Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Исследовательская работа "ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА"

Исследовательская работа "ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА"

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 19»









ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА



Выполнила:

Малкова Мария Александровна,

ученица 8 – А класса

МАОУ СОШ № 19

Проверила:

Зуйкова Ирина Владимировна,

Учитель физики, информатики

МАОУ СОШ № 19







п. Пироговский

2015 г.


ОГЛАВЛЕНИЕ










ВВЕДЕНИЕ

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 состояния1.

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:

  1. от состояния кожного покрова,

  2. от времени суток,

  3. 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. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ТКАНИ

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 фактора1

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.hello_html_2eaaec61.gif





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 способность1.

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 среды1.



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, 2Rн (которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека) и одного, называемого внутренним сопротивлением тела Rв (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела). hello_html_m1f9a6cef.gif






Рис. 1.3. Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека

Сопротивление наружного слоя кожи Rн состоит из активного и емкостного сопротивлений, включенных параллельно. Полное сопротивление наружного слоя кожи Rн 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 Ом1 [6].







2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

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 сопротивления1.


3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

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 Rлп. Повторили измерения 10 раза и вычислили среднее значение сопротивления. Полученные результаты занесли в таблицу 1.

Таблица 1

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rлп, кОм

1,7

1,6

1,5

1,5

1,6

1,7

1,5

1,6

1,6

1,5

Rср, кОм

1,58

2. Дистиллированной водой увлажнили руки, провели измерения, сопротивление уменьшилось. Данные измерений занесли в таблицу 2.

Таблица 2

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rлп, кОм

1,4

1,5

1,4

1,3

1,4

1,3

1,5

1,3

1,5

1,4

Rср, кОм

1,40

3. Сильно подсоленной водой увлажнили руки, провели измерения, сопротивление тела понизилось еще больше. Данные измерений занесли в таблицу 3.

Таблица 3

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rлп, кОм

1,2

1,1

1

1,2

1,1

1

1,1

1,1

1

1,2

Rср, кОм

1,10

Сопротивление кожи понижается при её увлажнении даже в том случае, если влага обладает большим удельным сопротивлением. Влага, попавшая на кожу, растворяет находящиеся на ее поверхности минеральные вещества и жирные кислоты, выведенные из организма вместе с потом и кожным салом, и становится более электропроводной. Пот хорошо проводит электрический ток, поскольку в его состав входят вода и растворенные в ней минеральные соли, а также некоторые продукты обмена веществ. Он выделяется на поверхность кожи по выводным протокам – тонким трубочкам, пронизывающим всю толщу кожи.

Выделение пота происходит непрерывно, даже на холоде, но особенно обильно при высокой температуре окружающего воздуха, напряжённой физической работе, местном нагреве кожи, болезни человека и т. п.1

Следовательно, работа в условиях, вызывающих интенсивное потовыделение, увеличивает опасность поражения человека током, работа сырыми руками или в условиях, вызывающих увлажнение каких-либо участков кожи, создает предпосылки для тяжелого исхода в случае попадания человека под напряжение.

4. Соскоблили роговой слой на сухих участках кожи, где прикладываются электроды, измерили сопротивление, оно снизилось еще больше.

Полученные результаты занесли в таблицу 4.

Таблица 4.

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rлп, кОм

1,1

1

0,9

1

1

0,9

0,8

1

1

0,8

Rср, кОм

0,95

Порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы, т.е. повреждения рогового слоя – снижают сопротивление тела человека что, бесспорно, увеличивает опасность поражения током человека.

5. Потерли руки металлической пылью, взятой от детали, обработанной на токарном станке. Приложили электроды на загрязненную кожу рук и измерили

сопротивление. Полученные результаты занесли в таблицу 5

Таблица 5

опыта

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rлл, кОм

1,4

1,3

1,3

1,4

1,4

1,3

1,3

1,4

1,5

1,4

Rср, кОм

1,37

По результатам исследования, используя Microsoft Excel построили диаграмму «Исследование зависимости сопротивления тела человека от состояния кожного покрова» (см. приложение рис.2)

Загрязнение кожи различными веществами, в особенности хорошо проводящими ток (металлическая или угольная пыль, окалина и т. п.), сопровождается снижением ее сопротивления, подобно тому, как это наблюдается при поверхностном увлажнении кожи. Кроме того, токопроводящие вещества, проникая в выводные протоки потовых и сальных желез, создают в коже длительно существующие токопроводящие каналы, резко понижающие ее сопротивление1.

