Механическое действие тока на организм человека вызывает. Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

Несчастные случаи, связанные с воздействием на человеческий организм электротока, происходят в результате непосредственного контакта тела человека с токопроводящими элементами или воздействия разряда тока при приближении к проводникам на минимальное, для возникновения разряда, расстояние.

Механизм поражения организма электротоком довольно сложен и до сих пор не изучен до конца.

Его воздействие на организм можно разделить на четыре категории:

тепловое – ожоги;
химическое – электролиз;
механическое – растрескивание костей, разрыв ткани;
биологическое – нарушение функционирования нервной системы и связанных с ней процессов.

Виды поражений организма, нанесенных электричеством:

внешние – ожоги и металлизация;
внутренние – электрический удар.

Электрические удары – это самый тяжелый тип электротравм.

В результате исследований травм от электротока было установлено, что решающую роль на их исход оказывают такие факторы:

величина электротока, проходящая через человеческий организм;
величина напряжения в электрических установках;
время воздействия электротока на тело человека;
путь прохождения тока;
частота и род электротока;
состояние человеческого организма на момент получения травмы;
состояние внешней среды.

Величина электротока

Несмотря на множество исследований, точную величину электротока, являющейся опасной или смертельно опасной для организма человека, установить не удалось.

Под безопасным током понимают такую величину, которая дает возможность самостоятельно оторваться от токопроводящих частей. Его величина зависит от приложенного напряжения и сопротивления человеческого тела.

Максимальные показатели отпускающего переменного тока при частоте 50 периодов за секунду составляют около 20 ма. В целом же средняя величина данного показателя для разных частот находится в пределах 60-70 ма.

Примерная зависимость характера действия электротока на организм от его величины имеет следующие показатели:

1.Переменный ток (55 периодов в секунду):

сила тока от 0,6 до 1,5 – небольшое дрожание пальцев;
от 2 до 3 – сильное дрожание пальцев;
от 5 до 7 – судороги в руках;
от 8 до 10 – боли в кистях и пальцах, с трудом отрываются руки от проводов или кабеля;
от 20 до 25 – затруднение дыхания, руки парализованы и их нельзя оторвать от проводов или кабеля;
от 50 до 80 – паралич дыхания и трепетания сердечных желудочков;
от 90 до 100 – при воздействии более трех секунд наступает паралич сердца.

2.Постоянный ток:

от 0,6 до 3 – действие не ощущается;
от 5 до 7 – зуд, легкое нагревание;
от 8 до 10 – усиление нагревания;
от 20 до 25 – незначительное сокращение мышц;
от 50 до 80 – судороги, затруднение дыхания;
от 90 до 100 – паралич дыхательных путей.

Время воздействия электротока

Длительность воздействия электротока на организм также играет значительную роль на организм. Сопротивление тела имеет обратную зависимость с продолжительностью: чем дольше человек контактирует с токопроводящими частями, тем меньше сопротивление, что в свою очередь приводит к увеличению количества проходящего тока.

Путь прохождения электротока

Путь прохождения напряжения по телу также значительно влияет на исход от полученных травм. Чем длинней путь, тем тяжелее последствия. Прохождение тока через тело приводит к различным патологическим процесса и чем больше важных органов он затронет, тем больше вероятность летального исхода.

Частота и вид электротока

Множество исследований характера воздействия постоянного и переменного тока на человека показывают, что опасность последнего гораздо выше при низких напряжениях. При этом с увеличением частоты, вероятность поражения уменьшается. Самой опасной является частота в районе от 50 до 60 Гц.

Токи большей частоты не представляют значительно опасности для организма, но могут вызвать ожоги.

Поражающее действие электрического тока на организм человека принято называть электротравматизмом. Необходимо принять во внимание, что этому виду производственных травм свойственно большое число исходов с тяжелыми и даже летальными последствиями. Ниже представлен график, демонстрирующий процентное соотношение между ними.

Как показывает статистика, наибольший процент электротравм (от 60 до 70%) приходится на эксплуатацию электрооборудования до 1000 вольт. Такой показатель объясняется как распространенностью установок данного класса, так и слабой подготовкой рабочего персонала.

В большинстве случаев получение электротравм связано с нарушением норм безопасности и незнанием элементарных законов электротехники. Например, электробезопасность не допускает использовать пенные огнетушители как первичные средства пожаротушения электрооборудования.

