Фізика. 8 клас. Максимович

§ 27. Дія електричного струму на організм людини

«Дефібрилятор! Розряд!» Лікарі прикладають до тіла потерпілої людини в ділянці серця пластини-електроди, бо її серце зупинилося. Іноді цю процедуру повторюють кілька разів. Цей процес ви могли бачити в художніх фільмах, тому знаєте, що внаслідок таких дій серце знову починає працювати. Дефібрилятор запускає серце коротким високовольтним імпульсом, тобто короткочасним проходженням струму через тіло людини. При цьому відбувається повне скорочення міокарда — серцевого м’яза, яке здатне відновити його роботу. Дефібрилятори використовують реаніматологи, працівники рятувальної служби, стюардеси, інструктори та спортивні тренери. Цей апарат є навіть у працівників охорони великих торговельних центрів. Ним за потреби можуть скористатися люди, які пройшли курси надання першої домедичної допомоги.

З’ясуємо, як ще електричний струм впливає на організм людини. Чи завжди його дія корисна? Читаємо, аналізуємо і запам’ятовуємо!

Дізнайтеся про...

особливості впливу електричного струму на організм людини;
захист від блискавки;
блискавичник та його функцію;
позитивну дію електричного струму на організм людини.

1. Небезпечна і шкідлива дія електричного струму на людей

У XVIII ст. голландський фізик Пітер ван Мушенбрук після того, як відчув на собі дію електричного струму, сказав, що «не погодився б зазнати ще раз такого випробування навіть за королівський трон Франції». Що ж відбувається з людиною, коли крізь неї проходить електричний струм? Електрична енергія, поглинута організмом людини, перетворюється на інші її види і призводить до різних дій. Термічна (теплова) дія струму спричиняє опіки окремих ділянок тіла, нагрівання до високої температури кровоносних судин, нервів, серця, мозку, що може призвести до серйозних функціональних розладів. Опіки глибоко проникають у тканину, тому важко піддаються лікуванню.

Пітер ван Мушенбрук

Розкладання органічних речовин та крові відбувається внаслідок електролітичної (хімічної) дії струму. Це може спричинити істотні зміни фізико-хімічного складу та порушення функцій усього організму.

Мимовільне скорочення м’язів (судоми), параліч м’язів опорно-рухового апарату, м’язів дихальних шляхів та шлуночків серця викликає біологічна дія струму на тіло людини. Може відбутися миттєва зупинка дихання та серцевої діяльності. Дія електричного струму на мозок може спричинити втрату свідомості.

Механічна дія струму призводить до розриву тканин організму.

Наслідки всіх зазначених дій струму залежать від тривалості проходження струму через організм, величини сили струму та напруги, опору організму та фізичного стану людини, умов зовнішнього середовища.

Мал. 27.1. Попереджувальні знаки

Щоб запобігти ураженню людини електричним струмом, у небезпечних місцях встановлюють спеціальні попереджувальні знаки (мал. 27.1).

Таблиця 1

Характеристики дії електричного струму різної сили на організм людини

Сила струму, мА	Дія струму на людину
0,6-1,5	Не відчувається
2,0-3,0	Не відчувається
5,0-7,0	Свербіж, відчуття нагрівання
8,0-10,0	Посилення нагрівання
10,0-25,0	Незначне скорочення м’язів рук
50,0-80,0	Судоми, ускладнення дихання
90,0-100,0	Параліч дихання та серця
100 мА - 3 А	Смертельні шлункові фібриляції
Понад 3 А	Зупинка серця, важкі опіки

2. Блискавка та захист від неї

Ще одна небезпека, пов’язана з електрикою, — дія блискавки. Пригадаємо, що блискавка — це електричний розряд між хмарами різних шарів (мал. 27.2, а) або між хмарою і землею (мал. 27.2, б). Вона рухається зі швидкістю сотні тисяч кілометрів за секунду та переносить електричні заряди величиною в сотні й тисячі кулонів. Щорічно Земля зазнає 25 000 000 ударів блискавок — це понад 100 блискавок за секунду. Середньостатистична блискавка триває три чверті секунди, має температуру приблизно 28 000 °С, що в п’ять разів більше від температури поверхні Сонця, а її протяжність становить вісім і більше кілометрів. Енергії середньостатистичної блискавки вистачило б для роботи стоватної лампочки упродовж 90 днів. Блискавка може потрапляти в дерева, будівлі, людей та інші живі організми. Тому треба пам’ятати про основні правила поведінки під час грози (Пам’ятка № 1).

Мал. 27.2. Блискавки

Пам’ятка №1

Рекомендовані дії перед та під час грози

(служба цивільного захисту)

• Не виходьте з будинку, зачиніть вікна, двері й закрийте димарі. Подбайте, щоб у приміщенні не було протягу, який може притягнути блискавку. Якомога далі тримайтеся від електропроводів, антен, вікон, дверей.

• Радіо і телевізори відключіть від мережі, не користуйтеся електроприладами і телефоном (особливо в сільській місцевості).

• Для укриття віддайте перевагу житловому будинку або іншій споруді, захищеній блискавковідводом.

• Не перебувайте на підвищеннях і відкритих незахищених місцях, поблизу металевих або сітчастих огорож, заземлення блискавковідводу.

• На відкритому просторі краще присісти в суху яму чи траншею. Тіло повинне мати якнайменше точок дотику із землею, не можна лягати на землю, бо збільшиться площа ураження розрядом.

• Якщо гроза застала вас у лісі, необхідно сховатися на ділянці з низькорослими деревами. Не можна стояти під високими поодинокими деревами. Безпечніше перебувати на відстані приблизно 30 метрів від них і від дерев, раніше уражених блискавкою.

• Під час грози не можна перебувати у воді та поблизу водойм; не варто займатися спортом надворі, бігати.

• Якщо ви їдете на велосипеді або мотоциклі, припиніть рух і перечекайте грозу на відстані приблизно 30 м від них.

• Якщо гроза застала вас в автомобілі, не виходьте з нього, зачиніть вікна й опустіть автомобільну антену; рухатися під час грози на автомобілі не рекомендовано.

• Якщо біля вас з’явиться кульова блискавка, зберігайте спокій, не рухайтеся, не наближайтеся до неї, нічим її не торкайтеся, бо вона може вибухнути.

У жовтні 1998 р. в Демократичній Республіці Конго сталася трагедія, яка увійшла в історію. Під час футбольного матчу почалася гроза, проте гру не зупинили. Гуркотіли громи та били блискавки. Від прямого влучання однієї з них загинуло одразу одинадцять гравців з однієї команди. Ще тридцять осіб, присутніх на грі, отримали опіки. Випадки, коли під час змагань гинуть спортсмени внаслідок ударів блискавки, непоодинокі. У Німеччині у 2018 р. під час футбольного матчу блискавка влучила у воротаря. Він був госпіталізований у критичному стані. Медики не змогли його врятувати. Подібний випадок стався з футболістом в Індонезії.

На нашій планеті є місця, де грози бувають аномально часто. Штат Флорида в США називають «смертельним штатом», бо там удвічі більше смертей від удару блискавки, ніж у будь-якому іншому місці на Землі. Приблизно 71 % людей, у яких влучила блискавка, виживають.

3. Блискавичник: будова та функція

Як вам уже відомо, люди здавна намагалися захистити свої домівки від удару блискавки за допомогою металевого стрижня. І це їм майже вдавалося. А як працюють сучасні блискавичники?

Блискавичник (блискавковідвід) — пристрій, який приймає удар блискавки і відводить її струм у землю. Він призначений для захисту будинків та інших споруд від руйнівної дії блискавки (мал. 27.3).

Мал. 27.3. Блискавичники на сучасних будинках

Ви вже знаєте, що автором винаходу вважають Бенджаміна Франкліна, але деякі джерела приписують першість чеському священнику Прокопію Дівішу, що встановив блискавковідвід у 1754 р.

Будь-який блискавичник складається з трьох частин (мал. 27.4): блискавкоприймача, який приймає на себе удар блискавки (1), струмовідводу, який проводить струм до заземлення (2), заземлювача, через який струм потрапляє в землю (3).

Мал. 27.4. Будова блискавичника

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чому люди по-різному реагують на удар електричним струмом?
2. Чи можна самотужки зробити блискавичник та використати його як захист від блискавки для вашої оселі? Чи краще звернутися до спеціальних служб?

4. Позитивна дія електричного струму на організм людини

Давньоримський лікар часів імператора Клавдія Скрібоній Ларг лікував людей за допомогою електричних скатів (мал. 27.5). До голови людини, яка страждала від сильного головного болю, цілитель прикладав цих риб. Тоді ніхто не міг пояснити, як це діє.

Мал. 27.5. Електричний скат

Уже в XIX ст. німецький дослідник Еміль Дюбуа-Реймон виявив зв’язок між діяльністю майже всіх внутрішніх органів живих організмів та електрикою. Нині електричний струм широко використовують для лікування людей. Одним із способів застосування малого електричного струму (40-50 мА) низької напруги (30-80 В) є гальванізація (мал. 27.6). Вона має болезаспокійливу дію, поліпшує кровообіг, допомагає знімати біль у станах після травм, при артритах тощо.

Мал. 27.6. Приклад електролікування (гальванізація)

Нині електротерапія є загальновизнаною і дедалі популярнішою формою лікування різних захворювань. Вона передбачає використання електричних струмів для стимуляції нервів, м’язів і клітин в організмі, сприяючи загоєнню і полегшенню болю. Від транскутанної електричної стимуляції нервів (TENS) для лікування хронічного болю до глибокої стимуляції мозку при неврологічних розладах — електротерапія змінила наш підхід до медичного обслуговування.

У галузі кардіології електрокардіографія (ЕКГ) стала важливим діагностичним інструментом для оцінювання здоров’я серця. Вимірюючи електричну активність серця, ЕКГ допомагає лікарям діагностувати і контролювати такі стани, як аритмія, серцеві напади і серцева недостатність.

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Чому під час роботи дефібрилятора (подання розряду) не можна торкатися тіла потерпілої людини і металевих частин ліжка або операційного стола?

Запам'ятайте

Проходячи через тіло людини, електричний струм спричиняє термічну, механічну, електролітичну та біологічну дії.

Блискавичник (блискавковідвід) — пристрій, який приймає удар блискавки і відводить її струм у землю. Він призначений для захисту будинків та інших споруд від руйнівної дії блискавки.

Перевірте себе

1. Деякі морські мешканці завдяки будові своїх м’язів виробляють і накопичують електрику. Вони навчилися акумулювати заряди та використовувати їх для полювання або самозахисту. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, які саме морські тварини мають такі особливості.

2. Визначте силу струму (в мА), що проходить через суху шкіру людини за контакту з напругою 220 В, якщо опір сухої шкіри — 10⁵ Ом. Чи буде людина відчувати цю дію струму?

Словник фізичних термінів (для пошуку інформації в англомовних джерелах)

Термічна дія струму	Thermal effect of current
Електролітична дія струму	Electrolytic effect of current
Біологічна дія струму	Biological effect of current
Механічна дія струму	Mechanical effect of current
Блискавичник	Lightning rod