Таким образом, токарь по металлу, шахтер и лица других специальностей, у которых руки загрязняются токопроводящими веществами, подвержены большей опасности поражения током, чем лица, работающие сухими чистыми руками.

Вывод: сопротивление кожи, а, следовательно, и тела в целом резко уменьшается при наличии влаги на ее поверхности, сильном потовыделении, загрязнении и повреждении ее рогового слоя.


3.2. Исследование зависимости сопротивления тела человека от времени суток

Сопротивление тела человека у разных людей различно. Различным оказывается оно и у одного и того же человека в разное время суток. В качестве испытуемого выступила Малкова Мария. Измерения проводились: рано утром – после пробуждения R1, после завтрака R2, в обед R3, вечером R4, ночью R5.

Данные измерений занесли в таблицу 6.

Таблица 6


пробуждение

завтрак

обед

вечер

ночь

опыта

R1,

кОм

Rср1, кОм

R2 , кОм

Rср2, кОм

R3,

кОм

Rср3,

кОм

R4,

кОм

Rср4,

кОм

R5,

кОм

Rср5,

кОм

1

1,2

1,32

1,5

1,51

1,5

1,49

1,6

1,54

1,3

1,35

2

1,3

1,5

1,45

1,5

1,3

3

1,4

1,6

1,4

1,7

1,4

4

1,4

1,5

1,6

1,4

1,4

5

1,3

1,5

1,5

1,6

1,3

6

1,25

1,6

1,5

1,5

1,4

7

1,4

1,4

1,5

1,5

1,4

По полученным данным построили диаграмму (см. приложение рис.3).

Вывод: в результате этого исследования выяснено, что наименьшим сопротивлением тело обладает ночью и рано утром, наибольшим – сразу после завтрака (зарядки) и ближе к вечеру. Это объясняется тем, что утором организм отдохнул и после завтрака получил большой запас энергии. Следовательно, завтрак – полезный и важный прием пищи, пренебрегать которым не стоит. Завтрак является своеобразным аккумулятором, который заряжает человека энергией на весь день.

3.3. Исследование зависимости сопротивления тела человека от физиологических факторов

На значение сопротивления влияют и другие факторы, хотя и в значительно меньшей степени, например пол и возраст.

1. Для проведения опыта были приглашены близкие мне люди разного пола и возраста – мужчина (папа), женщина (мама), мальчик (брат – 12 лет), девочка (я – 14 лет). Измерения проводились с помощью ампервольтомметра при одинаковых начальных условиях – ежедневно в 19.30 по Московскому времени в течении недели. Электроды прикладывались от одной руки к другой. Полученные результаты занесли в таблицу 7 и построили диаграмму (см. приложение рис.4). Измерения проводились





Таблица 7


мужчина

женщина

мальчик

девочка

опыта

R1,

кОм

Rср1, кОм

R2 , кОм

Rср2, кОм

R3,

кОм

Rср3,

кОм

R4,

кОм

Rср4,

кОм

1

1,9

1,97

1,8

1,72

1,6

1,56

1,5

1,53

2

2

1,7

1,5

1,5

3

1,9

1,8

1,6

1,6

4

2,1

1,7

1,4

1,4

5

2

1,7

1,5

1,5

6

1,9

1,7

1,6

1,6

7

2

1,7

1,7

1,6

У мужчин сопротивление тела больше, чем у женщин, а у девочек – меньше, чем у мальчиков. У взрослых больше, чем у детей. Объясняется это, очевидно, тем, что у одних людей кожа тоньше и нежнее, у других – толще и грубее. Расчитали среднее значение сопротивления и отобразили данные в виде диаграммы (см. приложение рис. 4)

2. Для доказательства того, что сопротивление человека меняется с возрастом и полом провели эксперименты с учащимися разных классов (от 5 по 11). Были приглашены девочки и мальчики, юноши и девушки в равных количествах с разной возрастной категории 5 девушек (девочек) и 5 юношей (мальчиков). Всего испытуемых – 70 человек. Каждый предварительно вымывал руки и тщательно протирал чистыми салфетками. Результаты измерений занесли в таблицу 8.

Таблица 8


5 класс

6 класс

7 класс

8 класс

9 класс

10 класс

11 класс

оп.