Охрана труда требует, чтобы все, кто работает с электрооборудованием, в обязательном порядке проходили инструктаж электробезопасности. Где рассказывается об опасности электротока, какие меры необходимо предпринимать при электротравмах, а также способы оказания необходимой в этих случаях помощи.

Заметим, что количество электротравм значительно ниже среди лиц, обслуживающих электрооборудование с напряжением свыше 1000В, это указывает на хорошую подготовку таких специалистов.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током

Есть несколько доминирующих причин, от которых зависит характер повреждений при электротавме:

Виды воздействия

Электроток силой от 0,5 до 1,5 мА считается минимальным для восприятия человеком, когда происходит превышение этого порогового значения, начинает появляться ощущение дискомфорта, которое выражается в непроизвольном сокращении мышечной ткани.

При 15 мА и более полностью теряется контроль над мышечной системой. В этом состоянии без посторонней помощи оторваться от электрического источника не представляется возможным, поэтому данную пороговую величину силы электротока называют неотпускаемой.

При силе электротока, переходящей рубеж 25 мА, происходит паралич мышц, отвечающих за работу дыхательной системы, что грозит удушьем. Если этот порог существенно превышается, наступает фибрилляция (сбой сердечного ритма).

Видео: действие электрического тока на организм человека

Ниже приведена таблица, где указана допустимая величина напряжения, тока и времени их воздействия.

Электротравмы могут произвести следующие виды воздействий:

тепловое, появляются ожоги различной степени, которые могут нарушить работу как кровеносных сосудов, так и внутренних органов. Обратим внимание, что термическое проявление действия электротока наблюдается при большинстве электротравм;
воздействие электролитического характера становится причиной изменения физического и химического состава тканей, вследствие расщепления крови и прочих жидкостей организма;
физиологическое, приводит к судорожным сокращениям мышечных тканей. Заметим, что биологическое действие электротока также нарушает работу и других важных органов, например, сердца и легких.

Виды электротравм

Воздействие электротока вызывает следующие характерные повреждения:

электроожоги, могут возникнуть вследствие прохождения электротока или быть вызваны электрической дугой. Заметим, что такие электротравмы встречаются чаще всего (около 60%);
появление на коже овальных пятен серого или желтого цвета в местах прохождения электротока. Омертвевший слой кожного покрова огрубевает, через какое-то время такое образование, называемое электрическим знаком, самостоятельно сходит;
проникновение мелких частиц металла (оплавившегося от КЗ или электродуги) в кожный покров. Такой вид травмы называют металлизацией кожи. Для пораженных участков характерен темно-металлический оттенок, прикосновение к нему вызывает болезненные ощущения;
световое действие, становится причиной электроофтальмии (воспалительного процесса глазной оболочки) из-за ультрафиолетового излучения, характерного для элетродуги. Для защиты достаточно использовать специальные очки или маску;
механическое воздействие (электрический удар) происходит вследствие непроизвольного сокращения мышечной ткани, в результате этого может случиться разрыв кожного покрова или других органов.

Заметим, что из всех описанных выше электротравм наибольшую опасность представляют последствия электрического удара, их разделяют по степени воздействия:

вызывают сокращения мышечной ткани, при этом пострадавший не теряет сознания;
судорожные сокращения мышечных тканей, сопровождается потерей сознания, кровеносная и дыхательная системы продолжают функционировать;
происходит паралич дыхательной системы и нарушение сердечного ритма;
наступление клинической смерти (дыхание отсутствует, сердце останавливается).

Шаговое напряжение

Учитывая нередкие случаи поражения от шагового напряжения, имеет смысл рассказать подробнее о механизме его воздействия. Обрыв линии электропередач, или нарушение целостности изоляции в проложенном под землей кабеле приводят к образованию вокруг проводника опасной зоны, в которой происходит «растекание» тока.

При попадании в эту зону можно подвергнуться воздействию напряжения шага, его величина зависит от разности потенциалов между местами, где человек касается земли. На рисунке наглядно продемонстрировано как это происходит.

На рисунке отмечено:

1 – электропроводка;
2 – место падения оборвавшегося провода;
3 – человек, попавший в зону растекания электротока;
U 1 и U 2 – потенциалы в точках, где ноги соприкасаются с землей.

