20.6: Hatari za umeme na Mwili wa Binadamu
- Page ID
- 183453
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Eleza hatari ya joto, hatari ya mshtuko, na mzunguko mfupi.
- Eleza madhara gani ngazi mbalimbali za sasa zina juu ya mwili wa binadamu.
Kuna hatari mbili zinazojulikana za umeme-mafuta na mshtuko. Hatari ya joto ni moja ambapo nguvu nyingi za umeme husababisha athari zisizohitajika za mafuta, kama vile kuanzia moto katika ukuta wa nyumba. Hatari ya mshtuko hutokea wakati umeme wa sasa unapita kupitia mtu. Mshtuko hutofautiana kwa ukali kutoka kwa uchungu, lakini vinginevyo wasio na hatia, kwa uharibifu wa moyo. Sehemu hii inazingatia hatari hizi na mambo mbalimbali yanayowaathiri kwa namna ya kiasi. Usalama wa Umeme: Mifumo na Vifaa vitazingatia mifumo na vifaa vya kuzuia hatari za umeme.
Hatari za joto
Nguvu za umeme husababisha athari zisizohitajika inapokanzwa wakati wowote nishati ya umeme inabadilishwa kuwa nishati ya joto kwa kiwango cha kasi zaidi kuliko inaweza kufutwa kwa usalama. Mfano wa classic wa hii ni mzunguko mfupi, njia ya chini ya upinzani kati ya vituo vya chanzo cha voltage. Mfano wa mzunguko mfupi unaonyeshwa kwenye Mchoro 1. Insulation juu ya waya inayoongoza kwa appliance imevaa kupitia, kuruhusu waya mbili kuwasiliana. Kuwasiliana kama hiyo isiyohitajika na voltage ya juu inaitwa mfupi. Kwa kuwa upinzani wa muda mfupi,\(r\), ni mdogo sana, nguvu imeshuka kwa muda mfupi\(P=V^{2}/r\), ni kubwa sana. kwa mfano, ikiwa\(V\) ni 120 V na\(r\) ni\(0.100 \Omega\), basi nguvu ni 144kW, kubwa zaidi kuliko ile inayotumiwa na vifaa vya kawaida vya kaya. Nishati ya joto iliyotolewa kwa kiwango hiki itaongeza haraka joto la vifaa vya jirani, kuyeyuka au labda kuwasha.
Kipengele kimoja cha udanganyifu wa mzunguko mfupi ni kwamba upinzani wake unaweza kupungua kwa sababu ya ongezeko la joto. Hii inaweza kutokea ikiwa fupi hujenga ionization. Atomi hizi za kushtakiwa na molekuli ni huru kuhamia na hivyo kupunguza upinzani\(r\). Kwa kuwa\(P=V^{2}/r\), nguvu imeshuka katika kuongezeka kwa muda mfupi, labda kusababisha ionization zaidi, nguvu zaidi, na kadhalika. High voltages, kama vile 480-V AC kutumika katika baadhi ya maombi ya viwanda, mikopo wenyewe kwa hatari hii, kwa sababu voltages juu kujenga juu ya uzalishaji wa awali wa nguvu katika muda mfupi.
Mwingine mbaya, lakini chini sana, hatari ya joto hutokea wakati waya zinazotumia nguvu kwa mtumiaji zimezidishwa na sasa kubwa sana. Kama ilivyojadiliwa katika sehemu iliyopita, nguvu zilizotengwa katika waya za usambazaji\(R_{W}\) ni wapi upinzani wa waya na\(I\) sasa inapita kupitia kwao.\(P = I^{2}R_{W}\) Kama ama\(I\) au\(R_{W}\) ni kubwa mno, waya overheat. Kwa mfano, kamba iliyovaliwa ya vifaa (pamoja na baadhi ya waya zake zilizovunjika) zinaweza\(0.100 \Omega\) kuwa na\(R_{W} = 2.00 \Omega\) badala ya kuwa. Ikiwa 10.0 A ya sasa inapita kupitia kamba, basi\(P = I^{2}R_{W} = 200 W\) hupasuka kwenye kamba-zaidi kuliko salama. Vile vile, ikiwa waya yenye\(0.100 - \Omega\) upinzani ina maana ya kubeba amps chache, lakini badala yake kubeba 100 A, itakuwa overheat sana. Nguvu iliyosababishwa katika waya itakuwa katika kesi hiyo\(P= 1000 W\). Fuses na wavunjaji wa mzunguko hutumiwa kupunguza mikondo mingi. (Angalia Mchoro 2 na Kielelezo 3.) Kila kifaa kinafungua mzunguko moja kwa moja wakati sasa endelevu huzidi mipaka salama.
