Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

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 (Закон Джоуля — Ленца).

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 подвергаются электролизу — 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 нанесение гальванических покрытий 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.

Магнитное действие электрического тока

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).

Световое действие электрического тока

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 ультрафиолетовое излучение 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%.

Механическое действие электрического тока

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное поле. 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 закона Ампера 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 работа электродвигателей, где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Общее и местное действие электрического тока на организм

Источники: природное электричество, сетевой электрический ток

Повреждающий эффект зависит от: частоты переменного тока, напряжения, силы тока, сопротивления тканей животного, длительности действия на организм, индивидуальной и видовой чувствительности животного, пути прохождения.

Местное действие: проходя через биологические среды, электрический ток производит поляризацию атомов и молекул, изменяет пространственную ориентацию заряженных частиц и усиливает их движение. Электрическая энергия переходит в тепловую (ожог). Электрические ток изменяет состояние коллоидов, которые являются заряженными частицами.

Общее действие: связано с нарушением в тканях биотоков действия. Появляются биопотенциалы повреждения, которые вызывают раздражение нервных и мышечных волокон (возбуждение, учащение дыхания и пульса, повышение давления, тонические судороги, остановка дыхания, спазм голосовых связок, непроизвольное мочеиспускание и дефекация).

Патогенез электротравмы заключается в комбинации электрохимического(электролиз, появление свободных радикалов, перемещении ионов), электротермического (сопротивление тканей-импеданс), электромеханического действия.

Действие инфракрасных лучей на организм. Гипертермия, компенсаторно-приспособительные реакции.

Источники: ИК-спектр солнечного излучения, раскаленный металл, лампы накаливания, ядерный взрыв.
Воздействие ИК-лучей на организм приводит к:
— проявлению теплового эффекта – способности вызывать тяжелые ожоги
— проникновению через черепную коробку к оболочкам головного мозга и центральным нервным структурам, что может привести к солнечному удару

Гипертермия – пассивное повышение температуры тела вследствие внешнего перегревания.

Стадии:
1. Компенсаторно-приспособительная: замедляется выработка тепла и уменьшается обмен веществ, увеличивается теплоотдача за счет расширения периферических кровеносных сосудов, увеличение частоты дыхания, обильного потоотделения, кровообращения, если действие высоких температур прекращается, то температура тела стабилизируется, если продолжается, то переход во 2 стадию.

2. Стадия возбуждения: возбуждение ЦНС, усиление обмена веществ, выработка тепла, учащение сердцебиения, повышается артериальное давление, повышается одышка, температура повышается, усиливается распад белка, замедляется рефлекторная деятельность, суживаются периферические кровеносные сосуды уменьшается теплоотдача.

3. Стадия угнетения: торможение ЦНС и вегетативной нервной системы, замедляется обмен веществ, периферические кровеносные сосуды расширяются, увеличивается теплоотдача, происходит паралич нервных центров, кома, судороги, летальный исход.

Местное действие высоких температур. Ожоговый шок. Ожоговая болезнь.

Местное действие высоких температур проявляются в ожогах различных степеней:

1. Покраснение, болезненность;

2. Образование пузырей с экссудатом до 8% белка

3. Гибель более глубоких слоев тканей с отторжением и образованием язв

4. Полное обугливание

Ожоговый шок возникает при местных повреждениях температурой больших поверхностей.

1. Эректрильная стадия – импульсы с обожженной кожи по афферентным нервным волокнам поступают в ЦНС. В результате возбуждение ЦНС, поэтому в организме резко усиливаются все процессы.

2. Торпидная (торможение) – в коре возникает торможение, оно передается на подкорковые нервные узлы сосудодвигательного центра, а с них на вазомоторы сосудистой стенки. Сердце замедляет ритм, выбрасывает меньше крови, поэтому происходит падение давления крови на стенку сосуда. Приводит к коллапсу и острой сосудистой недостаточности =>до остановки

Гипотермия. Компенсаторно-приспособительные реакции и декомпенсация.

Гипотермия – стойкое снижение температуры тела вследствие уменьшения теплосодержания в организме.

