Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 8. Заходи та засоби безпеки під час роботи з електричними пристроями

Будь-яке електричне коло розраховано на певну силу струму. Якщо з якоїсь причини сила струму в колі перевищить допустиму, то дроти можуть перегрітися, а їхня ізоляція — спалахнути.

Причиною значного збільшення сили струму в колі може бути одночасне вмикання багатьох потужних споживачів струму (наприклад, електроплитки, електропраски, пральної машини, водонагрівника) або коротке замикання.

Дослід. Складемо електричне коло із джерела струму, електричної лампи, ключа. Один із проводів цього кола складається з тоненьких провідників. Замкнемо ключ — лампа світитиметься. Тепер до затискачів лампи приєднаємо провід і знову замкнемо коло. Лампа згасне, а тоненькі провідники розжаряться і світитимуться (мал. 1.24) доти, доки ми не розімкнемо коло або вони не перегорять зі спалахом.

Мал. 1.24

Коротким замиканням називають з’єднання кінців ділянки кола провідником, опір якого дуже малий порівняно з опором ділянки кола.

Коротке замикання може виникнути, наприклад, під час ремонту проводки під струмом (мал. 1.25) або в разі випадкового зіткнення оголених проводів.

Мал. 1.25

Опір кола під час короткого замикання незначний, тому в колі різко зростає сила струму, від чого проводи можуть спалахнути. Для уникнення цього в електромережу обов’язково вмикають запобіжники.

Яке призначення і яка будова запобіжників?

Призначення запобіжників — відразу вимкнути лінію, якщо сила струму раптом стане більшою за допустиму норму.

Головною частиною запобіжника є дротина С з легкоплавкого металу (наприклад, зі свинцю), розміщена всередині порцелянової пробки П. Пробка має гвинтову нарізку H і центральний контакт К. Нарізку з’єднано із центральним контактом свинцевою дротиною. Пробку вкручують у патрон, який міститься всередині порцелянової коробки (мал. 1.26).

Мал. 1.26

Отже, свинцева дротина є частиною загального кола. Товщина свинцевих дротин розрахована так, що вони витримують певну силу струму, наприклад 1, 2, 3, 5, 7, 10, 13, 16, 25, 32 А (мал. 1.27). Якщо сила струму в колі перевищить допустиме значення, то свинцева дротина розплавиться і коло розімкнеться.

Мал. 1.27

Запобіжники з провідником, що плавиться, називають плавкими запобіжниками.

На малюнку 1.28 зображено плавкий запобіжник із вставкою, яку в разі перегорання можна замінювати.

Мал. 1.28

У різних приладах застосовують різні запобіжники (мал. 1.29). На малюнку 1.30 показано запобіжник, дія якого ґрунтується не на плавленні, а на тепловому розширенні тіл під час нагрівання.

Мал. 1.29

Мал. 1.30

Звичайно, розглянуті запобіжники сьогодні використовують рідко, але ми розглянули їх будову з точки зору фізики.

Перераховані запобіжники витіснили так звані автомати (мал. 1.31), дія яких ґрунтується на тепловому розширенні тіл під час нагрівання. Коли в мережі виникає коротке замикання, автомат миттєво вимикається. Автомати зручні тим, що їх можна монтувати в електричних щитках цілими пакетами (мал. 1.31).

Мал. 1.31

Під час роботи з електроприладами потрібно суворо й неухильно дотримуватися застережних заходів. Якщо цим нехтувати, то вашому життю загрожуватиме смертельна небезпека внаслідок можливої електротравми. Електротравма — ураження людини електричним струмом. Вона виникає під час контакту тіла людини з електричним кабелем, приладом чи устаткуванням, що перебувають під напругою за умови їхньої несправності або порушень правил безпеки під час їхнього ремонту й експлуатації.

У разі ураження електричним струмом має значення його сила, напруга, частота, а також багато інших чинників: місце ураження, час впливу струму на організм, стан навколишнього середовища, особливості організму, шкіри, одяг постраждалого. Тіло людини — провідник. Під час контакту частин тіла з оголеними проводами або з устаткуванням, що перебувають під напругою, через тіло проходить струм, дія якого може бути небезпечною залежно від значення сили струму.

Струм силою 0,6-1,5 мА людина відчуває як пощипування шкіри чи як сильніші больові відчуття.

Струм силою 5-25 мА може спричиняти мимовільні непереборні судоми (скорочення м’язів), через що уражена людина не може самостійно від’єднатися від джерела небезпеки. Оскільки м’язи-згиначі сильніші за м’язи-розгиначі, то під час контакту з несправним електроприладом чи кабелем є ризик, що рука мимоволі обхопить небезпечну поверхню. Зрозуміло, що краще, якщо з увімкненим електроприладом відбувся контакт тильним боком долоні: ураження струмом все одно станеться, але, коли м’язи-згиначі скоротяться, рука відсмикнеться від джерела небезпеки.

