人觸電身亡是因為電壓還是電流,或者是因為電阻?
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首先先普及個概念,我們平時所說的「觸電」是通俗的叫法,雖然現在觸電都用來指事故,不過只要是接觸電源,無論是否受到傷害,都可以稱為「觸電」,比如用兩個手指分別按住電池的兩端什麼的也算觸電。討論到因接觸電而帶來的傷害時,真正的術語應該用「電擊」。
關於「電壓」,也要特別說明一下,並非人接觸到高電壓,就一定會有電擊。關鍵在於人體的不同部位之間有沒有電壓,能否構成迴路,是否有電流流過。
電擊致死的主要原因,是電流流經人體時引起的心室纖維性顫動,另外還有的原因是電流引起的腦部損傷,還有就是由於熱效應引起的燒傷,而這些原因中,心室纖顫是最為危險的。
電路的電流、通電時間、頻率,都會對傷害的大小產生影響。因為現在我國普遍採用 50Hz 的交流電,所以頻率對於電擊傷害的影響就不再贅述了。對於電流和通電時間,國際電工委員會(IEC)通過測試得出的導致心室纖顫的 15~100Hz 交流電流大小和通電時間有如下的關係曲線:
縱軸為通電時間,橫軸為人體電流,A、B、C 三條曲線將平面分為四個區域:
- AC-1 區:通電無感覺
- AC-2 區:通電有感覺,但沒有損傷
- AC-3 區:通電有可能會引起一定損傷,但不會引起心室纖顫,沒有生命危險
- AC-4 區:通電有可能會引起心室纖顫。其中4.1 區有 5% 的可能引起心室纖顫,4.2 區有 50% 的可能引起纖顫,4.3 區和再往右的區域,引起纖顫的概率就超過 50% 了。
基本上通電時間越長,引發危險的電流閾值就越小。舉個不恰當的例子,這玩意兒就跟燒排骨是一樣的:小火慢燉,只要時間夠長,也是能把排骨燉熟的。
C1 曲線以左的區域,都是不會造成生命危險的。所以國際上將 C1 曲線最上邊的電流值,大約是30mA,作為一個評判是否安全的界限。
- 這樣看來,似乎電流才是電機傷害的關鍵,可是為什麼我們生活中常常提到的是「安全電壓」而不是安全電流呢?
因為通過人體的電流實在是既不好測量也不好計算,在實際應用中非常不方便。你可以把人體看做一段電阻,他也要遵循歐姆定律 。有了上邊的電流上限,再根據人體的電阻,就可以得出安全電壓。
我們平常所說的 36V 安全電壓是一個比較籠統的說法,事實上,根據環境的不同,人體的電阻是變化的,一個主要的因素就是水,水越多,人體的電阻就越小,在乾燥環境內安全的電壓,在潮濕的環境就有可能是致命的。根據 IEC 的規定,在一般場合(卧室、辦公室)的安全電壓為 48V(36V是前蘇聯的標準) ,潮濕場所(農田、施工場地)的安全電壓為 24V,水下(游泳池、浴室)的安全電壓為 12V、6V。
那有同學問了,那為什麼我的卧室里都是 220V 的,不是超過 48V 或者 36V 了么?需要說明的是,這裡的「安全電壓」,嚴格來說稱為接觸電壓,也就是碰到之後也沒有生命危險,比之高的電壓也可以使用,不過會有各種防護措施來防止人們接觸到那些更高的電壓。比如在家中,至少要有三道防線保護大家的安全,具體請見這裡:普通居民住宅,有哪幾道防線保證居民免受觸電的危險?.
本來吧,我想說是因為電流,但是有第三個選項,我突然發現,原來是因為電阻。
一一不是嚴肅答題!諸位看官不用跑來糾正我,需要嚴肅答案可以百度搜索或者看其它答案。。。
一一
當人體是超導體的時候,再大的電流通過人體都不會產生熱量和其它有害的效應。。。
除了心電圖和腦電圖不太容易做了之外別的都挺好-_-||
=====下面是本台剛剛收到的消息=====
最近這個答案突然人多了呢,壓力略大,還是求證一下吧。
關於這個問題,我諮詢了若干大V,可惜,醫生們都很忙,大部分一周了都沒回我T_T,所以我還是先發吧。
最早回復我的是 @咖喱雞醫生,他通篇看完了文章,第二天就及時地給了我回答,非常感謝他!對醫學有興趣的朋友多多關注他啊~
以下是回答:咖喱雞 :物理的電子那部分我不太懂。
室顫原理就是異位節律超越竇房結,形成心室起搏,速度過快形成室顫。
具體機制不太清楚,我個人估計是大量電流通過導致心肌細胞電位和節律崩潰,出現大量不規律子波引發室顫。我 :謝謝指導 那麼如果有一個遠超過竇房結電位的信號,加在心臟上面,是不是這個信號就會覆蓋掉竇房結本身的起搏信號呢,起搏器就是這樣吧?