Напряжение шага (V ш)определяется следующим выражением: U 1 -U 2 (В).

Как видно из формулы, чем больше будет расстояние между ступнями, тем значительней разность потенциалов и выше V ш. То есть, при попадании на участок, где происходит «растекание» электротока, для выхода из него нельзя делать большие шаги.

Как необходимо действовать, оказывая помощь при электротравмах

Первая помощь при поражении электрическим током заключается в определенной последовательности действий:

Находясь под воздействием электрического напряжения, организм человека ведет себя в точности, как электрический проводник, поскольку имеет в составе большой объем жидкости (порядка 80% от общей массы тела). Любая жидкость (внутриклеточная, в составе крови, в мышцах, коже) представляет собой электролит, хорошо проводящий электрический ток.

Исходя из этого, под действием приложенного потенциала тело проводит ток, воздействующий на живой организм и способный вызвать в нем необратимые изменения, которые заканчиваются травмами или смертью.

Действие тока

Двигаясь сквозь тело человека, носители заряда вызывают различные виды воздействия, зависящие от времени, условий и величины:

Физиологическое (биологическое) воздействие тока. Наиболее чувствительное воздействие электрического тока на организм человека, и наблюдается оно практически всегда. Выражается в самопроизвольных судорогах мышечных волокон, воздействуя напрямую на мышцы или вызывая их отклик через нервную систему;
Термическое действие тока. Проявляется ожоговыми разрушениями кожных покровов и более глубоких тканей, поскольку имеет такой же принцип, что и нагрев проводников;
Электролитическое действие электрического тока на организм человека. Стоит в ряду самых опасных. Жидкие среды являются электролитами. В их число входят кровяная плазма, жидкость внутри клеток. Под действием тока жидкости подвержены электролизу, вызывающему необратимые изменения.

При любом типе действия электрического тока на организм человека происходят электротравмы разнообразного происхождения и степени последствий:

Ожоги составляют самую значительную часть электротравм как следствие воздействия электрического тока на организм. По степени повреждений различают поверхностные и внутренние ожоги. По причине возникновения бывают контактные, которые возникают при непосредственном воздействии, дуговые – из-за возникшего рядом разряда и смешанные. Тепловое действие особенно сильно выражено при высокой силе тока (выше 1 А). При таком значении человек способен выжить только при очень малой длительности импульса;

Электрические знаки. Там, где было сосредоточено место электрического удара, можно наблюдать серые или бледно-желтые следы на поверхности кожи;

Металлизация кожи. В результате распыления частиц металла с токонесущих частей его частицы внедряются в кожу. Внешняя поверхность кожи в этих местах приобретает металлический оттенок и сильно болезненна;

Механические травмы. Являются результатом сильных судорог мышц и, как результат, мышечная ткань и сухожилия получают разрывы;
Электроофтальмия. Представляет собой повреждение слизистой оболочки глаз от действия ультрафиолетовой составляющей спектра электрического дугового разряда. Не является собственно электротравмой, но часто сопутствует электрическим разрядам из-за короткого замыкания.

Опасные значения

Электроток разной величины по-разному действует на организм. По усредненным данным, человек начинает ощущать действие напряжения, начиная с небольшой величины, около 0.6-1.0 мА при переменном токе и 5-7 мА для постоянного тока. Сильные и непреодолимые судороги мышц (неотпускающий ток) начинаются с значения 10 мА. Увеличение до 50 мА провоцирует парализацию органов дыхания. При токе 100 мА начинается фибрилляция сердца.

Опасность от действия электрического тока на организм человека имеет зависимость не только от его параметров, но и от времени. Организм большинства людей способен выдержать кратковременные импульсы тока гораздо больше вышеприведенных значений.

Почему при определении степени опасности учитывается значение силы тока, а не величина напряжения? Это происходит в силу всем известного закона Ома. Тело человека не отличается точно определенным сопротивлением. Его значение зависит от сочетания множества факторов. Поэтому в различных ситуациях опасные значения тока могут возникнуть при различных значениях приложенного напряжения.

Исследования выявили, что в подавляющем числе случаев, даже при самых наихудших условиях, напряжение менее 42 В переменной сети не способно вызвать прохождение опасного тока. Именно поэтому данное значение выбрано при выполнении работ в опасных условиях при возможности попадания под напряжение.

