Исследовательский проект "Измерение электрического сопротивления тела человека"

I. Введение:

Обоснование актуальности исследования:

Мы знаем,  что человеческое тело, как и любое другое тело живого организма, имеет свойство проводить через себя электрический ток.
Прохождение электрического тока через тело человека, являющееся хорошим проводником, может представлять серьезную опасность и даже быть причиной его смерти. Воздействие электрического тока на человека может быть различным: от легкого судорожного сокращения мышц до прекращения работы сердца и зависит от многих причин. Одной из этих причин является электрическое  сопротивление тела человека. Мы опросили учащихся нашей школы, родственников знают ли они,  от чего зависит сопротивление организма электрическому току.

Проблема:

Оказывается, большинство людей мало что знают об электрических свойствах организма человека, о зависимости сопротивления тела человека от различных факторов.

Цель проекта:

Исследование зависимости электрического сопротивления тела человека от различных факторов.

Создание наглядного пособия для защиты человека от электрических травм.

Задачи:

1.     Изучить необходимую литературу.

2.     Экспериментально определить электрическое сопротивление тела человека.

3.     Провести сравнительный анализ полученных результатов  в зависимости от возраста участников эксперимента, пола, состояние кожного покрова, различных участков тела человека.

4.     Разработать практические рекомендации по защите человека от электрических травм.

Объект исследования:  Организм человека.

Предмет исследования:  электрическое сопротивление тела человека.

Гипотеза:

 Если человеческое тело является проводником электричества, то оно обладает электрическим сопротивлением,  которое зависит  от возраста,  от пола, состояния кожного покрова, различных участков тела.

Методы исследования:

·        эксперимент

·        наблюдение

·        анализ

·        сравнение

·        обобщение

·        описание

Продукт проекта: мультимедийная презентация, буклет по теме: Практические рекомендации по защите человека от электротравм».

II. Теоретическая часть: 

1. Результат воздействия электрического тока на человека зависит от ряда факторов: величины и продолжительности протекания через него тока, рода и частоты тока, пути тока в организме, индивидуальных свойств человека и условий внешней среды,  электрического сопротивления тела человека.

а). Продолжительность воздействия тока оказывает существенное влияние на   исход поражения человека электрическим током. Чем дольше действие тока, тем больше вероятность тяжелого или даже смертельного исхода поражения. Объясняется это тем, что с увеличением времени воздействия тока на живые ткани повышается его значение за счет уменьшения сопротивления тела человека.

б). Путь тока в теле человека оказывает существенное влияние на исход поражения. Наиболее тяжелые электротравмы возникают в случаях, когда на пути тока оказываются жизненно важные органы (мозг, сердце, легкие) или уязвимые зоны, особо чувствительные к электрическому току. Наиболее опасными путями протекания тока через тело человека являются: "голова - руки", "голова - ноги", "рука - рука", “рука - ноги”. Наиболее уязвимые зоны расположены на внешней стороне кисти рук, на руках выше кисти, спине, шее, висках, плечах, передней части ног. Образование электрической цепи через уязвимые места при неблагоприятном стечении обстоятельств может привести к тяжелым исходам поражения при токах даже в несколько миллиампер.

в). Индивидуальные свойства человека также влияют на исход поражения электрическим током. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары, чем больные и слабые. Повышенной восприимчивостью к электрическому току обладают лица, страдающие рядом заболеваний, в первую очередь болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции, лёгких, нервными болезнями. Утомление, возникающее к концу рабочего дня, снижая внимательность, не только увеличивает вероятность поражения током, но и может усугубить его тяжесть. Отягощают электротравму алкогольные опьянения и болезненные состояния, приводящие к истощению нервной системы.

г). Условия внешней среды в некоторых случаях увеличивают опасность поражения током. Повышенные влажность и температура, пониженное атмосферное давление, уменьшенное содержание кислорода и увеличенное содержание углекислого газа повышают чувствительность организма к воздействию электрического тока. Установлено, что последствия поражения в результате неожиданного электрического удара могут оказаться более тяжелыми по сравнению со случаем, если тот же человек получит электрический удар, ожидая его. Наиболее опасные электротравмы происходят с людьми, случайно оказавшимися под напряжением. Наоборот, если человек знает о грозящей ему опасности, работает в состоянии сосредоточенного внимания, то поражение током, если оно произойдет, не будет для него неожиданным. Последствия такого поражения, как правило, могут оказаться менее тяжёлыми при напряжениях до 380 В.

д). На исход поражения человека электрическим током также влияет сопротивление тела человека, его отдельных участков.

2. Электрическое сопротивление тела человека зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток проходит главным образом по каналам потовых и отчасти сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи.