Fuses na wavunjaji wa mzunguko kwa voltages ya kawaida ya kaya na mikondo ni rahisi kuzalisha, lakini wale walio na voltages kubwa na mikondo hupata matatizo maalum. Kwa mfano, wakati mzunguko wa mzunguko anajaribu kupinga mtiririko wa umeme wa juu-voltage, cheche inaweza kuruka kwenye pointi zake ambazo zinaimarisha hewa katika pengo na inaruhusu sasa kuendelea kuendelea. Wafanyabiashara wakubwa wa mzunguko wanaopatikana katika mifumo ya usambazaji wa nguvu huajiri gesi ya kuhami na hata kutumia jets za gesi kupiga cheche hizo. Hapa AC ni salama kuliko DC, tangu AC sasa inakwenda kwa sifuri 120 mara kwa pili, kutoa fursa ya haraka ya kuzima arcs hizi.
Mshtuko hatari
Maji ya umeme kwa njia ya watu huzalisha madhara makubwa. Sasa umeme inaweza kutumika kuzuia maumivu ya nyuma. Uwezekano wa kutumia umeme wa sasa ili kuchochea hatua ya misuli katika viungo vilivyopooza, labda kuruhusu paraplegics kutembea, ni chini ya utafiti. Uigizaji wa televisheni ambao mshtuko wa umeme hutumiwa kuleta mshtuko wa moyo nje ya fibrillation ya ventricular (massively kawaida, mara nyingi mbaya, kupiga moyo) ni zaidi ya kawaida. Hata hivyo wengi umeme mshtuko vifo kutokea kwa sababu sasa kuweka moyo katika fibrillation. Pacemaker hutumia mshtuko wa umeme ili kuchochea moyo kuwapiga vizuri. Baadhi ya mshtuko mbaya hauzalishi kuchoma, lakini vidonge vinaweza kuchomwa moto na sasa umeme (ingawa kufungia kwa kutumia nitrojeni ya kioevu sasa ni kawaida zaidi). Bila shaka, kuna maelezo thabiti ya madhara haya tofauti. Sababu kuu ambazo madhara ya mshtuko wa umeme hutegemea ni
- Kiasi cha sasa\(I\)
- Njia iliyochukuliwa na sasa
- Muda wa mshtuko
- Mzunguko\(f\) wa sasa (\(f = 0\)kwa DC)
Jedwali hapa chini linatoa madhara ya mshtuko wa umeme kama kazi ya sasa kwa mshtuko wa kawaida wa ajali. Madhara ni kwa mshtuko ambao hupita kupitia shina la mwili, una muda wa 1 s, na unasababishwa na nguvu ya 60-Hz.
| Sasa (mA) | Athari |
| 1 | Kizingiti cha hisia |
| 5 | Upeo wa sasa usio na hatia |
| 10-20 | Mwanzo wa contraction endelevu misuli; hawezi kuruhusu kwenda kwa muda wa mshtuko; contraction ya misuli ya kifua inaweza kuacha kupumua wakati wa mshtuko |
| 50 | Mwanzo wa maumivu |
| 100-300+ | Fibrillation ventricular iwezekanavyo; mara nyingi mbaya |
| 300 | Mwanzo wa kuchoma kulingana na mkusanyiko wa sasa |
| 6000 (6A) | Mwanzo wa contraction endelevu ventricular na kupooza kupumua; wote kusitisha wakati mshtuko mwisho; moyo wa moyo unaweza kurudi kwa kawaida; kutumika kwa defibrillate moyo |
Athari za Mshtuko wa Umeme kama Kazi ya Sasa
Miili yetu ni conductors nzuri kutokana na maji katika miili yetu. Kutokana na kwamba mikondo kubwa itapita kati ya sehemu na upinzani wa chini (ili kujadiliwa zaidi katika sura inayofuata), mikondo ya umeme inapita katikati ya njia katika mwili wa binadamu ambao una upinzani mdogo katika njia ya moja kwa moja duniani. Dunia ni kuzama kwa elektroni asilia. Kuvaa viatu vya kuhami, mahitaji katika fani nyingi, inakataza njia ya elektroni kwa kutoa upinzani mkubwa katika njia hiyo. Wakati wowote wa kufanya kazi na zana za juu-nguvu (kuchimba), au katika hali hatari, hakikisha kwamba hutoa njia ya mtiririko wa sasa (hasa kwa njia ya moyo).