В то же время существует множество источников электропитания, которые отличаются большой электродвижущей силой, но неспособные вызвать смертельно опасный ток. Это хорошо знакомо телевизионным мастерам и автовладельцам.

Напряжение на аноде кинескопа или электродах свечи зажигания составляет десятки тысяч вольт. При прикосновении к этим элементам возникает чувствительный и болезненный удар током, редко приводящий к неблагоприятным последствиям. В основном прикосновение к высоковольтным, но слаботочным источникам напряжения опасно только для людей со слабым сердцем, поскольку возникают кратковременные, но сильные спазмы сердечной мышцы.

Переменный или постоянный ток опаснее и почему

Казалось бы, какое имеет значение, постоянное напряжение или переменное. Однако исследования выявили закономерность, что при частоте 10-500 Гц опасность намного выше при одинаковых значениях, чем наблюдается при постоянном напряжении. Это вызвано не только непосредственным протеканием тока через организм, но и его прямым действием на работу сердечных мышц. Переменный ток вызывает их неконтролируемые сокращения. Как следствие, наступают фибрилляция (хаотичные сокращения) и остановка сердца. Переменный ток имеет более низкие пороговые значения, чем постоянный, в несколько раз, и это достоверно подтверждено экспериментальными данными.

Важно! При большой величине постоянное напряжение с высокой вероятностью вызывает электролитическое действие тока.

Дальнейший рост частоты несет равную угрозу наравне с постоянным током, но, начиная с 1000 Гц и более, опасность падает. Тут вступает в силу скин-эффект, который выражается в том, что высокочастотный ток вытесняется ближе к наружной поверхности проводника, которым является в рассматриваемом случае организм человека. Таким образом, с повышением частоты уменьшается вероятность прохождения тока по критическим направлениям в организме. Увеличивается лишь термическое действие на кожные покровы. Переменное и постоянное напряжения большой величины могут вызвать электромагнитное действие даже при отсутствии прямого контакта. Это выражается в плохом самочувствии, головной боли, сбоях в работе кардиостимуляторов.

Факторы, увеличивающие опасность

Опасное действие электрического тока на человека во многом определяется тем, какие органы встретятся на его пути. Самые чувствительные органы – это сердце, мозг и легкие. Через головной мозг ток протекает в том случае, когда под действие напряжения попадет голова человека, либо она будет касаться заземленного участка, а удар электрического тока произойдет через любой другой орган тела.

Наиболее распространенные прикосновения к элементам, находящимся под опасным потенциалом, происходят руками. По кратчайшему направлению пути движения тока через тело это рука – рука или рука – нога.

Менее опасен случай, когда разряд проходит по направлению нога – нога. Это случается при нахождении в зоне шагового напряжения. Но тут есть другая опасность. При судорогах мышц ног или испуге человек может упасть, и тогда путь прохождения тока будет проходить по опасному направлению.

Состояние человека

Состояние организма человека имеет важное значение при определении опасной силы тока. На данном принципе основана работа полиграфа (детектора лжи), который, среди прочих параметров, измеряет значение влажности кожных покровов. Повышение влажности происходит при волнении, стрессовых состояниях, болезни, алкогольном или наркотическом опьянении. Разные участки кожи имеют неодинаковую чувствительность. К примеру, кончики пальцев имеют намного большие значения электрического сопротивления, чем кожа на тыльной стороне ладони.

При перечисленных ситуациях сопротивление кожного покрова в несколько раз выше, нежели в нормальном состоянии, поэтому опасные значения сильно снижаются, и влияние электрического тока будет выражено сильнее. Подмечено, что женский организм имеет в несколько раз меньший порог допустимого тока, чем мужской. Но, в то же время, у каждого человека наблюдаются свои уникальные особенности в части порогового значения.

Воздействие электрического тока на человека, даже при одинаковых значениях, будет меньше, если человек осознанно готов к неожиданному электрическому удару. Эта особенность характерна для людей, которые занимаются профессиональной деятельностью по обслуживанию электрических установок.

Эффект шагового напряжения опасен тем, что со стороны не видно опасности, поскольку данное напряжение образуется в результате растекания потенциала по земле в результате обрыва высоковольтного провода или пробоя изоляции подземного высоковольтного кабеля.