咖喱雞 :是的,但是超過心肌細胞本身固有電位的話還是會室顫。
貌似推測還有點道理,嗯…繼續關注相關信息,謝謝大家關注
===========下面是本台以前發出的消息===============
(多圖預警!!)
看到上文都沒有說出根本的原因,還是過來湊個熱鬧吧~這裡講電擊致心臟停跳的原理,分析完就知道跟什麼有關係了。所以這裡暫且不提電通過大腦,有創損傷如燒傷等,只提因心臟停止造成的死亡。
聲明:以下僅僅是一個工科專業醫學愛好者根據自己的知識進行的推理,屬民科範疇,還望愛好物理的醫學生,或者愛好醫學的物理生多多指導,以正視聽。
人的心臟是由機械部分(心肌)和電控部分(竇房結-房室結)組成,其中:
心肌接收竇房結-房室結的控制信號來完成收縮運動;
竇房結-房室結就好比電腦裡面的系統時鐘,根據人體需氧情況或大腦指令精確控制著每一次控制信號的發出,為了方便起見(其實我就想少打點字…),下文直接簡稱為竇房結。房室結的作用最後再說。
下面是心跳的模擬圖,包括信號的傳導
心跳模擬1:心跳 gif的搜索結果
心跳模擬2:心臟 gif的搜索結果
由於知乎不支持動圖,所以只發鏈接了
心臟結構:
心臟的信號順序大概是這樣的:
竇房結信號發出至心房—&>心房收縮,向心室射入血液—&>信號經房室結延遲後傳入心室—&>(可見:心房心室不是同時收縮的)心室收縮,將血液射入肺動脈(右室)及總動脈(左室)
下文簡化了模型:
1、認為竇房結每放電一次,心臟就收縮一次,具體是心室還是心房收縮跟結論關係不大,就簡化為完成一個工作循環。
2、下面的坐標圖經過了簡化,不說明波形,不說明正負,不說明具體數值,只說明數量級:
心臟控制信號是毫伏(mV)級別,普通直/交流電是伏(V)級別,兩者相差1000倍;
心臟控制信號頻率是每秒1次~3次(Hz),直流電是0Hz,常用的交流電是50Hz。
下面開始分析:
正常安靜的情況下,竇房結髮出的信號是這樣的(採樣時間10秒,這是簡化過的波形,真實的見文尾參考)
當你和女友啪啪時,竇房結髮出的信號時這樣的(採樣時間同上10秒,注意信號電壓的高度和頻率,好快~好用力~)
咳咳,我們可以看到:
竇房結信號的頻率跟心跳快慢有關係;
竇房結信號電壓的高低與心跳力量有關係。
然後我們來看一下普通直/交流電的信號(注意頻率和電壓高度,採樣時間只有1秒)
紅色為220V交流電
藍色為36V直流電
由於人體是一個導體,當我們接觸帶電體並形成迴路時,流經心臟的那部分電流便會混入到心臟的控制信號中去,又由於外來電流的電壓、頻率遠遠大於心臟正常信號,會覆蓋心臟本身的信號,導致心肌無法正常跳動(即室顫),甚至造成損傷。
據此我們可以推論出:之所以心臟在觸電時停跳,是因為交/直流電本身的電信號擾亂了心臟的控制信號所致。
到這裡可能有些人疑惑了,照這樣說,只要摸到帶電體(比如1.5V電池),心臟就會收到這樣的信號啦,我豈不分分鐘就掛啦?
