Эквивалентная электрическая схема живой ткани.
Это условная модель, которая характеризует живую ткань, как проводник переменного тока.
В основе создания таких схем лежат три положения:
1.содержимое клетки и внеклеточная среда – это проводники с ионной проводимостью. Они обладают активным сопротивлением
и внеклеточной (внешней) среды – Rср
2.клеточная мембрана является диэлектриком. Но здесь имеет место небольшая ионная проводимость, а следовательно, есть небольшое активное сопротивление мембраны-Rм.
3.содержимое клетки и внеклеточная среда, раздражаемые мембраной, представляют собой конденсатор определенной емкости (См).
При построении эквивалентной схемы живой ткани, например крови, необходимо учитывать пути тока:
в обход клетки (через клеточную среду).
С повышением частоты тока, емкостное сопротивление уменьшается, а следовательно, ток через конденсатор будет нарастать, а общее сопротивление будет снижаться.
Особенности живой ткани как проводника переменного тока. Дисперсия электропроводимости и её количественная оценка.
Живая ткань, как проводник переменного тока, имеет следующие особенности:
1.полное сопротивление живой ткани зависит от её вида, физиологического состояния (например, кровенаполнения) и от частоты тока.
2.с увеличением частоты полное сопротивление живой ткани снижается нелинейно до определенного значения, а затем становится почти постоянным.
3. сопротивление живой ткани переменному току меньше, чем постоянному.
При пропускании переменного тока через живую ткань наблюдается дисперсия электропроводимости — это зависимость удельного сопротивления живой ткани от частоты переменного тока.
Name already in use
lectures5 / pages / b6.md
- Go to file T
- Go to line L
- Copy path
- Copy permalink
- Open with Desktop
- View raw
- Copy raw contents Copy raw contents
Copy raw contents
Copy raw contents
Живая ткань как проводник электрического тока
Проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, которые присущи только живой материи. Поэтому, сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов:
- Состояние кожи
- Электрической цепи
- Состояние окружающей среды
- Физиологические факторы
В живой ткани нет свободных электронов, а следовательно она не может быть уподоблена металлическому проводнику, поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит (раствор, который разлагается при прохождении по нему тока), а следовательно живая ткань обладает ионной проводимостью, а следовательно перенос зарядов в живой ткани осуществляется не свободными электронами, а заряженными атомами и группами атомов. В живой ткани имеет место явление межклеточной миграции энергии, т.е. резонансный перенос энергии электронного возбуждения между возбужденной и невозбуждеными клетками. Можно предположить, что живая ткань обладает также электронно-дырочной проводимостью, свойственной полупроводникам.
В связи со всем этим, тело человека можно рассматривать как проводник особого рода, имеющий переменное сопротивление и обладающий свойствами проводников первого рода (полупроводников) и второго рода (электролитов).
Электрическое соединение тканей человека неодинаково.
- Относительно большое сопротивление имеет кожа, кости, жировая ткань, сухожилия и хрящи;
- Мышечная ткань, кровь, лимфа, спинной и головной мозг имеют малое сопротивление (0.5-0.6 Ом).
Путь тока или петля тока в теле человека
Различают 15 путей путей тока в теле человека. При любом пути тока определенный процент приходится на долю сердца и наибольшую опасность представляет путь рука-рука (на долю сердца приходится порядка 7% от действующего тока). Документ о допустимых величинах базируется именно на пути рука-рука.
Наиболее опасным с точки зрения электротравматизма является диапазон в 20 — 1000 Гц.
За счет высоких токов происходит разогрев и обезвоживание организма.
В сетях с изолированной нейтралью, обладающей незначительной емкостью между проводами и землей, опасность для человека, прикосновшегося к одной из фаз в период нормальной работы, зависит от сопротивления проводов относительно земли (с увеличением сопротивления опасность уменьшается). В аварийный период, напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к исправной фазе, будет больше фазного и несколько меньше линейного, следовательно, в аварийном режиме работы такие среды более опасны.
В трехфазных проводных цепях, проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому при определении тока, проходящего через тело человека, касающегося фазы цепи, ими можно пренебречь.
В электрических расчетах сопротивление тела человека принимается равным 1000 Ом. При прикосновении человека к фазе трехфазной сети, заземленной нейтралью в период нормальной работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью, но менее опасно прикосновения к неповрежденной фазе в период аварийной работы сети.
Рассмотрим два варианта:
- Сопротивление замыкания на землю равно нулю
- Человек оказывается под воздействием линейного напряжения
- Человек оказывается под воздействием фазового напряжения
На практике заземления и замыкания всегда больше нуля, поэтому напряжение, которое воздействует на человека, прикосновшегося к проводу всегда меньше линейного, но больше фазного.
