьшается, емкость СН увеличивается, а сопротивление тела человека уменьшается. Сопротивление тела человека зависит также и от места приложения электродов, что объясняется различной толщиной рогового слоя кожи, неравномерным распределением потовых желез на поверхности тела, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи. Исследование влияния различных факторов на сопротивление тела человека. Мы выбрали метод исследования – лабораторные измерения.В лабораторных условиях с соблюдением всех норм безопасности мы выполнили измерения сопротивления при постоянном напряжении величиной 3, 6, 9, 12 и 15 вольт и при разных условиях таких как: Возраст испытуемых: Макаров А.С(испытуемый 1) – 30 лет, Гаврилов Д.Г.(испытуемый 2) – 16лет. Состояние кожного покрова:сухие руки – влажные руки, нормальная температура – низкая температура. Испытания при условии сухие руки – нормальная температура: Сопротивление первого испытуемого больше и значит ток, проходящий через него – меньше. Теория подтверждается – сопротивление тела человека зависит от возраста. Результаты измерений занесли в таблицы 1а, 1б и построили график зависимости I(U) приложение 2 Следующее условие испытаний влажные руки – нормальная температура. При увлажнении кожи сопротивление падает, но, не смотря на это сопротивление старшего испытуемого все равно больше. Результаты занесли в таблицы 2а, 2б и построили график зависимости I(U) приложение 2 Следующее условие влажные руки – низкая температура рук. Сопротивление снизилось еще больше, но все равно у старшего испытуемого сопротивление больше. Заключение Сопротивление тела человека меняется в широких пределах в зависимости от многих факторов, в том числе возраст, состояния кожного покрова и температуры. Наши исследования подтверждают влияние возраста на сопротивление тела человека. Чем старше человек, тем сопротивление больше и ток, проходящий через тело, меньше. Это наглядно видно на графиках. Красная линия при всех испытаниях находится ниже желтой. Увлажнение кожи и снижает сопротивление в десятки раз. Температура тела также оказывает значительное влияние на величину электрического сопротивления. Это не все факторы, которые могут повлиять на сопротивление тела электрическому току: сопротивление здорового человека больше, чем больного; у трезвого человека сопротивление больше чем у употребившего алкоголь; любые травмы, внешние в внутренние, психическое состояние влияют на сопротивление тела человека электрическому тока. Мы не ставили перед собой цели рассматривать влияние всех факторов и в рамках данного проекта это невозможно. Проводя эксперимент в лаборатории, мы искали практическое подтверждение теории. Проект может быть использован как дополнительный материал при планировании и проведении учебных занятий по дисциплинам «Физика», «Безопасность жизнедеятельности», «Электротехника», «Электронная техника». Список использованных источников Литература 1.Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1991. 2. ГОСТ 12.1.038-82* ССБТ "Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов". Интернет-источники http://www.realfacts.ru/index.php?newsid=937 http://ru.wikipedia.org/wiki/ http://guarda.ru/guarda/data/active_protect/txt_21.php http://www.referat.ru/referats/view/15476 http://electricalschool.info/main/44-dejjstvie-jelektricheskogo-toka-na.html http://www.allbest.ru/ Приложение 1 Рис 1. эквивалентная схема сопротивления тела человека 1 - электроды; 2 - эпидермис; 3 - внутренние ткани и органы тела человека, включая дерму; İh - ток, протекающий через тело человека; Щh - напряжение, приложенное к электродам; RН - активное сопротивление эпидермиса; CН - ёмкость условного конденсатора, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, расположенные под эпидермисом, а диэлектриком - сам эпидермис; RВН - активное сопротивление внутренних тканей, включая дерму. Приложение 2 Таблица 1а. Испытания при условии сухие руки – нормальная температура (Испытуемый 1) I,мА (измеряем) 0,007 0,02 0,03 0,08 0,096 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 12кОм Таблица 1б. Испытания при условии сухие руки – нормальная температура (Испытуемый 2) I,мА (измеряем) 0,012 0,03 0,05 0,07 0,1 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 8кОм Рис.2. Зависимость силы тока от напряжения (I,mAU,B) при условии «Сухие руки, нормальная температура» Таблица 2а. Испытания при условии влажные руки – нормальная температура (Испытуемый 1) I,мА (измеряем) 0,08 0, 2 0, 3 0, 52 0,75 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 5,45кОм Таблица 2б. Испытания при условии влажные руки – нормальная температура (Испытуемый 2) I,мА (измеряем) 0,14 0, 48 0, 52 0, 98 1,2 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 2кОм Рис.3. Зависимость силы тока от напряжения (I,mAU,B) при условии «Влажные руки, нормальная температура» Таблица 3а. Испытания при условии влажные руки – низкая температура рук (Испытуемый 1) I,мА (измеряем) 0,23 0, 45 0, 67 0,79 0,8 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 1,35кОм Таблица 3б. Испытания при условии влажные руки – низкая температура рук (Испытуемый 2) I,мА (измеряем) 0,41 0, 56 0, 87 0, 93 1,2 U’, В (задаем) 3 6 9 12 15 R’, Ом (измеряем) 0,8кОм Рис.3. Зависимость силы тока от напряжения (I,mAU,B) при условии «Влажные руки, низкая температура»

Похожие:

	Реферат «Сигнализатор включения фар в автомобиле» Кузнецов Владимир,... Дхо. Разработанный сигнализатор, собранный на доступной элементной базе, поможет водителю, если его автомобиль не оснащен устройством...		Рабочая программа учебной дисциплины «пэвм» Рабочая программа учебной дисциплины разработана на основе Федерального государственного образовательного стандарта (далее фгос)...
	Программа учебной дисциплины английский язык (Базовый уровень) Фгос) по специальностям среднего профессионального образования (далее спо) 210413 Радиоаппаратостроение 210109 Твердотельная электроника...		Программа учебной дисциплины английский язык (Базовый уровень) Фгос) по специальностям среднего профессионального образования (далее спо) 210413 Радиоаппаратостроение 210109 Твердотельная электроника...
	Рабочая программа учебной дисциплины основы философии (Базовый уровень) Фгос) по специальностям среднего профессионального образования (далее спо) 210413 Радиоаппаратостроение 210109 Твердотельная электроника...		Программа дисциплины Вакуумная и криогенная техника для специальности... Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных ассистентов и студентов специальности 210104. 65 «Микроэлектроника...
	Научно-исследовательская работа Научно-исследовательская работа Научно-исследовательская... Научно-исследовательская работа (нир) относится к циклу «Практики и научно-исследовательская работа» магистерской программы «Русский...		1 Общие положения Нормативные документы для разработки ооп впо по направлению подготовки 210100. 68 «Электроника и наноэлектроника»( магистерская программа...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «материалы и элементы электронной техники» Дисциплина «материалы и элементы электронной техники» входит в цикл общепрофессиональных дисциплин направления 210100 «Электроника...		Рабочая учебная программа дисциплины социология направление подготовки... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Основная образовательная программа бакалавриата, реализуемая вузом... Нормативные документы для разработки ооп бакалавриата по направлению подготовки 210100 Электроника и наноэлектроника		Программа дисциплины «Радиационная стойкость изделий электронной... Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Владимир Андреевич Мезенцев Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 1 Работа выполнена при поддержке ргнф, проект 06-06-00449а «Структура и диагностика личностного потенциала»		«твердотельная электроника» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Исследовательская работа Возрастная группа 9-10 класс Фамилия, имя... Международная научно – методическая конференция «Декабрьские чтения имени С. Б. Барнгольц»		Разработка элементов наносистемной техники на основе углеродных нанотрубок... ...