Кожа человека, как известно, имеет два слоя:                                                                                                                                                                                       

 

1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)

2 - наружный слой кожи - эпидермис можно условно представить состоящим из рогового и росткового слоев. Роговой слой состоит из мертвых ороговевших клеток, лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина этого слоя колеблется в пределах 0,05 - 0,2 мм. В сухом и незагрязненном состоянии роговой слой можно рассматривать как пористый диэлектрик, пронизанный множеством протоков сальных и потовых желез и обладающий большим удельным сопротивлением. Ростковый слой примыкает к роговому слою и состоит в основном из живых клеток. Электрическое сопротивление этого слоя благодаря наличию в нём отмирающих и находящихся на стадии ороговения клеток может в несколько раз превышать сопротивление внутреннего слоя кожи (дермы) и внутренних тканей организма, хотя по сравнению с сопротивлением рогового слоя оно невелико.

3 - внутренний слой кожи (называется дерма) представляет собой живую ткань. Дерма состоит из волокон соединительной ткани, образующих густую, прочную, эластичную сетку. В этом слое находятся кровеносные и лимфатические сосуды, нервные окончания, корни волос, а также потовые и сальные железы, выводные протоки которых выходят на поверхность кожи, пронизывая эпидермис. Электрическое сопротивление дермы невелико.

Сопротивление тела человека, а именно проводимость между двух электродов (1) , которые касаются поверхности кожи, можно рассматривать как три сопротивления включённых последовательно: наружные слои (эпидермиса) представляют собой первое сопротивление, и внутренние слои является вторым и третьим сопротивлением, включающим в себя сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тканей. Сопротивление тела человека зависит также и от места приложения электродов, чтообъясняется различной толщиной рогового слоя кожи, неравномерным распределением потовых желез на поверхности тела, неодинаковой степенью наполнения кровью сосудов кожи.

При ориентировочной оценке опасности поражения электрическим током сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм (R_h = 1 кОм).

III. Практическая часть:

Измерение электрического сопротивления учащихся школы.

Условия проведения экспериментальной части работы:

Измерения проводились в кабинете физики. Относительная влажность воздуха в кабинете физики составляла от 50-60%, (нормальная влажность).

 температура воздуха 20-22^о С.

Схема электрической цепи:

Порядок выполнения работы:

1.     Собрали электрическую цепь по схеме.

2.     Сняли показания амперметра и вольтметра  при замыкании контактов между указательным и большим пальцами  левой и правой руки.

3.     Вычислили сопротивление на участке «рука – рука», воспользовавшись законом Ома:  R=U/I

Таблица измерений:

1б класс: (13 учащихся)

пол	№	I (мкА)	U(В)	R (кОм)	R ср.
девочки	1	42	1.5	35	53.4 кОм
	2	30	1.5	50
	3	20	1.5	70
	4	20	1.5	70
	5	35	1.5	42
	1	40	1.5	37	42 ком
	2	30	1.5	50
мальчики	3	20	1.5	70
	4	40	1.5	37
	5	50	1.5	30
	6	42	1.5	35
	7	35	1.5	42
	8	45	1.5	35

R_ср учащихся 1 класса – 47,7 кОм

5б  класс: (15 учащихся)

пол	№	I (мкА)	U(В)	R (кОм)	R ср.
девочки	1	15	1,5	100	73,5 кОм
	2	10	1,5	150
	3	13	1,5	100
	4	20	1,5	70
	5	60	1,5	25
	6	50	1,5	30
	7	35	1,5	40
мальчики	1	40	1,5	37	38,75 кОм
	2	30	1,5	50
	3	50	1,5	30
	4	40	1,5	37
	5	40	1,5	37
	6	33	1,5	45
	7	40	1,5	37
	8	40	1,5	37

R_ср учащихся 5 класса – 56,1 кОм

8 класс: (12 учащихся)

пол	№	I (мкА)	U(В)	R (кОм)	R ср.
девочки	1	20	1.5	75	100 кОм
	2	10	1.5	150
	3	10	1.5	150
	4	20	1.5	75
	5	30	1.5	50
мальчики	1	45	1.5	30	51.6 кОм
	2	25	1.5	60
	3	40	1.5	40
	4	20	1.5	70
	5	20	1.5	70
	6	40	1.5	40
	7	30	1.5	50

R_ср учащихся  8 класса – 75,8 кОм

R_ср девочек, участвующих в эксперименте -  75,6 кОм.

R_ср мальчиков, участвующих в эксперименте  - 44,1 кОм

Среднее значение электрического сопротивления тела человека – 60кОм.

Данные значения сопротивления были получены в основном  при сухой и неповрежденной коже рук.