所以我們要說到電流的問題,也就是為什麼樓上說電流是關鍵的原因。
下面以交流電為例。
隨著電流的增加,電子的數目越來越多,電流開始表現出宏觀的性質了,如電壓,頻率,就像下面這個,整個曲線開始越來越像交流電的曲線了:
當這種擬合程度大於某一臨界值並持續一定時間時,這個交流電便會對心臟的信號產生較大幹擾,就造成了杯具。所以不管電壓如何(當然不能太高,太高就不是這個死法了),電阻如何,只要電流達到這一臨界值,心臟分分鐘罷工,那麼這個電流是多少呢?可以根據
①I=U/R來計算,R是人體電阻,U是電壓。反過來算就是安全電壓
②電流通過人體的途徑 通過心臟的電流與通過人身總電流的百分數(%),上一步的電流再乘以這個係數:
- 從一隻手到另一隻手3.3%
- 從左手到腳3.7%
- 從右手到腳6.7%
- 從一隻腳到另一隻腳0.4%
根據書上的說法(不知道這個數據是否乘以了②中的係數,還是總電流?),通過20mA安的電流,就會引起劇痛和呼吸困難;通過50mA安的電流就有生命危險;通過100mA安以上的電流,就能引起心臟麻痹、心房停止跳動,直至死亡。
這裡開始介紹房室結的事兒:房室結的作用有這幾個:
- 將心房的信號繼續往下傳遞到心室,而且是唯一的途徑;
- 將這個信號延遲一段時間後再傳遞,以使心室充盈後再收縮;
- 在一把手(竇房結)出問題時,接替他的崗位。
所以,在觸電時,由於心臟信號已經被外來電信號覆蓋,所以心肌會按照外來電信號進行工作(不可能完全按照,心肌自己也有最大跳動限度,超過了之後會形成室顫)。可能會出現這樣的情況(這個有爭議,待查證):由於沒有延遲作用,心室心房將同時以最大力量進行收縮(因為信號電壓太大),這種運動方式可能會對心臟造成嚴重的機械損傷(如瓣膜損傷),加之電場作用使心肌電解質紊亂,所以觸電結束後,很多心臟都已無法自行復跳了。
大概就是這樣吧。
更多知識參考(百度得到的,更專業的參考留給專業人士補充):心臟傳導系統_百度文庫
心肌細胞動作電位的搜索結果
人觸電本質是電流通過了人體,致使組織損傷和功能障礙甚至死亡,接觸時間越長,損害越大。
感知電流是引起人的感覺的最小電流,成年男性平均感知電流約為1.lmA ,成年女性約為0.7mA。
擺電流是人觸電後自主擺脫電源的大電流。對干不同的人,擺脫電流不相同,成年男性平均擺脫電流約為16mA,成年女性約為10.5mA。成年男性最小擺脫電流約為9mA,成年女性約為6mA。試驗證明,直流電流、高頻電流、衝擊電流對人體都有傷害作用.其傷害程度較工頻電流要輕。平均直流擺脫電流男性約為76mA,女性約為51mA。
致命電流:是指在較短時間內危及生命的最小電流。當有一較大的觸電電流通過人體時,通過時間超過某一界限值,人的心臟正常活動將被破壞,心臟跳動節拍被打亂,不能進行強力收縮,從而失去循環供血的機能,這種現象就叫做心室顫動,開始發生心室顫動的電流稱為心室顫動電流,也叫致命電流。有關它的大小,許多研究者得到的結論大體相似,通常認為:(l)人的體重越重,發生心室顫動的電流值就越大;(2)一般來說,電流作用幹人體的時間越長,發生心室顫動的電流就越小;(3)當通電時間超過心臟搏動周期(人體的心臟搏動周期為0.75s,是心臟完成收縮、舒張全過程一次所需要的時間)時,心室顫動的電流值急劇下降,也就是說,觸電時間超過心臟搏動周期時,危險性急劇增加。可能引起心室顫動的直流電流:通電時間為 0.03s時約為1300mA,3s時約為500mA。當電流頻率不同時,對人體的傷害程度也不同,頻率為25-300Hz 的交流電流,對人體的傷害最嚴重,頻率為1000Hz以上時,對人體的傷害程度明顯減輕。
所謂電壓就是有高電位到低電位的電壓差;電流就是形成迴路後有負載形成的電流,有了電流就會做功,人也就嘎屁了。。。一個比方:一條大河向東流,你站在河中間,河水由西
東 往流(相當於電迴路)是因為地勢有高低,之間有落差相當於電壓;水流相當於電流,你站在河中間,河水把你沖走了,那是因為有了水流不是因為有了水,,,安全電壓就是沒有把你沖走的水流,,能把你沖走的水流就不是安全的,,
【作死物理小講堂】問題來了:兇手是電流還是電壓? 雙語字幕
牆外小夥伴可以翻牆看
https://www.youtube.com/watch?v=XDf2nhfxVzg
看到這個問題就想到這個好拼的哥哥了。。建議不要喝水看。。
是電功
是因為太不小心了
如圖。
高電流導致人觸電身亡。 這種高電壓球玩具很多人都玩過,電壓是幾萬伏到幾十萬伏可以擊穿空氣,但人卻安然無恙就是因為電流太小。
電流是根本了。心臟允許通過電流是毫安級的,大了會心室顫動等,當然允許電流和人體不同狀態下電阻也就確定了安全電壓
進行補充,觸電事故主要包括電擊和電傷。電擊是電流對人體內部組織的損傷,是最危險的一種傷害。
關於安全電壓部分補充:
我國的標準規定的是工頻電壓的有效值上限為50V,直流電壓限制為120V。工頻電壓50V的限值是根據人體允許電流30mA和人體電阻1700歐的條件確定的。
安全電壓都是使用了安全隔離變壓器,將低壓變成了安全電壓。
安全電壓我國規定的工頻有效值額定值有42V,36V,24V,12V,6V。使用條件為特別危險環境中使用的手持電動工具應採用42V安全電壓,有電擊危險環境中使用的手持照明燈和局部照明燈應採用36V或24V安全電壓,金屬容器內、特別潮濕的處等特別危險環境中使用的手持照明燈應採用12V安全電壓,水下照明和作業採用6V安全電壓。
補充完畢!