Вывод: прикосновение человека к исправной фазе сети, заземленной нейтралью в аварийный период более опасно, чем при нормальном режиме работы. Вместе с тем, этот случай является менее опасным, чем прикосновение к исправной фазе сети с изолированной нейтралью в аварийный период работы.
В сетях с напряжением < 1000В получили распространение обе схемы, т.к. позволяют использовать два рабочих напряжения, линейное и фазное. По условиям безопасности, выбор одной из схем производится с учетом выборов, полученных после изучения этих цепей.
Цепи с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможость поддерживать высокий уровень изоляции проводов, а емкоть проводов относительно земли незначительна.
Цепи с заземленной нейтралью применяются там, где нельзя обеспечить хорошую изоляцию проводов, а также быстро отыскать и устранить неисправность изоляции, либо когда емкостные токи сети вследствие большой развлетвленности сети достигают больших значений.
Нейтраль — точки соединения обмоток трансформатора.
Нулевой провод — провод, соединенный с глухозаземленной нейтралью трансформатора или генератора или средний заземленный провод в сети постоянного тока, служащий обратным проводом при неравномерной нагрузке фаз или полюсов.
Изолированная нейтраль — нейтраль, присоединенная к заземляющему устройству через аппараты, компенсирующие емкостные токи или другие аппараты имеющие большое сопротивление.
Глухозаземленная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.
- Труднодоступность
- Применение пониженного напряжение (12, 24, 36, 42 В — условно безопасное напряжение)
- Защитное разделение сети
- Защитное заземление
- Преднамеренное соединение с землей металлических корпусов электрооборудования, которое не находится под напряжением в обычных условиях, но может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановок.
- Принцип действия — снижение до безопасных значений напряжения прикосновения шага, которое достигается за счет уменьшения потенциала заземляемого оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания на котором стоит человек до потенциала, близкого по величине к потенциалу заземленного оборудования.
- Область применения — защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных электрических сетях с изолированной нейтралью в сетях с напряжением до 1к В и с любым режимом нейтрали в сетях с напряжением свыше 1к В.
Одиночные заземлители и заземляющая полоса.
- Контурное
- Конструкция вида
Защита занулением: присоединение к неоднократно заземленному нулевому проводу металлических корпусов электрооборудования и других конструктивных частей электрооборудования, которые при нормальной работе не находятся под напряжением, но могут оказаться вследствие повреждения изоляции. Превращение пробоя в однофазное короткое замыкание с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную установку.
Применяется в трехфазных трехпроводных электрических цепях с напряжением до тысячи вольт. Согласно ПУЭ, нулевой провод должен иметь проводимость не менее половины проводимости фазного провода.
Устройства, которые быстро (не более 0.2 с) автоматически отключают участок электрической цепи при возникновении в нем опасности поражения электрическим током:
- Защитно-отключающие устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли — дополнительная мера защиты заземления или зануления
- Защитно-отключающие устройства, реагирующие на постоянный оперативный ток
Диэлектрические средства защиты
- Основные — способны выдержать рабочее напряжение
- Дополнительные
Защита от статического электричества
ССБТ ГОСТ 12.1.019-78 ПУЭ-2007
- Электрические магнитные квазистатические поля земли
- Атмосферное электричество
- Излучение солнца и галактик
- Искуственные источники электромагнитных полей
Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности. Напряженность поверхности убывает по экспоненциальному закону.
Максимум электрической напряженности достигается в январе-феврале, минимум — в июне-июле (100 — 120 В/м). Суточные изменения связаны с суммарной грозовой деятельностью.
Напряженность магнитного поля земли характеризуется двумя параметрами: горизонтальной и вертикальной составляющей. Горизонтальная максимальная на экваторе, убывает к полюсам и наоборот. На земном шаре есть отдельные области, в которых вертикальная составляющая магнитной области относительно среднего значения намного выше — положительные аномалии, или наоборот — отрицательные аномалии.
Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрические частицы, движущиеся в межпланетно пространстве около Земли. Т.е. оно удерживает огромное количество заряженных частиц, как электронов так и протонов. Их энергия и концентрация зависит от расстояния до Земли и геомагнитной частоты. Всю область околоземного пространства, заполненную частицами, движущимися за счет магнитного поля Земли называют магнитосферой.
Частотный диапазон атмосферного электричества: 10 кГц — 10 МГц.