 В результате исследований мы получили  также, что сопротивление кожного покрова уменьшается при увлажнении примерно в10 раз, (обильное потоотделение у некоторых детей из-за волнения при проведении эксперимента привело к увеличению проводимости),  при наличии дефектов на коже ( царапин,  порезов и ссадин) примерно в 5 раз.

На сопротивление кожи сильно влияют площадь контактов и особенно место их расположения на теле человека.

Результаты исследования зависимости сопротивления от различных участков тела человека.

Участок кожного покрова	I (мкА)	U(В)	R(кОм)
лицо	60	4	66
шея	80	4	50
выше локтя	85	4	47
подмышечные впадины	90	4	44
кожа ладони	44	4	110
кожа подошв ног	40	4	100

Меньшим сопротивлением обладают кожа лица, шеи, рук выше локтя, подмышечные впадины человека. Сопротивление кожи ладоней и подошв значительно выше.  Причиной такой разницы является  увеличение толщины кожного покрова из-за их загрубелости и мозолистости.

Выводы:  Как видим из сравнения полученных результатов:

1.     Электрическое сопротивление тела человека с возрастом увеличивается.

2.     Электрическое сопротивление девочек больше чем мальчиков т.е. зависит от пола

3.     Электрическое сопротивление зависит от участков тела человека:

Малое сопротивление имеют кожа лица, шеи, рук выше локтя, кожа тыльной стороны кистей рук, подмышечные впадины человека.

Большое сопротивление имеют кожи ладоней и подошв ног.

4.     электрическое сопротивление зависит от состояния кожного покрова (царапины: ссадины, разрезы уменьшают сопротивление.

Таким образом, наша гипотеза о  зависимости сопротивления тела от возраста,  от пола, состояния кожного покрова была подтверждена экспериментальным путем.

Назначение и применение  проекта:

Материалы работы могут быть использованы учителем физики при изучении раздела физики «Электродинамика» и при проведении элективного курса «С электричеством на «ты».

Наглядные пособия в виде презентации и буклета можно использовать при инструктаже на уроках физики при проведении лабораторных работ по электродинамике.

Учащимся школы данная работа должна служить предостережением при работе с электрическим током.

Берегите себя, ведь жизнь дается человеку только один раз!

Заключение:

1.     Теоретические и практические знания,  полученные в ходе работы над проектом,  дают возможность продолжения работы по данной теме в старших классах. Мы попытаемся  исследовать влияние зависимости сопротивления тела от пути протекания электрического тока,  индивидуальных свойств человека, влияния внешней среды. Для этих целей изучим устройство и принцип действия специальных приборов для измерения электрического сопротивления: омметров.

Приложение№1.

Графики:

1.  Зависимость сопротивления тела человека от возраста.

2.  Зависимость сопротивления тела человека от пола.

3. Зависимость сопротивления от участков тела.

Приложение:№2.

Причины поражения человека электрическим током.

·        прикосновение к неизолированным токоведущим частям электроустановок.

·         к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением вследствие повреждения изоляции.

·         к неметаллическим предметам, оказавшимся под напряжением.

Приложение №3.

Пороговые значения тока.

Различают три предельных (пороговых)  значения тока (при его протекании по пути рука-рука):

          ощутимый,

          неотпускающий и

          фибрилляционный.

Ощутимый ток (0,6–1,5 мА) вызывает слабый зуд и легкое покалывание и не опасен для жизни, однако при длительном воздействии отрицательно сказывается на здоровье человека.

Ток в 3–5 мА уже вызывает раздражение всей кисти руки. При токе 8–10 мА боль резко усиливается и охватывает всю руку, вызывая непроизвольные сокращения мышц рук и предплечья.

Не отпускающий ток (10–15 мА) вызывает сильную боль, при этом судороги настолько усиливаются, что пострадавший не может разжать руку, в которой находится токоведущая часть.

Ток в 25–50 мА действует не только на мышцы рук, но и туловища, вызывая резкое сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления, а также потерю сознания. Длительное воздействие такого тока может привести к прекращению дыхания и даже к смерти.

Фибрилляционный ток (100 мА и более), протекая по тому же пути, проникает глубоко в грудь, раздражая мышцы сердца. Такой ток очень опасен: через 1–2 с после начала его действия начинаются частые сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), прекращается движение крови в сосудах и наступает смерть.

Ток более 5 А (как переменный, так и постоянный) приводит к немедленной остановке сердца, минуя состояние фибриллизации.

Список литературы

1.     Безопасность жизнедеятельности. Ред. С.В. Белов. Учебник для техникумов и вузов. -  М.: Высшая школа, 2004.

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

3.     Н е й м а н, Л. А. Безопасность жизнедеятельности: теория, вопросы и ответы: Учеб.пос. - М.: Вузовская книга, 1997. -142 с.

4.     Познай самого себя. Учебное издание. Редакторы Ковалева С.Я., Козлова Н.Д.