Maji madogo sana hupita bila uharibifu na haijafikiri kupitia mwili. Hii hutokea kwako mara kwa mara bila ujuzi wako. Kizingiti cha hisia ni 1 mA tu na, ingawa haifai, mshtuko hauwezi kuwa na hatia kwa mikondo chini ya 5 mA. Idadi kubwa ya sheria za usalama huchukua thamani ya 5-mA kwa mshtuko wa juu unaoruhusiwa. Katika mA 10 hadi 20 na hapo juu, sasa inaweza kuchochea contractions misuli endelevu kama vile msukumo wa kawaida wa neva kufanya. Watu wakati mwingine wanasema waligongwa kwenye chumba kwa mshtuko, lakini kile kilichotokea ni kwamba misuli fulani imeambukizwa, ikawafukuza kwa namna isiyo ya kuchagua yao wenyewe. (Angalia Mchoro 4a.) Zaidi ya kutisha, na uwezekano wa hatari zaidi, ni “hawezi basi kwenda” athari mfano katika Kielelezo 4b.
Misuli inayofunga vidole ni nguvu zaidi kuliko yale yanayofungua, kwa hiyo mkono hufunga bila kujali kwenye waya kuishtua. Hii inaweza kuongeza muda wa mshtuko kwa muda usiojulikana. Inaweza pia kuwa hatari kwa mtu anayejaribu kumwokoa mwathirika, kwa sababu mkono wa mwokozi unaweza kufungwa juu ya mkono wa mwathirika. Kawaida njia bora ya kumsaidia mwathirika ni kumpa ngumi ngumu/pigo/jar na insulator au kutupa insulator kwenye ngumi. Ufungaji wa kisasa wa umeme, uliotumiwa katika vifuniko vya wanyama, sasa hupigwa na kuacha kuruhusu watu wanaowagusa kupata bure, na kuwapa chini ya hatari kuliko hapo awali.
Maji makubwa yanaweza kuathiri moyo. Mwelekeo wake wa umeme unaweza kuchanganyikiwa, ili uweze kupigwa kwa kawaida na kwa ufanisi katika hali inayoitwa “fibrillation ya ventricular.” Hali hii mara nyingi hukaa baada ya mshtuko na ni mbaya kutokana na ukosefu wa mzunguko wa damu. Kizingiti cha nyuzi za ventricular ni kati ya 100 na 300 mA. Katika karibu 300 mA na hapo juu, mshtuko unaweza kusababisha kuchoma, kulingana na mkusanyiko wa sasa-zaidi kujilimbikizia, zaidi uwezekano wa kuchoma.
Maji makubwa sana husababisha moyo na diaphragm kuwa mkataba kwa muda wa mshtuko. Wote moyo na kupumua kuacha. Kushangaza, mara nyingi mara nyingi hurudi kwa kawaida kufuatia mshtuko. Mwelekeo wa umeme juu ya moyo umeondolewa kabisa kwa namna ambayo moyo unaweza kuanza upya na kumpiga kawaida, kinyume na usumbufu wa kudumu unaosababishwa na mikondo ndogo ambayo inaweza kuweka moyo ndani ya fibrillation ya ventricular. Mwisho ni kitu kama kuandika kwenye ubao, wakati wa zamani huifuta kabisa. Uigizaji wa televisheni wa mshtuko wa umeme uliotumiwa kuleta mshtuko wa moyo nje ya fibrillation ya ventricular pia huonyesha paddles kubwa. Hizi hutumiwa kuenea sasa kupita kupitia mwathirika ili kupunguza uwezekano wa kuchoma.
Sasa ni sababu kubwa kuamua mshtuko ukali (kutokana na kwamba hali nyingine kama vile njia, muda, na frequency ni fasta, kama vile katika meza na kabla ya majadiliano). Voltage kubwa ni hatari zaidi, lakini tangu\(I = V/R\), ukali wa mshtuko unategemea mchanganyiko wa voltage na upinzani. Kwa mfano, mtu mwenye ngozi kavu ana upinzani wa karibu\(200 k\Omega\). Ikiwa anawasiliana na 120-V AC, sasa\(I = (120 V)/(200 k\Omega) = .6mA\) hupita bila uharibifu kwa njia yake. Mtu huyo anayepanda mvua anaweza kuwa na upinzani\(10.0 k\Omega\) na sawa 120 V atazalisha sasa ya 12 mA—juu ya kizingiti cha “hawezi kuruhusu” na uwezekano wa hatari.
Wengi wa upinzani wa mwili ni katika ngozi yake kavu. Wakati wa mvua, chumvi huingia katika fomu ya ion, kupunguza upinzani kwa kiasi kikubwa. Mambo ya ndani ya mwili yana upinzani mdogo sana kuliko ngozi kavu kwa sababu ya ufumbuzi wote wa ionic na maji yaliyo nayo. Ikiwa upinzani wa ngozi hupunguzwa, kama vile infusion ya intravenous, catheter, au pacemaker wazi inaongoza, mtu hutolewa microshock nyeti. Katika hali hii, mikondo kuhusu 1/1000 wale walioorodheshwa katika meza hapo juu huzalisha athari sawa. Wakati wa upasuaji wa moyo wazi, mikondo ndogo kama\(20 \mu A\) inaweza kutumika bado moyo. Mahitaji magumu ya usalama wa umeme katika hospitali, hasa katika upasuaji na huduma kubwa, yanahusiana na mgonjwa mdogo wa microshock-nyeti. Mapumziko katika ngozi yamepunguza upinzani wake, na hivyo voltage sawa husababisha sasa kubwa, na sasa ndogo sana ina athari kubwa.
Mambo mengine zaidi ya sasa yanayoathiri ukali wa mshtuko ni njia yake, muda, na AC frequency. Njia ina matokeo dhahiri. Kwa mfano, moyo hauathiriwa na mshtuko wa umeme kupitia ubongo, kama vile inaweza kutumika kutibu unyogovu wa manic. Na ni ukweli wa jumla kwamba muda mrefu wa mshtuko, athari zake zaidi. Kielelezo 5 inatoa graph kwamba unaeleza madhara ya frequency juu ya mshtuko. Curves zinaonyesha sasa ya chini kwa athari mbili tofauti, kama kazi ya mzunguko. Ya chini ya sasa inahitajika, mwili ni nyeti zaidi kwenye mzunguko huo. Kwa kushangaza, mwili ni nyeti zaidi kwa masafa karibu na masafa ya 50- au 60-Hz katika matumizi ya kawaida. Mwili ni kidogo nyeti kwa DC (\(f = 0\)), kwa upole kuthibitisha madai ya Edison kwamba AC inatoa hatari kubwa. Katika masafa ya juu na ya juu, mwili unakuwa chini ya nyeti kwa athari yoyote inayohusisha mishipa. Hii inahusiana na viwango vya juu ambavyo mishipa inaweza kuwaka au kuchochewa. Katika masafa ya juu sana, umeme wa sasa unasafiri tu juu ya uso wa mtu. Hivyo kamba inaweza kuchomwa moto na sasa ya mzunguko wa juu sana bila kusababisha moyo kuacha. (Usijaribu hii nyumbani na 60-Hz AC!) Baadhi ya maandamano ya kuvutia ya umeme, ambayo arcs high-voltage ni kupita kwa njia ya hewa na juu ya miili ya watu, kuajiri frequency high na mikondo ya chini. (Angalia Mchoro 6.) Vifaa vya usalama wa umeme na mbinu zinajadiliwa kwa undani katika Usalama wa Umeme: Mifumo na Vifaa.
Muhtasari
- Aina mbili za hatari za umeme ni joto (nguvu nyingi) na mshtuko (sasa kupitia mtu).
- Ukali wa mshtuko unatambuliwa na mzunguko wa sasa, njia, muda, na AC.
- Jedwali linaorodhesha hatari za mshtuko kama kazi ya sasa.
- Kielelezo 5 grafu kizingiti sasa kwa hatari mbili kama kazi ya mzunguko.
maelezo ya chini
1 Kwa kiume wastani alishtuka kupitia shina la mwili kwa 1 s na 60-Hz AC. Maadili kwa wanawake ni 60— 80% ya wale waliotajwa.
faharasa
- hatari ya joto
- hatari ambayo sasa umeme husababisha madhara undesired mafuta
- hatari ya mshtuko
- wakati umeme wa sasa unapita kupitia mtu
- mzunguko mfupi
- pia inajulikana kama “short,” njia ya chini ya upinzani kati ya vituo vya chanzo voltage
- microshock nyeti
- hali ambayo upinzani wa ngozi ya mtu hupunguzwa, labda kwa utaratibu wa matibabu, kumpa mtu hatari ya mshtuko wa umeme kwenye mikondo kuhusu 1/1000 kiwango cha kawaida kinachohitajika