Максимум интенсивности приходится на частоту 10 кГц.
Радиоизлучение солнца и галактик
Спектр: 10 МГц — 10 ГГц.
R = lambda/(2 pi) — магнитное поле еще не сформировалось.
Основные закономерности распределения радиоволн в материальных средах
При распространении радиоволн в материальных средах имеет место явление поглощения, отражения, преломления, рассеивания, а вблизи неоднородностей дифракция волн, интерференция и полное внутреннее отражение. Поглощение энергии электромагнитных волн зависит от частоты колебаний, электрических и магнитных свойств Земли. К числу основных показателей, характеризующих электрические свойства тканей относятся: их диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость. Различия в электрических свойствах тканей зависит от содержания в них воды (> 80% — большое содержание воды). Глубина проникновения электромагнитных волн в ткани с низким содержанием воды в десять раз больше, чем в ткани с ее высоким содержанием. Увеличение частоты колебаний приводит. По своим свойствам все биологическими ткани являются крайне слабыми дио- и парамагнетиками. Для магнитного поля биологические ткани являются практически «прозрачными» и взаимодействуют с ним. Переменные магнитные поля наводят в тканях электрическое поле индукции, которое взывает колебания ионов в дипольных молекулах и соответственно приводят к поглощению энергии и образованию тепла. С увеличением длины волны глубина ее проникновения возрастает, при этом меняется соотношение между величиной поглощенной и отраженной энергии. Различия в диэлектрических свойствах тканей приводят к неравномерности их нагрева. Отрицательный градиент температуры — внутренние органы могут нагреваться сильнее поверхностных.
ССБТ ГОСТ 12.006-84 — Электромагнитные поля радиочастотного диапазона. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.
СанПин 2.2.4 1340-03 — гигиенические требования к ЭВМ и организация труда.
СанПин 2.2.4.1191-03 — электромагнитные поля в производственных условиях.
СанПин 2.2.4^W 2.1.8.055-96 — защита от электромагнитных полей радиочастотного диапазона.
Воздействие на организм человека
В результате исследований, с точки зрения особенностей взаимодействия электромагнитного поля с биологическим объектом, весь спектр электромагнитного излучения разбит на пять диапазонов:
- От единиц до нескольких тысяч Гц
- Тело человека при взаимодействии с высокочастотным током может рассматриваться как хороший проводник, поэтому глубина проникновения силовых линий поля крайне незначительна, внутри тела поле практически отсутствует.
- От нескольких тысяч Гц до 30 МГц
- Быстрый рост величины поглощенной энергии, особенно с увеличением частоты (поглощенная энергия пропорциональна квадрату частоты для этого диапазона).
- От 30 МГц до 10 ГГц
- Резко проявляется явление интерференции, приводящее к зависимости величины поглощения энергии и ее распределения. Максимальное поглощение электромагнитной энергии наблюдается в случае резонансного пошлощения: у человека такой эффект наблюдается на частоте 70 МГц. На субрезонансных частотах энергия распределяется равномерно.
- Более 10 ГГц до 200 Ггц
- Быстрое затухание энергии электромагнитного поля при ее проникновении внутрь ткани. При этом практически вся энергия электромагнитного поля поглощается в поверхностных слоях биоструктур. Величина удельного поглощения энергии в коже не зависит от размеров и формы облучаемого объекта&
- Более 200 ГГц до 300 Ггц
- Поглощаются самыми поверхностными слоями кожи.
Величина тока, протекающего в различных структурах тела устанавливается в соответствии с электронной проводимостью тканей. Носителями зарядов в белках являются протоны и нейтроны, а в водосодержащих структурах зарядоносителями являются преимущественно протоны.
Воздействие: специфическое и неспецифическое (при воздействии ниже болевого порога).
Меры защиты от электромагнитных полей
- Организационные
- Защита временем пребывания
- Защита дистанцией
- Правильный выбор генератора
- Снижение излучаемой мощности
- Поглотители мощности
- В основном применяются для защиты от излучения антенн
- Коаксиальные и волноводные
- Графитовый или специальный углеродный состав, либо специальный диэлектрик
- Проточная вода или охлаждающие ребра
- Применяются на производстве, т.н. аттенюаторы — понижение мощности в волноводах и коаксиальных линиях
- Отражающие — действующее электромагнитное поле вызывает в материале экрана токи Фуко, которые создают вторичное поле по амплитуде почти равное или равное, а по фазе противоположное действующему электромагнитному полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, очень быстро убывает в экране, проникая на незначительную глубину
- Поглощающие — принцип действия основан на превращении электромагнитной энергии в тепловую. Материалы, применяемые для таких экранов сильно разнятся
- Экранируется либо источник, либо рабочее место
Отражающие экраны: Действующее электромагнитное поле вызывает в материале экрана токи Фуко, которые создают вторичное поле по амплитуде почти равное или равное, а по фазе противоположное действующему электромагнитному полю. Результирующее поле, возникающее при сложении этих двух полей, очень быстро убывает в экране, проникая на незначительную глубину.