Слой земли обладает более высоким сопротивлением, чем токоведущий проводник, поэтому на некотором расстоянии от места падения провода высоковольтной линии или пробоя изоляции подземного кабеля образуется разность потенциалов, достигающая опасных значений. Расстояние на поверхности грунта, на котором образуется разность потенциалов, характеризуется длиной шага человека, потому что путь движения тока по самому короткому направлению проходит от одной ноги к другой. Чем больше величина шага, тем выше разность образующихся потенциалов, и, соответственно, значение протекающего тока. Из этого можно сделать вывод, что для того, чтобы безопасно покинуть зону воздействия напряжения, не нужно торопиться и делать большие шаги. Напротив, шаг должен быть как можно более коротким. Также нельзя бежать, поскольку падение приведет к увеличению напряжения.

Опасно ли статическое электричество

Со статическим напряжением знакомы все, кто носит синтетическую одежду. Заряд статического напряжения образуется при взаимном трении одежды из различных материалов, особенно шерсти и синтетики. При последующем прикосновении к заземленному предмету, например, кузову автомобиля, между телом и ним проскакивает искра длиной от нескольких миллиметров до сантиметра и более.

Накопленный потенциал составляет несколько тысяч вольт, но величина протекающего тока ничтожна и вызывает лишь покалывание. Статическое напряжение опасно для чувствительных электронных компонентов, поэтому работники, которые занимаются ремонтом и облуживанием электронной техники, должны носить одежду из хлопчатобумажных тканей и специальные электростатические браслеты, соединенные с заземлением, для снятия накопленного электрического потенциала.

Меры безопасности

Для снижения опасности получения удара электрического тока разработаны специальные меры: организационные и технические. К первым относятся меры, направленные на исключение появления потенциала на тех частях установок и оборудования, на которых производятся работы. Это отключение токоведущих частей, проверка отсутствия напряжения, ограждение элементов, которые находятся под током и к которым возможно прикосновение, вывешивание предупреждающих и запрещающих плакатов.

К техническим мероприятиям относятся:

Инструмент с изоляционными рукоятками;
Диэлектрическая спецодежда (перчатки, обувь);
Диэлектрические коврики.

Самое главное – не прикасаться к проводникам, если достоверно не известно, находятся они под напряжением или нет.

Первая помощь пострадавшим

От своевременности и правильности действий зависит здоровье и жизнь попавшего под действие высокого напряжения. Порядок действий сводится к следующему:

Прекратить действие электротока на пострадавшего. Для этого нужно отключить электроустановку. При невозможности отключения освободить человека от касания оголенных проводников, отодвинув в сторону проводник или самого пострадавшего. При этом крайне обязательно использовать диэлектрические перчатки, изолированный инструмент, или, на крайний случай, сухую деревянную доску. При невозможности освобождения нужно перерубить провод. У топора должно быть сухое деревянное топорище. Оттягивать пострадавшего нужно за край одежды, стараясь не касаться оголенных участков тела, чтобы самому не получить электротравму;
Уложить на горизонтальную ровную поверхность пострадавшего, расслабить или расстегнуть ворот одежды для улучшения дыхания, проверить, есть ли дыхание и пульс;
Немедленно любыми способами вызвать скорую помощь;
Если присутствуют дыхание и пульс, но человек без сознания, то нужно привести его в чувство при помощи ватки, смоченной раствором нашатырного спирта;
Если пострадавший не дышит, нужно производить искусственную вентиляцию легких до тех пор, пока он не начнет дышать сам;
При отсутствии сердцебиения произвести непрямой массаж сердца.

Меры первой доврачебной помощи необходимо производить непрерывно, до приезда медицинской бригады.

Видео

Техника безопасности (ТБ) – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от воздействия опасных и вредных факторов.

Электробезопасность – защита от электрического тока, электрической дуги, статического и атмосферного электричества.

3.1 Воздействие электрического тока на организм человека

Проходя через тело человека, электрический ток оказывает на него биологические (сокращение мышц, паралич дыхания и сердца, раздражение и возбуждение нервных окончаний), электролитические (разложение крови и плазмы), термические (ожоги, нагрев тканей и биологических сред) и механические (разрыв и расслоение тканей) воздействия.

