20. Закон джоуля-ленца.

Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U. За время t через каждое сечение проводника проходит заряд . Это равносильно тому, что зарядq переносится за время tиз одного конца проводника в другой.

При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу . Разделив работу на время t, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке .

Эта мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами; на протекание химических реакций; на нагревание данного участка цепи и др.

В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем не совершается, работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в проводнике выделяется тепло

                                          (4.1)      

Это соотношение называется законом Джоуля - Ленца. Оно было экспериментально установлено английским физиком Д. П. Джоулем и подтверждено точными опытами Э. Х. Ленца.Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся в проводнике за время t, вычисляется по формуле

От формулы (4.1), можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных точках проводника. Выделим в проводнике элементарный объем в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля - Ленца, за время dt, в этом объеме выделится количество теплоты

,

где - dV элементарный объем. Разделив это выражение на dV и dt, найдем количество теплоты, выделяющееся в единице объема в единицу времени:

.

Величину  называют удельной тепловой мощностью тока. Эта формула представляет собой дифференциальную форму закона Джоуля - Ленца.

22. ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ЧЕЛОВЕКА В РАЗНЫХ СИТУАЦИЯХ.Поражение электричеством может иметь место в следующих формах: остановка сердца или дыхания при прохождении электрического тока через тело; ожог; механическая травма из-за сокращения мышц под действием тока; ослепление электрической дугой. Смерть обычно наступает из-за остановки сердца или дыхания, или того и другого.

Переменный ток и постоянный ток опасны почти в одинаковой степени. 90 % травм происходит из-за плохой организации фуда и только 10 % - по вине пострадавших.Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через тело человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.Ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения прикосновения, под которым оказался пострадавший, и суммарного электрического сопротивления, в которое входит сопротивление тела человека. Величина последнего определяется в основном сопротивлением рогового слоя кожи и составляет при сухой коже и отсутствии повреждений сотни тысяч Ом. Если эти условия состояния кожи не выполняются, то ее сопротивление падает до 1 кОм. При высоком напряжении и значительном времени протекания тока через тело сопротивление кожи падает еще быстрее и способствует более тяжелым последствиям поражения током. Внутреннее сопротивление тела человека не превышает нескольких сот Ом и существенной роли не играет.

На сопротивление организма воздействию электрического тока оказывает влияние физическое и психическое состояние человека.

Нездоровье, утомление, голод, опьянение, эмоциональное возбуждение приводят к снижению сопротивления.

Характер воздействия тока на человека зависит от силы и рода тока. Для переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 220 В и пути тока — «рука — нога» сила тока 0,6 - 1,5 мА является ощутимой, появляется легкое дрожание пальцев. При силе тока 2,0 - 2,5 мА возникают болевые ощущения, а при 5,0 - 7,0 мА —судороги в руках; 20,0 - 25,0 мА —это неотпускающий ток, человек не может самостоятельно оторвать руки от электродов, наблюдаются сильные боли и судороги, затрудненное дыхание, а при 50,0 - 80,0 мА—паралич дыхания; 90,0 - 100,0 мА— наступает фибрилляция сердца при действии тока в течение 2-3 с и паралич дыхания.

Допустимым следует считать ток, при котором человек может самостоятельно освободиться от электрической цепи. Его величина зависит от скорости прохождения тока через тело человека: при длительности действия более 10 с —2 мА, а при —120 с и менее — 6 мА. Переменный ток более опасен, чем постоянный, однако при высоком напряжении (более 500 В) опаснее становится постоянный ток. Из всех возможных путей протекания тока через тело человека (голова —рука, голова —нога, рука —рука, нога —рука, нога —нога и т. д.) наиболее опасен тот, при котором поражаются головной мозг, сердце и легкие.

Электрическое сопротивление человеческого тела имеет иную природу, чем сопротивление металлических проводников и электролитов.

Оно зависит от многих внешних и внутренних (в том числе психических) факторов. Больше всего от действия электрического тока страдает центральная нервная система. Из-за повреждения ее нарушаются дыхание и сердечная деятельность. Участки тела с наименьшим сопротивлением (т.е. более уязвимые): боковые поверхности шеи; виски, тыльная сторона ладони; поверхность ладони между большим и указательным пальцами; рука на участке выше кисти; плечо; спина; передняя часть ноги; акупунктурные точки, расположенные в разных местах тела.

Электроожоги излечиваются значительно труднее обычных термических. Некоторые последствия электротравмы могут проявиться через несколько часов, дней, месяцев. Пострадавший должен длительное время жить в "шядящемм режиме и находиться под наблюдемнием.

Поражения электрическим током происходят при контакте части человеческого тела с любым источником электричества, который вызывает прохождение тока достаточной силы через кожу, мышцы или волосы. Как правило, это выражение используется для описания травмирующего воздействия электричества. Токи малой силы могут быть незаметны. Более сильные токи, проходящие через тело, могут вызвать спазм мышц, в результате которого жертва поражения электрическим током не сможет отпустить источник напряжения. Еще большие токи могут вызвать фибрилляцию сердца и повреждение тканей тела. Когда травмы от удара электричества несовместимы с жизнью, наступает смерть от поражения электрическим током.