5.       Информационный сайт  www.electohobby.ru

• 1 слайд

  Исследовательский проект по теме
  «Электрическое сопротивление тела человека».
  Авторы: учащиеся 8 класса Калинин Никита
  Малышев Алексей
  Рук-тель: учитель физики Вертопрахова И.И.
  

• 2 слайд

  Обоснование актуальности исследования:
  Обоснование актуальности исследования.
  

• 3 слайд

  Проблема:
  большинство людей мало что знают об электрических свойствах организма человека, о зависимости сопротивления тела человека от различных факторов.
  Цель проекта:
  Исследование зависимости электрического сопротивления тела человека от различных факторов.
  Создание наглядного пособия для защиты человека от электротравм.
  

• 4 слайд

  Задачи:
  Изучить необходимую литературу.
  Экспериментально определить электрическое сопротивление тела человека.
  Провести сравнительный анализ полученных результатов в зависимости от возраста участников эксперимента, пола, состояния кожного покрова.
  Разработать практические рекомендации по защите человека от электрических травм.
  

• 5 слайд

  Объект исследования: Организм человека
  Предмет исследования: электрическое сопротивление тела человека.
  Гипотеза:
  Если человеческое тело является проводником электричества, то оно обладает электрическим сопротивлением, которое зависит от возраста, от пола, от участков тела, от состояния кожного покрова.
  
  

• 6 слайд

  Методы исследования:
  
  эксперимент
  наблюдение
  анализ
  сравнение
  обобщение
  описание
  

• 7 слайд

  Продукт проекта:
  Мультимедийная презентация
  Буклет: Практические рекомендации по защите человека от электротравм
  

• 8 слайд

  Результат воздействия электрического тока на человека зависит:
  величины и продолжительности протекания через него тока
  пути тока в организме
  индивидуальных свойств человека
  условий внешней среды
  электрического сопротивления тела человека.
  
  

• 9 слайд

  Строение кожи человека:
  Электрическое сопротивление отдельных участков тканей зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через кожу ток проходит по каналам потовых и отчасти сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи.
  
  

• 10 слайд

  1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)
  

• 11 слайд

  Экспериментальная часть работы:
  Условия проведения :
  Измерения проводились в кабинете физики.
  Относительная влажность воздуха в кабинете физики составляла от 50-60%, (нормальная влажность).
  температура воздуха 20-22 С.
  

• 12 слайд

  Оборудование:
  микроамперметр, источник питания на 4В, потенциометр, вольтметр и соединительные провода.
  Схема электрической цепи:
  

• 13 слайд

  Порядок выполнения работы:
  Собрали электрическую цепь по схеме.
  Сняли показания амперметра и вольтметра при замыкании контактов между указательным и большим пальцами левой и правой руки.
  Вычислили сопротивление на участке «рука – рука», воспользовавшись законом Ома: R=U/I
  

• 14 слайд

• 15 слайд

• 16 слайд

• 17 слайд

  Зависимость сопротивления от возраста участников эксперимента:
  
  

• 18 слайд

  Результаты:
  Rср учащихся 1 класса – 47,7 кОм
  Rср учащихся 5 класса – 56,1 кОм
  Rср учащихся 8 класса – 75,8 кОм
  
  

• 19 слайд

  Зависимость сопротивления от пола человека:
  

• 20 слайд

  Результаты эксперимента:
  Rср девочек, участвующих в эксперименте - 75,6 кОм.
  Rср мальчиков, участвующих в эксперименте - 44,1 кОм
  Среднее значение электрического сопротивления тела человека – 60кОм.
  

• 21 слайд

  Зависимость сопротивления от участков тела:
  

• 22 слайд

  Выводы:
  Электрическое сопротивление тела человека с возрастом увеличивается.
  Электрическое сопротивление девочек больше чем мальчиков т.е. зависит от пола
  Электрическое сопротивление зависит от участков тела человека:
  Малое сопротивление имеют кожа лица, шеи, рук выше локтя, кожа тыльной стороны кистей рук, подмышечные впадины человека.
  Большое сопротивление имеют кожи ладоней и подошв ног.
  электрическое сопротивление зависит от состояния кожного покрова (царапины: ссадины, разрезы уменьшают сопротивление.
  

• 23 слайд

  Назначение и применение проекта:
  Материалы проекта могут быть использованы учителем физики при изучении раздела физики «Электродинамика» и при проведении элективного курса «С электричеством на «ты».
  Наглядные пособия в виде презентации и буклета можно использовать при инструктаже на уроках физики при проведении лабораторных работ по электродинамике.
  Учащимся школы данная работа должна служить предостережением при работе с электрическим током.
  

• 24 слайд

  Берегите себя, ведь жизнь дается человеку
  только один раз!