При воздействии электрических тока или дуги могут возникнуть электрические удары – внутренние, общие поражения организма человека, связанные: с едва ощутимым сокращением мышц; судорожными сокращениями мышц, сопровождающимися сильными болями без потери сознания; потерей сознания и нарушением сердечной деятельности и (или) дыхания; потерей сознания, но с сохранившимся дыханием и работой сердца; состоянием клинической смерти в результате фибрилляции сердца или асфиксии. При местном воздействии электрического тока возникают электротравмы : контактные, дуговые или смешанные электроожоги (четыре степени); металлизация кожи частицами расплавившегося металла; электрические знаки (метки различной формы и цвета, безболезненные, исчезающие со временем); электроофтальмия (воспаление наружной оболочки глаз); механические травмы, вызванные непроизвольным сокращением мышц. Тяжесть поражения электрическим током зависит от силы тока, сопротивления тела человека, пути и времени протекания тока через организм, рода (переменный или постоянный) и частоты тока, условий среды и индивидуальных особенностей человека.

Эквивалентную схему при протекании тока через тело человека можно представить в виде последовательно включенных сопротивлений внутренних органов и кожи (эпидермы) в месте контакта (на входе и выходе) с источником тока (рисунок 3.1). Емкость человеческого тела незначительна, и ее не учитывают в практических расчетах. Сопротивление тела человека при различных расчетах, связанных с обеспечением безопасности, принимают активным и равным 1000 Ом , хотя оно и изменяется в широких пределах. Наибольшим сопротивлением обладает наружный слой кожи толщиной порядка 0,2 мм, состоящий из мертвых ороговевших клеток, наименьшим – спинно-мозговая жидкость. Сухая, чистая, неповрежденная кожа имеет сопротивление значительно больше, чем влажная, с большим pH, потная кожа. С увеличением силы тока и временем его протекания сопротивление тела человека уменьшается. Наибольшая опасность возникает при прохождении тока через головной мозг, легкие, сердце . Наиболее опасным является ток промышленных частот (20 – 1000 Гц) . Постоянный ток напряжений 250 – 300 В менее опасен, чем переменный. Некоторые заболевания человека (сердечно сосудистые, кожные) делают его восприимчивым к электрическому току. Поэтому к обслуживанию электроустановок допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование.

Рисунок 3.1 – Схема замещения тела человека

По степени физиологического воздействия можно выделить следующие токи промышленной частоты воздействием более 1 секунды:

0,5 – 1,5 мА – пороговый ощутимый ток (т.е. наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);

10 – 20 мА – пороговый не отпускающий ток (когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободится от токоведущих частей);

80 – 100 мА – пороговый фибрилляционный ток (расчетный поражающий ток), вызывающий неритмичные судорожные сокращения сердца, называемые фибрилляцией.

Поражение электрическим током возможно лишь в состоянии полного покоя сердца человека. При продолжительности воздействия не более 10 минут в сутки в неаварийном режиме при нормальных метеорологических условиях предельно допустимые значения тока : частотой 50 Гц равно 0,3 мА, частотой 400 Гц – 0,4 мА, постоянного тока – 1 мА.

Электрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает - ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается - ток в цепи есть, и т. д.

Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.

Тепловое действие электрического тока

При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.

В простейшем случае, если, скажем, через нихромовую проволоку пропустить электрический ток, то она нагреется. Данное явление используется в нагревательных приборах: в электрочайниках, в кипятильниках, в обогревателях, электроплитках и т. д. В электродуговой сварке температура электрической дуги вообще доходит до 7000°С, и металл легко плавится, - это тоже тепловое действие тока.

Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания ().

Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.

Химическое действие электрического тока

Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока - это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) - положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.

Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом - отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.

Скажем, при электролизе медного купороса (CuSO4), катионы меди Cu2+ с положительным зарядом движутся к отрицательно заряженному катоду, где они получают недостающий заряд, и становятся нейтральными атомами меди, оседая на поверхности электрода. Гидроксильная группа -OH отдаст электроны на аноде, и в результате выделится кислород. Положительно заряженные катионы водорода H+ и отрицательно заряженные анионы SO42- останутся в растворе.

Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности - это и т.д.

В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:

Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.

Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.

Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими зарядами, в частности - заряженными частицами (электронами, ионами). Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи взаимно притягиваются.

Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, - магнитное взаимодействие, а уж потом - механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.

В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах (например, в промышленных).

В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.

Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.

Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет - до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.

Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда - электроны и дырки - рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя . Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.

Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются.

Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.

На этом принципе основана , где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.