Стадии:
1) Компенсаторно–приспособительная (рефлекторные приспособительные реакции):
*усиленно вырабатывается тепло за счет усиления обмена веществ, появляется мышечная дрожь

*уменьшается теплоотдача за счет сужения периферических кровеносных сосудов, уменьшения глубины дыхания, организм съеживается (уменьшается площадь теплоотдачи), у животных вздыбливается шерсть
2) Стадия декомпенсации:

*торможение ЦНС, появляется вялость и сонливость, замедляется дыхание, работа сердца, обмен веществ

*уменьшается выработка тепла, периферические сосуды расширяются

*температура тела уменьшается, когда достигает нижних пределов – паралич, коматозное состояние и летальный исход

Источник

Действие электрического тока на организм человека. Виды электротравм

Проходя через организм человека, электрический ток оказывает на него термическое, электролитическое, механическое и биологическое действие.

Термическое действие тока вызывает ожоги отдельных участков тела, нагрев кровеносных сосудов, сердца, мозга и других органов, через которые проходит ток, что приводит к возникновению в них функциональных розлив аду.

Электролитическое действие тока характеризуется разложением крови и других органических жидкостей, что вызывает существенные нарушения их физико-химического состава.

Механическое действие тока сопровождается повреждениями (разрывы, расслоения и т.п.) различных тканей организма в результате электродинамического эффекта.

Биологическое действие тока на живую ткань проявляется как опасное возбуждение клеток и тканей организма, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц Такое возбуждение может привести к существенного евих нарушений и даже полному прекращению деятельности органов дыхания и кровообращениеу.

Виды электрических травм. Причины летальных исходов от действия электрического тока.

Электротравмы — это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги зависимости от последствий электротравмы условно разделяют на два вида: местные электротравмы, когда возникает местное ушкодже ения организма, и общие электротравмы (электрические удары), когда поражается весь организм в результате нарушения нормальной деятельности жизненно важных органов и систем.

Характерными местными электрическими травмами являются электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрические знаки (электрические отметки) является пятнами серого или бледно-желтого цвета в виде мозоли на поверхности кожи в месте ее контакта с тока-проводящими частями

Металлизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла расплавляется результате действия электрической дуги Такого повреждения, обычно, испытывают открытые части тела — руки и и лицо. Поврежденный участок кожи становится твердой и шершавой, однако за относительно короткое время она снова приобретает предыдущий вид и эластичность, электроофтальмия — это поражение глаз в результате воздействия ультрафиолетовых излучений электрической дуги.

Наиболее опасным видом электротравм является электрический удар, который в большинстве случаев (около 80%, включая смешанные травмы) приводит к смерти пострадавшего

Электрический удар — это возбуждение живых тканей организма электрическим током, сопровождающееся судорожным сокращением мышц зависимости от последствий поражения электрические удары можно условно разделить на четы ири степени:

I — судорожные сокращения мышц без потери сознания;

II — судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранением дыхания и работы сердца;

III — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания (или того и другого вместе);

IV — клиническая смерть.

Клиническая смерть — это переходный период от жизни к смерти, наступающий с момента остановки сердечной деятельности и легких и продолжается 6-8 минут, пока не погибли клетки головного мозга.

После этого наступает биологическая смерть, в результате которого прекращаются биологические процессы в клетках и тканях организма и происходит распад белковых структур.

Принципы безопасной эксплуатации электроустановок.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковеду­щим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, используют следую­щие способы:

— электрическое разделение сети;

— система защитных проводов;

— изоляция токоведущих частей;

— безопасные (малые) напряжения;

— компенсация токов замыкания на землю;

— средства индивидуальной защиты и др.

Кроме того, для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям используют защит­ные оболочки, защитные ограждения (временные или ста­ционарные), безопасное расположение токоведущих час­тей, изоляцию токоведущих частей (рабочая, дополни­тельная, усиленная, двойная), изоляцию рабочего места, предупредительную сигнализацию, блокировку, знаки безопасности.

Все вышеперечисленные способы и средства защиты могут использоваться как отдельно, так и в сочетании друг с другом.

Источник