R5,

кОм

Rср5,

кОм

R6,

кОм

Rср6,

кОм

R7,

кОм

Rср7,

кОм

R8,

кОм

Rср8,

кОм

R9,

кОм

Rср9,

кОм

R10,

кОм

Rср10,

кОм

R11,

кОм

Rср11,

кОм

1

1,2

1,23

1,1

1,12

1,1

1,21

1,3

1,44

1,4

1,46

1,4

1,51

1,8

1,63

2

1,2

1,2

1,2

1,3

1,3

1,5

1,5

3

1,3

1

1

1,6

1,6

1,6

1,6

4

1,2

1,2

1,2

1,4

1,4

1,5

1,3

5

1,3

1

1,2

1,5

1,5

1,5

1,8

6

1,3

0,8

1,3

1,6

1,6

1,6

1,6

7

0,9

1,3

1,4

1,3

1,2

1,4

1,4

8

1,3

1,1

1,1

1,5

1,6

1,6

1,8

9

1,2

1,2

1,3

1,4

1,6

1,6

1,7

10

1,4

1,3

1,3

1,5

1,4

1,4

1,8

Как видно из опытов кожа учащихся старших классов обладают большим сопротивление нежели младших, это объясняется тем, что с возрастом кожа становится толще, её защитные функции становятся более совершенными. По данным исследований построили диаграмму (см. приложение рис.5)

При проведении было замечено что сопротивление кожи девочек меньше нежели сопротивление мальчиков, что обусловлено физиологическими особенностями – кожа мальчиков имеет более толстый роговой слой, а дерма богаче коллагеном, поэтому она более плотная и упругая (см. приложение рис. 6). Хотя были случаи, когда сопротивление кожи мальчиков было очень маленьким.

3. Для определения зависимости сопротивления человеческого тела от настроения, были приглашены учащиеся (по 10 испытуемых одного возраста для каждой эмоции, всего 40 человек, девушек и юношей поровну), которым были собщены заранее ложные известия – радостное, грустное, радрожительное и интрига. Измерили сопротивление телаприлаживая электроды к ладоням испытуемых. Результаты занесли в таблицу 9.

Таблица 9


раздражение

радость

грусть

интрига

опыта

R1,

кОм

Rср1, кОм

R2 , кОм

Rср2, кОм

R3,

кОм

Rср3,

кОм

R4,

кОм

Rср4,

кОм

1

1,9

1,88

1,7

1,76

1,3

1,24

1,8

1,67

2

2

1,8

1,2

1,7

3

1,8

1,8

1,1

1,7

4

1,8

1,9

1,3

1,5

5

1,7

1,7

1,4

1,6

6

2,1

1,6

1,2

1,6

7

2

1,8

1,2

1,8

8

1,9

1,7

1,3

1,7

9

1,8

1,8

1,2

1,6

10

1,8

1,8

1,2

1,7

По полученым результатам построили диаграмму (см. приложение рис.7).

Максимальное сопротивление тела оказалось у учащихся, которые были злы и раздражены. Минимальным соротивлением обладали учащиеся, котором сообщили нерадостную весть. У учащиеся, которые прибывали в радостном настроении сопротивление изменилось мало, но повысилось. Учащимся, которым сообщили, что они проверяются на детекторе лжи, были зантригованы и как выдно из результатов их сопротивление так же возросло.

Испытуемые учащиеся подвергались и физическим раздражениям, возникающим неожиданно это световые, звуковые, болевые (уколы и удары). Все перечисленые раздрожения вызвали на несколько минут снижение сопротивления тела на 20 – 50%.

Вывод: на сопротивление кожи человека влияют физиологические особенности организма, а также эмоциональное состояние. С возрастом наша кожа становится более защищенной.


3.4 Исследование зависимости сопротивления тела человека от окружающей среды

Чтобы определить зависимость сопротивления человеческого тела от окружающей среды эксперименты провели с десятью учащимися 8-А класса, которые находились в одном помещении, но при различных условиях. Учащиеся входили в проветренное теплое помещение и им проводили измерение сопротивления кожи. После нахождения в течении 45 мин. в данном помещени было повторно измерено сопротивление. Затем этим же учащимся предлагалось провести 45 мин. в помещении непроветриваемом и влажном. Результаты измерений занесены в таблицу 10. А также провели измерения у этих же учащихся после пребывания на улице 45 мин. при температуре –8°С (на физкультуре)

Таблица 10


проветренное

(норма)

проветренное

через 45 мин.

влажное

влажное

через 45 мин.

с улицы

через 45 мин.