他們說的都太複雜了,我簡單點說:
電壓是攻城錘,電流是殺人刀,皮膚是城牆
電壓就像攻城錘一樣,敲擊皮膚絕緣牆,牆沒破,再鋒利的刀都進不去。破了牆,沒有刀也不行。高於36V可能就把皮膚擊穿,就像破了城,得配上至少一把菜刀就要了卿卿性命。比如幾千伏的靜電可能電不死人,因為電壓高電流小。幾伏的大電流可能也電不死人,絕緣著呢。但是可能110V的1A電流就能死人,因為破了城,有了刀。
電壓就是高度差,電流就是裡面水的量。有高度差,但是沒水,人不會被水沖走吧。有水,但是沒高度差,全在下面流淌沒速度也不會沖走人。大概這個原理。
一般就是電流流過心臟掛了…你可以理解為電壓加在了人體上 又由於人體的電阻 進而產生了電流!導致死亡
殺死你的是電壓、電流還是電阻?讓我們的伊朗炮哥來告訴你!
作死物理小講堂
電流我記得是,因為同樣的電壓,如果是接在兩手之間比接在手腳之間更容易死亡,一面為電阻不同,所以電流不一。還有就是是否通過心臟很重要。1電流;2通過的肢體部分
我的回答從來樸實且簡短,目的就是為了解決你的問題。
是電流的大小及持續時間,30毫安的電流持續時間超過0.1秒就會引起的心室纖維性顫動
舉個例子,如果你戴了絕緣手套,你可以雙手摸電網線,不會有事,但是你的兩隻手之間是有電壓差的。所以你知道了,能電死人的是電流。
修改一下:
既不是電壓也不是電流,而是能量。
比方說:
冬天脫毛衣的時的靜電,電壓應該很高,但電不死你,因為能量很小。
同理,因為電壓很高,其實電流也很大,但是因為能量不足,還是電不死你。
舉個栗子,開門的時候感覺被金屬把手電筒了一下
我覺得這個應該是綜合原因。
首先人體含水,電流通過人體經過水的部分會進行電解。畢竟人體體內的水不是純水,其中還有礦物、維生素或者其他營養成分。電流電解人體內部的水分似的人體器官快速脫水,營養物質流失。
其次電流通過電阻會產生熱量。人體富含肌肉和骨骼肌肉和骨骼都含有一定的電阻值,電流通過這些東西以後就像家裡用的電爐接上電源,程程的發光發亮發熱。當然人體裡面只會發熱,即使發光也沒法觀測。人體內部發熱造成體溫過高,高溫燙傷內臟或者內臟受熱過高改變了蛋白質,造成不可逆的損害。
大腦信息交流以及分泌激素完全是靠帶電粒子。很多實驗都顯示在大腦的各部分插上點擊進行適當的刺激,可以控制大腦進行反應。微小的電流通過可以控制大腦,那麼高處大腦可承受的電流呢?大腦皮層被高頻率的電流掃過,不僅破壞皮層的正常工作,還會燒毀部分皮層區域。加上前面說的電阻產熱什麼的,分分鐘就是紅燒猴腦啊。腦補了一下覺得太刺激就不多說了,各位可以想像一下美國的電刑...
一個人的肌肉、大腦、血液經過如此多的不可逆破壞,勢必會造成人體損傷,嚴重的甚至死亡。
我在這個專業的了解不是很深,借著其他地方的知識稍微分析了一下。如果有錯誤或是其他的不好的玩意,還請各位指出。
其實都有沒有大的電壓驅動不了大的電流,沒有電流,打壓再大也沒用,當然電阻也很重要太大了電流過來不順暢,產生不了足夠的上傷害,但是如果電阻變為0,成為超導體,也不會產生熱量
以下是公式:p=ui=u^2/r=i^2r。
P(這個是功率,就是努力程度,可以理解為對人體的傷害)=U(電壓)*I(電流)=I(電流)*I(電流)*R(電阻),可見決定人觸電受傷害的因素很多。
最後還有,如果是交流電還有一個頻率的問題,這裡因才疏學淺就不討論了。
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