Струм 50-350 мА викликає фібриляцію (безладні скорочення) серця, тобто розлад серцевої діяльності, аж до зупинки серця.

Ступінь травматизму залежить від місця ураження і від того, через які органи проходить струм. Є кілька напрямків проходження електричного струму через тіло людини, по лінії: нога — нога; рука — рука; рука — нога. Найнебезпечніше, коли струм проходить через серце.

Ступінь ураження залежить і від часу дії струму на організм. Суттєве значення під час електротравматизму має стан навколишнього середовища. Вологість, струмопровідна підлога — усе це збільшує дію струму на організм людини. Особливо небезпечно користуватися електроприладами в підсобних приміщеннях і надворі.

Наслідки електротравм залежать і від стану організму постраждалого. Сп’яніння, хворобливий стан людини, юний вік, психологічний стрес зменшують опір організму і збільшують ступінь ураження. Зрозуміло, що певний одяг, наприклад гумові рукавички або гумове взуття, можуть захистити чи суттєво послабити вплив струму на організм людини.

Нормами встановлено значення найбільшої допустимої напруги торкання протягом досить тривалого часу її дії: для постійного струму — 8 В (струм проходження 1 мА); для змінного струму — 2 В (струм проходження 0,3 мА). Виходячи з того, що значення електричного опору людського тіла може коливатися в межах від ста омів до кількох десятків кілоомів, безпечною вважають постійну напругу 25 В. У приміщеннях з підвищеною вологістю безпечною вважають напругу 15 В.

Навчальний фізичний кабінет у школі належить до приміщень з підвищеною небезпекою. Під час виконання лабораторних та інших робіт учні мають суворо дотримуватися правил електробезпеки, розміщених у кожному кабінеті фізики на спеціальному плакаті.

Усім, хто користується електричним обладнанням, обслуговує чи ремонтує його, завжди треба пам’ятати про таке:

  • 1. Дуже небезпечно одночасно торкатися обома руками до двох оголених проводів.
  • 2. Найнебезпечніше торкатися оголеного проводу, стоячи на землі, на вологій або бетонній підлозі.
  • 3. Небезпечно користуватися зіпсованими електричними приладами. Їх повинні періодично перевіряти фахівці.
  • 4. Не можна збирати, розбирати чи налагоджувати будь-що в електроприладі, не від’єднавши його від джерела струму.
  • 5. Не можна розбирати вимикачі, розетки та інше обладнання електромережі, не викрутивши запобіжники або не вимкнувши автомат.

На застережних знаках (мал. 1.32) зображено, що категорично не можна робити!

Мал. 1.32

Як надати першу допомогу ураженій електричним струмом людині?

Запам’ятайте: під час ураження електрострумом важлива кожна хвилина, слід негайно розпочати рятувальні заходи, надати ураженому першу допомогу. Насамперед потрібно звільнити людину від контакту з проводом під напругою, по якому проходить струм. Якщо це відбулося в приміщенні, де є вимикач або штепсель, потрібно вимкнути струм вимикачем або витягнути штепсельну вилку. Якщо випадок стався у приміщенні, де немає вимикача, потрібно викрутити запобіжники або вимкнути головний вимикач, що є біля лічильника.

У разі коли вимикачі розміщено дуже далеко, а людина перебуває під струмом, рятувальник насамперед повинен узути гумове взуття або надіти гумові рукавички, скинути з потерпілого сухою дерев’яною (чи з іншого ізоляційного матеріалу) палицею провід або перерізати його ножем, перерубати сокирою, «перекусити» гострозубцями. Варто, однак, пам’ятати, що в усіх перелічених інструментах ручки мають бути виготовлені з ізоляційного матеріалу.

Звільнивши потерпілого від дії струму, треба покласти його на спину, звільнити груди від одягу, викликати лікаря або «швидку допомогу», а якщо це неможливо, то потрібно зробити йому штучне дихання.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Якщо вийняти з води увімкнений електричний кип’ятильник, то його спіраль може перегоріти. Поясніть чому.
  • 2. Поясніть, чи можна замість запобіжника вставити товстий провід або пучок тонких мідних провідничків.
  • 3. Поясніть, чи можна наливати воду в електрочайник, увімкнутий у мережу.
  • 4. Чи можна знімати провід з потерпілого за допомогою мокрої палиці або металевого стержня?

З'ясуйте, які можуть бути наслідки дії електричного струму на організм людини.

РОЗВ’ЯЗУЄМО РАЗОМ

1. Унаслідок увімкнення чергового споживача на ділянці, де вольтметром вимірювали напругу, покази його зменшилися. Чому?

Розв’язання

Споживач увімкнули паралельно ділянці, що зменшило її опір. При постійній силі струму на ділянці зменшення опору призвело до зменшення показів вольтметра.

2. Акумулятор (ЕРС = 6 В і внутрішній опір 0,1 Ом) живить зовнішнє коло опором 12,4 Ом. Яка кількість теплоти виділиться за 10 хв у всьому колі?

Розв’язання