опыта

R1,

кОм

Rср1, кОм

R2 , кОм

Rср2, кОм

R3,

кОм

Rср3,

кОм

R4,

кОм

Rср4,

кОм

R5,

кОм

Rср5,

кОм

1

1,3

1,44

1,2

1,35

1,3

1,42

1,1

1,31

1,1

1,23

2

1,3

1,1

1,3

1,1

1

3

1,6

1,5

1,5

1,5

1,3

4

1,4

1,4

1,4

1,3

1,3

5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,3

6

1,6

1,5

1,5

1,4

1,2

7

1,3

1,2

1,3

1,2

1,1

8

1,5

1,4

1,5

1,3

1,3

9

1,4

1,3

1,4

1,3

1,3

10

1,5

1,4

1,5

1,4

1,4


Самым большым спротивление было у испытуемых, которые находились в теплом, проветреном помещении. Ниже сопротивление оказалось у испытуемых, находившихся в помещении с повышеной влажностью водуха (φ=65%). Наименьшим сопротивлением обладали испытуемые, которые находились на улице при температуре –8°С. По полученым данным была построена диаграмма (см. приложение рис.8).

Уменьшение или увеличение парциального давления в воздухе по сравнению с нормой соответственно снижает или повышает сопротивление тела человека. Следовательно, в закрытых помещениях, где парциальное давление меньше, опасность поражения током при прочих равных условиях выше, чем на открытом воздухе.

Сопротивление, которым может обладать участок человеческого тела в нормальных условиях (по результатам исследования) колеблется от 0,8 кОм до 1,8 кОм при среднем значении 1,46 кОм (см. приложение рис.9). Сила тока, (зная сопротивление тела, вычеслили по закону Ома hello_html_609b2035.gif), которая может пройти через этот участок при напряжении в 220В от 0,12А до 0,28А, для среднего значения сопротивления в 1,46 кОм сила тока равна 0,15А (см.приложение рис. 10). Учитывая, что предельно допустимое значение постоянного тока 0,22 А при напряжении 220 В и времени воздействия 0,8 с, учащимя сопротивление тела которых составляет 1 кОм и менее при нормальных условиях необходимо избегать прямого воздействия тока1 (см. приложение рис. 11).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При анализе полученного материала выявляется четко выраженная зависимость сопротивления тела человека от:

- состояния кожного покрова,

- физического и психического состояния человека,

- от времени суток,

- окружающей среды.

Таким образом, наша гипотеза о зависимости сопротивления тела от кожного покрова, физиологических факторов и окружающей среды была подтверждена экспериментальным путем.

На величину сопротивления, а, следовательно, и на исход поражения электрическим током, большое влияние также оказывает повышенная потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение, физические раздражители.

Все перечисленные факторы приводят к резкому уменьшению сопротивления тела человека (до 800–1000 Ом). Поэтому, даже сравнительно небольшие напряжения могут привести к поражению электрическим током. Также значение полного сопротивления тела человека зависит и от параметров электрической цепиместа приложения электродов к телу человека, значений тока и приложенного напряжения, рода и частоты тока, площади электродов, длительности прохождения тока. Это дальнейшее продолжение изучение данной темы (см. приложение рис.12).

Каждый работающий с электро-радиоаппаратурой должен помнить, что человеческий организм поражает не напряжение, а величина тока. При неблагоприятных условиях даже низкие напряжения (30–40 В) могут быть опасными для жизни. Если сопротивление тела человека равно 700 Ом, то опасным будет напряжение 35 В.

Данная работа может быть применена для профилактики несчастных случаев при поражении электрическим током, а также поможет при подготовке к проведению занятий по ОБЖ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Беркинблит М.Б. и др. Электричество в живых организмах. – М.: Наука, 1988.

  2. Богданов К.Ю. Физика в гостях у биолога. – М., 1986.

  3. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: «Знак», 2000.

  4. Иноземцев В.А., Иноземцева С.В. Введение в электротехнику Учеб. Пос. – Брянск: БГПУ, 2001. – 150 с.

  5. Неймаи, Л. А. Безопасность жизнедеятельности: теория, вопросы и ответы: Учеб. Пос. – М.: Вузовская книга, 1997. – 142 с.

  6. Охрана труда в энергетике / под ред. Б.А. Князевского. – М.: “Энергоатомиздат”, 1985. – 200с.

  7. Энциклопедия для детей [том 16]. Физика Ч.1 Биография физиков. Путешествия вглубь материала. Механическая картина мира. – 2-е изд. Испр. /ред. Коллегия: М. Аксёнова, В. Володин, А. Элиович и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007. – 448с.: ил.

