Wpływ prądu elektrycznego na organizmy żywe

Prąd elektryczny

Istnienie zjawisk elektrycznych znane już było w starożytności, odnosiło się jednak wyłącznie do zdolności przyciągania drobnych przedmiotów drewnianych przez potarty bursztyn. W XVI w. William Gilbert wprowadził pojęcie sił elektrycznych (greckie elektron - bursztyn).

W 1729 r. angielski badacz Stephen Gray (1670-1736) podzielił ciała na izolatory i przewodniki, a w 1734 r. Francuz Ch. F. du Fay (1698-1739) stwierdził istnienie dwóch rodzajów ładunków elektrycznych: dodatnich (powstają w pocieranym szkle) i ujemnych (powstają w pocieranym ebonicie).

Elektryczność, jest to ukierunkowany ruch elektronów swobodnych. Wbrew pozorom, elektryczność jest powszechnie dostępna i na bardzo wiele sposobów można ją ?wytworzyć?. To słowo ująłem w nawias, ponieważ elektryczności nie trzeba tworzyć ? ona jest. Ludzie po prostu nauczyli się jak można ją wykorzystywać.

Wpływ prądu elektrycznego na organizmy żywe

Skutki działania prądu na organizm człowieka są fizyczne (np. cieplne), chemiczne (np. zmiany elektrolityczne) i biologiczne (np. zaburzenia czynności).
Prąd stały działa na człowieka inaczej niż prąd zmienny. Jedną z różnic jest działanie prądu na obdarzone ładunkiem elektrycznym cząsteczki będące składnikami komórek. Pod wpływem doprowadzonego napięcia cząsteczki te przemieszczają się, co prowadzi do zmian stężenia jonów w komórkach i przestrzeniach międzykomórkowych. Im dłuższy jest czas przepływu prądu w tym samym kierunku, tym większych przemieszczeń jonów należy oczekiwać. Od właściwych stężeń jonów zależy czynność wielu komórek, miedzy innymi komórek mięśni i komórek nerwowych, dlatego też, zmieniają się stężenia jonów w wyniku przepływu prądu prowadzą do zaburzenia czynności tych komórek. Prądy przemienne o dużej częstotliwości nie wywołują zaburzeń przewodnictwa w nerwach, skurczów mięśni i zaburzeń w czynności mięśnia sercowego, mogą jednak doprowadzić do poważnych uszkodzeń w skutek wytwarzania ciepła na drodze przepływu przez ciało. Prądu o bardzo wielkich częstotliwościach (rządu kilku tysięcy Hz) mają stosunkowo małą zdolność przenikania w głąb tkanki. Im częstotliwości są większe, tym działanie prądu jest bardziej powierzchniowe. W praktyce najbardziej niebezpieczne dla człowieka są prądy przemienne o częstotliwości 50, 60 Hz, a więc częstotliwości przemysłowej.

Porażenie prądem

Porażenie prądem elektrycznym - efekt powstający w wyniku przepływu znacznego prądu elektrycznego przez tkanki organizmów żywych - ludzi i zwierząt.
Funkcjonowanie każdego organizmu żywego wiąże się z przepływem przez tkanki bardzo słabych prądów elektrycznych o wartościach nieprzekraczających ułamków miliampera i z powstawaniem w organizmie minimalnych różnic napięć pomiędzy tkankami, nieprzekraczających ułamków wolta.

Zetknięcie jednak tkanek - np. skóry człowieka lub zwierzęcia - z zewnętrznymi źródłami prądu elektrycznego może doprowadzić do efektu porażenia, które w niekorzystnej sytuacji może skończyć się poparzeniem lub nawet spaleniem części tkanek, a także skurczem mięśni, utratą przytomności, zatrzymaniem pracy serca lub nawet śmiercią.

Negatywne skutki zetknięcia tkanek ze źródłem prądu elektrycznego wywołane są przez przepływ prądu o wartości powyżej około 1 miliampera. Prąd taki przepłynąć może przez ciało ludzkie wówczas, kiedy sucha skóra zetknie się np. z przewodem elektrycznym pod napięciem przekraczającym około 100 woltów, ale nawet nieznaczne zawilgocenie skóry spowodować może wystąpienie zauważalnych (choć na ogół niegroźnych dla życia i zdrowia) efektów porażenia już przy napięciach niższych (daje się to np. dostrzec jako "mrowienie" przy dotykaniu mokrymi palcami przewodów podłączonych do sieci telefonicznej, w której występuje napięcie tylko 48 V). Wilgotne błony śluzowe są jeszcze bardziej podatne na przepływ prądu, dlatego dotknięcie np. językiem końcówek zwykłej "płaskiej" baterii elektrycznej o napięciu 4,5 V odczuwane jest jak "szczypanie" w język, a dotknięcie w ten sam sposób biegunów bateryjki 9-woltowej jest już związane z nieprzyjemnymi odczuciami.
<-elektryczne ogrodzenie w Auschwitz

Działanie prądu elektrycznego na układ nerwowy

Podczas przepływu prądu elektrycznego przez organizm ludzki następuje pobudzenie, a następnie porażenie układu nerwowego. Skutkiem tego jest utrata przytomności. Może ona być spowodowana:
- Zatrzymaniem krążenia wywołaniem niedostateczną pracą serca, migotaniem komór lub zatrzymanie serca
- Przepływem prądu bezpośrednio przez czaszkę i mózg. Wytwarzanie się dużej ilości ciepła przy przepływie prądów o wysokim napięciu może w ciągu kilka sekund wywołać nieodwracalne uszkodzenia lub zniszczenie mózgu

Przyczyny porażenia prądem elektrycznym

Przyczyny wypadków podczas eksploatacji urządzeń elektrycznych są różne. Przeważnie są to: nieostrożność, lekceważenie przepisów, roztargnienie, omyłki, brak odpowiedniej konserwacji lub kontroli urządzeń zabezpieczających, zła organizacja pracy, brak nadzoru, złe zrozumienie polecenia, niedbałe wykonanie pracy, nieumiejętność lub nieznajomość instalacji oraz nieszczęśliwy zbieg okoliczności. Następstwem tych przyczyn jest najczęściej dotknięcie części znajdujących się normalnie lub przypadkowo pod napięciem względem ziemi. Jeżeli dotykający stoi na ziemi, na przewodzącej podłodze konstrukcji stalowej, to pod działaniem napięcia dotykowego nastąpi przepływ prądu przez jego ciało.

Napięcie dotykowe jest to napięcie występujące między dwoma punktami, nie należącymi do obwodu elektrycznego z którymi mogą się zetknąć jednocześnie ręce lub ręka i stopy człowieka.

Podczas przepływu prądu w ziemi miedzy dwoma miejscami na powierzchni gruntu oddalonymi o długość kroku może pojawić się napięcie zwane napięciem krokowym.

Porażenie elektryczne może objawiać się:
~ odczuwaniem bólu przy przepływie prądu, kurczami mięśni (skurcz mięśni dłoni może uniemożliwić samo uwolnienie się porażonego)
~ zatrzymaniem oddechu, zaburzeniami krążenia krwi
~ zaburzeniami wzroku, słuchu i zmysłu równowagi
~ utratą przytomności
~ migotaniem komór sercowych (fibrylacja) - bardzo groźnym dla życia człowieka, gdyż zazwyczaj prowadzi ono do zejścia śmiertelnego
~ oparzeniami skóry i wewnętrznych części ciała, do zwęglenia włącznie.

Bezpośrednio po rażeniu prądem, tzn. po przerwaniu przepływu prądu, może wystąpić wstrząs elektryczny, objawiający się przerażeniem, bladością, drżeniem ciała lub kończyn, nadmiernym wydzielaniem potu, stanem apatii lub euforii. Może również wystąpić obrzęk mózgu i utrata przytomności, połączona z zatrzymaniem krążenia krwi i brakiem oddechu. Skutki te mogą się ujawnić także po pewnym czasie - od kilku minut do kilku miesięcy.

Zjawisko porażenia ma miejsce wówczas, gdy występuje droga dla prądu rażeniowego i istnieje źródło napięcia wymuszającego przepływ takiego prądu. W praktyce dochodzi do tego, gdy człowiek styka się jednocześnie z dwoma punktami znajdującymi się pod różnymi potencjałami i zamyka się w ten sposób elektryczny obwód dla prądu rażeniowego.

Napięcia i skutki porażeń

Napięcie dotykowe jest to napięcie między dwoma punktami nie należącymi do obwodu elektrycznego, z którymi mogą się zetknąć jednocześnie obie ręce lub ręka i noga człowieka.

Napięcie dotykowe spodziewane jest to największa wartość napięcia dotykowego w urządzeniach lub w instalacji elektrycznej w razie uszkodzenia izolacji, gdy wartość impedancji w miejscu zwarcia jest pomijalna.

Napięcie rażeniowe dotykowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez ciało człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała, na drodze ręka-nogi lub ręka-noga albo ręka-ręka).

Napięcie krokowe jest to napięcie między dwoma punktami na powierzchni ziemi lub na powierzchni stanowiska pracy, odległymi od siebie o 1 m (jeden krok).
Napięcie rażeniowe krokowe jest to spadek napięcia wzdłuż drogi przepływu prądu przez obie nogi człowieka (czyli spadek napięcia na rezystancji ciała na drodze noga-noga).

Skutki rażenia prądem elektrycznym zależą od:
rodzaju prądu, a więc czy jest to rażenie: prądem przemiennym o małej częstotliwości (15 -100Hz), prądem przemiennym o dużej częstotliwości, krótkotrwałymi, jednokierunkowymi impulsami prądowymi, prądem stałym,
wartości napięcia i natężenia prądu rażeniowego oraz czasu jego przepływu
drogi przepływu prądu przez ciało człowieka,
stanu psychofizycznego porażonego.
czasu przepływu prądu rażenia,
temperatury i wilgotności skóry,
powierzchni styku z przewodnikiem,
siły docisku przewodnika do naskórka

Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe może powodować urazy:
- uszkodzenia ciała odłamkami zniszczonych urządzeń elektrycznych lub podczas upadku, wskutek działania fali uderzeniowej
- oparzenia ciała, których rozległość i głębokość są zależne od gęstości energii cieplnej łuku oraz uszkodzenia siatkówki oka, z powodu wzrostu temperatury płynu soczewkowego, jako wynik oddziaływania termicznego
- metalizację nieosłoniętych części ciała oraz uszkodzenia rogówki oka, wywołane roztopionymi, gorącym cząstkami metali i materiałów izolacyjnych, unoszonymi gorącym strumieniem gazów, jako wynik oddziaływania termiczno-mechanicznego
- uszkodzenia rogówki oka na skutek promieniowania nadfioletowego
- ogrzanie płynu soczewkowego oka na skutek promieniowania podczerwonego
- rozległe oparzenia, a nawet spalenia kończyn i innych części ciała ludzkiego, często kończące się śmiercią na skutek rażenia skojarzonego (prąd łuku elektrycznego przepływa przez ciało ludzkie). Rażenia skojarzone zdarzają się w stacjach elektroenergetycznych wysokiego napięcia, gdy człowiek zbliży się do urządzenia elektroenergetycznego na odległość, przy której możliwe jest przebicie warstwy izolacyjnej powietrza. Wtedy następuje wyładowanie iskrowe, które inicjuje wystąpienie łuku elektrycznego pomiędzy tym urządzeniem i najbliższą od urządzenia częścią ciała ludzkiego.

Zagrożenia towarzyszące wykorzystaniu energii elektrycznej

Powszechne stosowanie urządzeń zasilanych energią elektryczną niesie ze sobą różnego rodzaju zagrożenia zarówno dla człowieka jak i jego środowiska. Są to:
- porażenia oraz oparzenia prądem i łukiem elektrycznym
- zagrożenia pożarowe
- zagrożenia wybuchem
- zagrożenia od elektryczności statycznej
- zjawiska związane z wyładowaniami atmosferycznymi.

Prąd elektryczny ma w dzisiejszych czasach ogromne znaczenie. Używa się go podczas niemal wszystkich codziennych czynności ? od mycia zębów i oświetlenia, po gotowanie oraz sprzątanie. Ale należy sobie postawić pytanie, czy prąd elektryczny jest zawsze pożyteczny ? szczególnie, kiedy nie jest on kontrolowany przez nas lub jest wykorzystywany w złych celach.

Próby okiełznania prądu często kosztowały ludzkie życie, lecz jeżeli odpowiednio podejdziemy do natury, która jest tak naprawdę szczegółowym spisem praw i obowiązków wszystkich żyjących stworzeń możemy te prawa delikatnie naginać ? właśnie w ten sposób udało nam się wylądować na Księżycu i stworzyć bomby tak destrukcyjne, iż mogłyby całą naszą naturę zmienić w garstkę pyłu (jednak nawet wtedy nie przestałaby ?rządzić się tak jak chce? ? przyciągałaby się i odpychała tak jak dawniej).

Bibliografia

Encyklopedia Powszechna wyd. Gutenberg
Fizyka i astronomia - G.Francuz-Ornat

Spis Treści

1. Prąd elektryczny.
2. Wpływ prądu elektrycznego na organizmy żywe.
3. Porażenie prądem.
4. Działanie prądu elektrycznego na układ nerwowy.
5. Przyczyny porażeń prądem elektrycznym.
6. Porażenie prądem może objawić się.
7. Napięcie i skutki porażeń.
8. Łuk elektryczny albo wyładowanie łukowe może powodować urazy.
9. Zagrożenia towarzyszące wykorzystaniu energii elektrycznej.
10. Podsumowanie.