Поглощающие экраны: принцип действия основан на превращении электромагнитной энергии в тепловую. Материалы, применяемые для таких экранов сильно разнятся.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Живая ткань — паренхима, обеспечивающая запасающую и проводящую функции, в древесине лиственных пород, сбрасывающих листья на зиму, занимает больший объем ( 10 % и выше), чем в древесине хвойных. Объемная доля паренхимы в лиственных деревьях зависит от породы и может достигать очень больших значений. [2]
Живые ткани и органы реагируют на внешний мир с различной силой, приспосабливаясь к интенсивности его воздействий. Слишком сильные внешние раздражения вызывают такие изменения в воспринимающих аппаратах, что гибельные действия, зависящие от слишком значительной величины раздражающих агентов, смягчаются при помощи особых механизмов, построенных часто очень сложно и автоматически включающихся при воздействиях раздражителей. Примером такого механизма является зрачок, представляющий собой диафрагму, стоящую на пути световых лучей, и изменяющий величину отверстия смотря по яркости пучка света, достигающего сетчатки. [3]
Живые ткани являются источником электрических потенциалов. Регистрация биопотенциалов тканей и органов называется электрографией. [4]
Живые ткани состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цито-ллазма клеток и тканевая жидкость представляют собой электролиты, разделенные плохо проводящей клеточной оболочкой. Такая система обладает статической и поляризационной электроемкостью. [5]
Живая ткань , состоящая из клеток с сильно развитой поверхностью, должна воспринимать с исключительной чувствительностью воздействие периодически притекающего к ней ионизированного воздуха. Вполне допустимо, что ионизированный воздух усиливает процессы адсорбции в живой ткани, особенно если признать, что одной из основных причин адсорбции является противоположность зарядов поглотителя га адсорбируемой материи. Здесь, на поверхности коллоида и происходит восприятие притекающей извне электрической и химической энергии, в результате чего следует повышение энергетического уровня клетки. Изучение явлений адсорбции газов поверхностью живой ткани должно иметь особо важное значение для объяснения сложных физиологических процессов, совершающихся в мономолекулярном слое тканевой поверхности. [6]
Живая ткань содержит 60 — 90 % воды, поэтому естественно, что при взаимодействии ионизирующих излучений с тканями организма значительная часть энергии поглощается молекулами воды. Радикалы, возникающие при радиолизе воды, могут взаимодействовать с любой органической молекулой ткани. Реакция свободных радикалов воды с биологически важными молекулами клеток лежит в основе косвенного действия ионизирующего излучения. Свободные радикалы воды как промежуточные продукты поглощения энергии излучений служат средством переноса энергии на важные биомолекулы. [7]
Живая ткань любой экономики — это люди и те социальные отношения, которые их связывают. [8]
Всякая живая ткань состоит из белковой стромы и пропитывающего ее раствора солей, которые, находясь в весьма разжиженном состоянии, разделены на ионы. Как ионы, так и частицы белков несут на себе электрические заряды и могут под влиянием электрического тока перемещаться; однако движение белковых частиц значительно-медленнее при прочих равных условиях, чем движение металлических ионов. Поэтому под влиянием кратковременных постоянных токов или достаточно частых переменных токов у полупроницаемых перегородок образуется скопление ионов солей. Только здесь и могут произойти материальные изменения в возбудимой ткани, и поэтому в этом месте нужно искать изменений, вызываемых ионами. Большинство ионов, действуя на белковые растворы, может вызывать изменение состояния белка. Это изменение под влиянием ионов носит, повидимому, различный характер, смотря по количеству прибавленной соли. Прибавляя постепенно соль к ионизованному раствору протеина, несущего электрические заряды и способного перемещаться в электрическом поле, мы вызываем, как полагает Гарди, сначала выпадение белкового вещества, а затем его растворение, сопровождающееся переходом в неионизованный протеин. Дальнейшее прибавление соли может вызвать коагуляцию протеина — его свертывание. [9]
В живой ткани такое соединение молекул называется конденсация. Как в живом организме, так и в химической пробирке конденсация всегда, обратима; при добавлении воды связь между структурными единицами ослабеет и цепь распадется. В лабораторной пробирке гидролиз можно осуществить несколькими путями, чаще прибегают к помощи кислоты, которую добавляют к раствору вещества. [10]
Электропроводность живой ткани в плане решения проблем электробезопасности изучается давно, но до последнего времени еще публикуются работы, авторы которых исходят из линейной зависимости тока от напряжения. Такие представления находят отражение и в директивных документах, издаваемых как в СССР, так и за рубежом. Имеются и сторонники иного мнения. Исходя из того, что любой процесс обмена веществ, несомненно, связан с ионообразованием и рекомбинацией ионов, предопределяющей биоэнергетику, они относят электропроводность тела человека к ионной. Не отрицая ценности экспериментальных данных Г. Ю. Белицкого, мы полагаем, однако, что вывод о наличии в теле человека только ионной электропроводности ошибочен. [11]
В живой ткани нет свободных электронов и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. [12]
В живой ткани нет свободных электронов, и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. [13]
Электропроводность живой ткани в плане решения проблем электробезопасности изучается давно, но до последнего времени еще публикуются работы, авторы которых исходят из линейной зависимости тока от напряжения. Такие представления находят отражение и в директивных документах, издаваемых как в СССР, так и за рубежом. Имеются и сторонники иного мнения. Не отрицая ценности экспериментальных данных Г. Ю. Белицкого, мы полагаем, однако, что вывод о наличии в теле человека только ионной электропроводности ошибочен. [14]
В живой ткани диффузия может происходить в направлении отрицательного концентрационного градиента. Такое явление активного переноса объясняется, по-видимому, подводом свободной энергии или работы, необходимой для концентрирования за счет диффузии, которая заставляет растворенное вещество диффундировать в гору. [15]
Особенности электропроводимости биологических тканей
Поскольку в структуру живых тканей входят электролиты, то при прохождении тока через ткань в определенной степени проявляются общие законы прохождения тока через электролиты. Однако биологические ткани содержат и элементы, обладающие выраженными свойствами диэлектриков — клеточные мембраны, которые играют большую роль в формировании механизмов прохождения тока через живую ткань. Если в электролитах под действием приложенной разности потенциалов возникает направленное движение ионов — электрический ток, то в диэлектриках в этом случае возникают явления поляризации — процессы смещения связанных электрических зарядов и образование из-за этого собственного электрического поля, напряженность которого направлена против внешнего поля. Виды поляризации могут быть различными.
Дипольная (ориентационная) поляризация состоит в том, что под действием внешнего поля отдельные полярные молекулы веществ ориентируются в соответствии с направлением этого поля. В растворах веществ, молекулы которых обладают большим дипольным моментом, дипольная поляризация вызывает внутри диэлектрика значительное уменьшение напряженности внешнего электрического поля. Так, для воды диэлектрическая проницаемость е = 81.
Для биологических объектов весьма существенна макро- структурная поляризация. Она обусловлена тем, что электролиты, содержащиеся в структурных элементах клетки, окружены мембранами. Электрическое поле вызывает перемещение ионов электролита внутри отдельного проводящего слоя, а прохождение ионов через окружающую мембрану затруднено из-за ее низкой проводимости. Таким образом, в структуре ткани возникают образования с установившимся разделением электрических зарядов, которые обладают гигантским (по сравнению с отдельными молекулами) дипольным моментом. Суммарное электрическое поле этих образований направлено против внешнего поля, чем и объясняется высокое значение диэлектрической проницаемости тканей, измеренной в постоянном электрическом поле.
Упрощенно механизм прохождения постоянного тока через ткань представлен на рис. 13.2. Основной тканевый ток определяется движением ионов в тканевой жидкости под действием приложенной разности потенциалов. Внутри клеточных структур происходит разделение зарядов и возникает разность потенциалов противоположного направления (электродвижущая сила поляризации), обусловливающая внутритканевый поляризационный ток. Это приводит к снижению электропроводимости тканей в целом по сравнению с тканевыми электролитами. Следует подчеркнуть, что макро- структурная поляризация, сильно влияющая на электропроводимость тканей, происходит не только на цитоплазматической мембране, но и на отдельных клеточных структурах, имеющих собственные мембраны.
Электрические свойства тканей и органов сильно различаются. Значения удельного сопротивления (р) и удельной
Рис. 13.2. Движение ионов в тканевой жидкости и цитоплазме: I — основной ток; Т — внутритканевый поляризационный ток электропроводимости (у) для некоторых тканей и жидкостей приведены в табл. 13.1.
- Поглотители мощности