  8. Энциклопедия для детей [том 16]. Физика Ч.2 Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. /ред. Коллегия: М. Аксёнова, А. Элиович, В. Санюк и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007. – 432с.: ил.

  9. Информационный сайт

www.electohobby.ru – информационный интернет портал

  1. Информационный сайт

http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/bgd_.htm#deistvie_toka – Безопасность жизнедеятельности Московский энергетический институт (ТУ) Кафедра инженерной экологии и охраны труда

  1. Информационный сайт

http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/p_08.htm – Введение в электронику.




ПРИЛОЖЕНИЕ


Рис.1.1 Ампервольтомметр АВО – 63 и элемент питания к нему.

hello_html_m236469e9.jpghello_html_14d04a83.jpg









Ампервольтомметр (авометр) АВО-63 служит для измерения1:

  • силы постоянного тока с пределами 0-0,2 мА,0-0,5 мА,0-5 мА,0-50 мА,0-500 мА;

  • силы переменного тока с пределами 0-0,5 мА,0-5 мА,0-50 мА,0-500 мА;

  • напряжения постоянного тока с пределами 0-2 В,0-10 В,0-50 В 0-200 В,0-500 В;

  • напряжения переменного тока с пределами 0-10 В,0-50 В, 0-200 В,0-500 В;

  • сопротивления с пределами 2000 Ом при умножении числа делений на 1, 20кОм при умножении числа делений на 10, 200 кОм при умножении числа делений на 100, 2 Мом при умножении числа делений на 1000.

Прибором можно измерять емкости конденсаторов.

Погрешность прибора при измерениях в нормальных условиях (20–50С) не превышает 4% от максимального значения шкалы для силы тока и напряжения и 10% для сопротивления. Начальные 15% от всей длины шкалы являются нерабочими, погрешность прибора на этом участке шкалы повышена. Рабочее положение прибора – горизонтальное.

Внешний вид прибора приведен на рис. 1.1, а его принципиальная схема – на рис 1.2. На лицевой стороне прибора укреплен микроамперметр М2003-1, имею-

щий три шкалы: верхняя служит для отсчета сопротивлений, средняя – для напряжения и силы переменного тока, нижняя – для силы тока и напряжения постоянного тока. Под шкалами нанесены три ряда цифр для удобства отсчета на разных пределах измерений силы тока и напряжения. На лицевой панели прибора расположены гнезда для подключения прибора с помощью соединительных проводников в электрическую цепь, переключатель рода работы и регулятор для установки стрелки прибора на нуль при измерении сопротивления. Особую конструкцию имеют гнезда 5, 50 и 500 мА переменного тока и гнездо «– Общ». При установке штекера в гнездо «– Общ» закорачивается переменный резистор R24 (см. принципиальную схему рис. 1.2), используемый при измерениях сопротивлений постоянному току. При установке штекера в гнезда 5, 50 и 500 мА переменного тока расширяется предел измерения переменного тока соответственно до 5, 50 и 500 мА. Использовать штекеры меньшего диаметра нельзя, так как это может привести к погрешности измерений и даже выходу прибора из строя. Так, например, если штекер будет иметь контакт только с верхним по схеме металлическим проводником гнезда «~500 мА», то перегрузка по току будет очень большой.http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/image/p-09.gif

В комплект поставки авометра входят соединительные гибкие провода, имеющие на концах штекеры с изолирующими ручками. Короткий штекер вставляют в одно из гнезд лицевой панели, а на длинный штекер надевают зажим типа «крокодил». Провода хранят в крышке прибора.

С обратной стороны в корпусе прибора имеется отсек, где устанавливаются гальванические элементы источника питания цепи омметра. Для смены гальванических элементов необходимо отвернуть 4 винта крышки, вынуть старые гальванические элементы, зачистить в случае необходимости контакты в отсеке и вставить новые гальванические элементы с соблюдением полярности.

Порядок работы с ампервольтомметром:

Перед измерением необходимо расположить прибор на горизонтальной плоскости и с помощью механического корректора стрелка микроамперметра должна быть установлена на нуль шкал постоянного или переменного тока.

1. Измерение сопротивления:

  • измерения проводить только в обесточенных цепях;

  • установить переключатель рода работы так, чтобы его указатель (белая точка) был расположен против обозначения «Ω»;

  • вставить короткий наконечник одного соединительного провода в гнездо «общ», расположенное в нижнем ряду, а другого – в одно из гнезд нижнего ряда (обозначенного «Ω х») в соответствии с выбранным множителем;

  • перед началом измерений установить нуль омметра, для чего замкнуть накоротко щупы соединительных проводов и вращением ручки переменного резистора установить стрелку прибора на «0» по верхней шкале с надписью «Ω» (во избежание быстрого разряда элементов, питающих цепь омметра, нельзя оставлять на длительное время щупы замкнутыми накоротко; если стрелка прибора не устанавливается на нуль при максимальном повороте головки переменного резистора, необходимо вскрыть крышку, проверить исправность элементов и при необходимости заменить их);

  • отсчет производить по верхней шкале прибора с учетом выбранного множителя.

2. Измерение силы тока и напряжения:

  • проверить положение ручки переключателя: указатель (белая точка) должен находиться против обозначения «Ω» для измерений в цепях постоянного тока и против обозначения «~» для измерений в цепях переменного тока;

  • вставить короткий наконечник одного соединительного провода в гнездо «общ», а другого – в одно из гнезд, соответствующее измеряемому параметру (надписи «–мА», «~мА», «–В», «~В») и необходимому пределу показаний прибора (при первом измерении лучше выбрать заведомо больший предел);

  • включить прибор при помощи щупов в измеряемую цепь, соблюдая полярность в цепях постоянного тока (провод, вставленный в гнездо «общ», необходимо через всех потребителей соединить с «–» источника тока; если при измерении стрелка прибора отклонилась влево от нуля, то прибор был включен в цепь неправильно и щупы необходимо поменять местами);

  • отсчет производить по шкале, обозначенной «–» или «~» (для постоянного и переменного тока соответственно), с учетом выбранного предела измерений.

При измерениях силы тока в цепях с малым напряжением необходимо учитывать падение напряжения на миллиамперметре:

http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/image/t_p8.gif

Внутреннее сопротивление вольтметра постоянного тока равно 5000 Ом/В, внутреннее сопротивление вольтметра переменного тока равно 2000 Ом/В.











Рис.2. Зависимости сопротивления тела человека от состояния кожного покрова









Рис.3. Зависимости сопротивления тела человека от времени суток.










Рис.4. Зависимости сопротивления тела человека от физиологических факторов










Рис.5. Зависимость сопротивления человеческого тела от возраста










Рис.6. Зависимость сопротивления человеческого тела от пола









Рис.7. Зависимость сопротивления человеческого тела от настроения











Рис.8. Зависимость сопротивления человеческого тела от окружающей среды










Рис.9. Минимальные и максимальные значения сопротивления тела человека









Рис.10. Сила тока, проходящая через тело человека при напряжении в 220 В.











Рис.11. Предельно допустимое напряжение и ток протекающий через тело человека.
hello_html_6eabed50.gif















Рис. 12. Факторы влияющие на исход поражения электрическим током

hello_html_m2927645e.gif












1 Богданова К.Ю. Физика в гостях у биолога. – М., 1986

11 Энциклопедия для детей [том 16]. Физика Ч.2 Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. /ред. коллегия: М. Аксёнова, А. Элиович, В. Санюк и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007 . – 432с.: ил.

11 Богданова К.Ю. Физика в гостях у биолога. – М., 1986

11 Энциклопедия для детей [том 16]. Физика Ч.1 Биография физиков. Путешествия вглубь материала. Механическая картина мира. – 2-е изд. испр. /ред. коллегия: М. Аксёнова, В. Володин, А. Элиович и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007 . – 448с.: ил.

11 Беркинблит М.Б. и др. Электричество в живых организмах. - М.: Наука, 1988.

11 Энциклопедия для детей [том 16]. Физика Ч.1 Биография физиков. Путешествия вглубь материала. Механическая картина мира. – 2-е изд. испр. /ред. коллегия: М. Аксёнова, В. Володин, А. Элиович и др. – М.: Мир энциклопедий Аванта+, 2007 . – 448с.: ил.

11 Информационный сайт www.electohobby.ru –информационный интернет портал

11 Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: "Знак", 2000.

1.1 Неймаи, Л. А. Безопасность жизнедеятельности: теория, вопросы и ответы: Учеб. пос. - М.: Вузовская книга, 1997. -142 с.

11 http://ftemk.mpei.ac.ru/bgd/bgd_.htm#deistvie_toka Безопасность жизнедеятельности Московский энергетический институт (ТУ) Кафедра инженерной экологии и охраны труда

11http://ivatv.narod.ru/vvedenie_v_elektroniku/p_08.htm - Введение в электронику.

Автор
Дата добавления 24.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров924
Номер материала ДВ-092527
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх