Тверь 2000

[К. В.1] 

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………  3

2.Физика. Человек. Окружающий мир…………………………………  5

3.Электрические явления… ……………………………… … …………   6

4.Электрическое поле Земли… … … …………………… ……………   8

5.Электрическая активность планеты и жизнь……………………  9

6.Электические свойства воды………………………………………… 10

7. Электрические свойства тела человека… ………………………  11

8. Поражение электрическим током………………………………… 12

9. Заключение……………………………………………………………… 14

10. Приложение…………………………………………………………    16

11.Список используемой литературы………………………………   21

Введение

     Бесконечно разнообразен мир.

     Бесконечно разнообразна окружающая нас природа.

     Бесконечно сложны  и различны люди - части этой при-

роды.

     Многие физики, правда, глубоко убеждены, что в осно-

ве своей природа проста и большинство ее  "загадок",  все

еще приводящих  исследователей  в недоумение, лишь свиде-

тельствуют, что мы пока еще не способны понять  язык,  на

котором мир рассказывает о себе.

     Во все времена людей интересовало, как устроена Зем-

ля и Вселенная, в чем причина природных явлений. Люди да-

вали свои толкования окружающему - всякий раз  по-своему,

в зависимости от уровня имевшихся знаний,  от уровня раз-

вития человеческой мысли.  Но одни уповали  при  этом  на

высшую силу,  даже собственные достижения считали резуль-

татом откровенья божьего... Другие же кропотливо собирали

крупицы повседневного опыта, старались обобщить их, вос-

произвести то, что наблюдали в природе.

     Как нам оценить путь,  который успело пройти человечество?

     Раскроем "Беседу трех святителей", сочинение, созданное около IV века нашей эры.  Авторитетнейшие  византийские писатели рассуждают о мировых тайнах:  "Иоаннъ рече:  Отъ чего громъ и молния  сотворено  бысть?  -  Василий  рече: Гласъ господенъ въ колеснице огненной утверженъ и ангела громная приставлена..." На славянский язык это  сочинение было переведено в XI веке, и написанное в нем принималось за истину еще многие столетия!

     А сейчас,  можно сказать,  на наших глазах рождается

единая физическая теория так называемого "великого объединения ": она  охватывает  все  случаи электромагнитного

взаимодействия, в том числе и атмосферные  разряды – молнии и сильные  взаимодействия,  ответственные  за целостность атомных ядер, и слабые, делающие возможными радиоактивные превращения одних химических элементов в другие...

     Вот каков скачок в знаниях людей о природе.  Сделало

его человечество  за  шестнадцать веков,  причем главные,

поистине семимильные шаги пройдены  за  последние  двести

лет.

    Пройдя тропу, ведущую от мифов и легенд далёкого прошлого к некоторым основополагающим событиям настоящего, люди построили совершенно особый, не похожий на природный «электрический мир» .

    И всё же почему  именно « Человек и электричество»? Познание природы электрических явлений – величайшее достижение человеческого гения. Великий Максвелл предложил систему математических уравнений, которые красочно и лаконично описывали фундаментальные законы, лежащие в основе этих явлений, а заодно объясняли тепловое излучение и распространение радиоволн (открытых, кстати, значительно позже!).

    Конечно, случилось это не вдруг, не спонтанно; не было это и откровением свыше. Общая теория электрических явлений позволила не только демонстрировать эффект притягивания пушинок или получения искр – теперь наука и техника быстро изыскали способы передачи информации на расстояние (притом безошибочной передачи и на огромные расстояния), начали конструировать машины с искусственным интеллектом…

    Примеров применения электричества необоримое множество. Еще в 1912 году было сказано: «Электрификация всех фабрик и железных дорог сделает условия труда более гигиеничными, избавит миллионы рабочих от дыма, пыли и грязи, ускорит превращение грязных, отвратительных мастерских в чистые, светлые, достойные человека лаборатории». Мы живём в удивительное время. Достижения техники и науки так «уменьшили» размеры нашей планеты, а население её так разрослось, что сегодня нельзя не понимать: составляя планы развития хозяйства в некотором регионе, надо думать о будущем всей Земли. Ведь сейчас даже оптимисты говорят, что примерно через полтора столетия на Земле иссякнут запасы основных видов топлива – нефти, газа, угля… лишь тогда снова загудели домны, снова забили из леток тугие струи раскаленного металла.

Где же черпать энергию? Не погибнет ли наша –«энергетическая» – цивилизация? Уместен вопрос: электричество в нашей власти или мы в его?

    Сегодня электричество стало самостоятельной отраслью естественнонаучных знаний. Оно ещё уготовит людям немало неожиданностей. Некоторые «сюрпризы» науки мы уже можем предугадать. И контуры будущего, вырисовывающиеся сегодня, грандиозны. Потому нам и захотелось рассказать об электричестве.

          Физика. Человек. Окружающий мир.

    Определяя предмет физики как науки, говорят: "Физика наука о неживой природе". Однако человека, хотя он и относится к живой, осознающей себя материи, нельзя не считать объектом изучения физики.

     Действительно человек живет в мире,  устроенном и функционирующем в соответствии с законами, являющимися предметом изучения физики. Само происхождение человека, особенности, которыми он обладает, его будущее связаны не  только  с  эволюцией  окружающего  мира, но и с развитием

свойств человека и определяется физическими условиями во  Вселенной  и физическими законами, действующими в ней.

     Человек - физический объект,  который наравне с объектами другой природы совершает перемещения,  участвует в силовых воздействиях, подвергается влиянию физических полей разного рода.

     Человек - сложная физическая система: функционирование отдельных её частей (физиологические системы, органы, клетки), взаимодействие с окружающей средой (метаболизм) определяется физическими процессами.

     Человек - субъект познания:  наблюдения,  измерения, эксперимент, гипотеза, модель,  теория - изобретения человека, при помощи которых он изучает и объясняет окружающий мир и себя в этом мире.

     Человек - член большого сообщества себе подобных. На благо себе и человечеству он применяет достижения наук, в том числе и физики, видоизменяя и приспосабливая к своим потребностям окружающую среду, стремясь тем не менее не нарушать с ней гармоничного единства.

     По сравнению с другими науками, по определению изучающими человека, - биологией, физиологией, генетикой, психологией, философией, социологией, -  физика  позволяет  "увидеть" этот исключительный важный в современную эпоху объект исследования с новой точки зрения и дополнить психобиологическое представление о человеке физической причинностью.

     Таким образом, изучая физику, можно продвинуться по пути познания человеком самого  себя,  лучше понять его природу и возможности,  поскольку человек - часть и продукт мира, понять и объяснить который призвана физика.

Электрические явления

   В мире, в котором мы живем, действует множество законов физики.  Среди  них  и  такие,  которые  знает каждый

школьник из учебников физики,  и такие,  которые известны

сегодня только немногим. С физическими явлениями мы сталкиваемся не только в лабораториях Большой науки,  но и  в

каждодневной жизни. В наши дни не только в цехах заводов,

научных лабораториях или медицинских кабинетах,  но  и  у

себя дома мы окружены аппаратами приборами, в которых используется электрический ток, магнетизм, электромагнитные

волны и  т.д.  Современные изобретатели активно осваивают

достижения физики:  ими подсчитано,  что  науке  известно

около 5000  явлений,  а  любой  специалист знает не более

150. Что тогда говорить о нас с вами?  Но поразмыслив над

тем, какие  электрические явления нам удается наблюдать в

природе мы придем к выводу,  что их совсем немного.  Очевидно мы вспомним,  что молния - это по существу электрический заряд,  однако мы воспринимаем лишь порожденные им

световые эффекты и звук,  вызванный быстрым нагревом воз-

духа, а не его электрическую "сущность".  Другие  явления

такие, как  взаимодействие  электрически  заряженных  тел

(отталкивание наэлектризованных шариков бузины) - мы знаем только в основном из школьных опытов.  Поэтому нам кажется, что  состояния  веществ,  при которых  проявляется

электричество, в  природе существуют лишь как исключения.

Так, чтобы шарики бузины взаимно отталкивались,  им необ-

ходимо сначала сообщить электрический заряд и т.п. На ос-

новании только нашего чувственного опыта мы не в  состоя-

нии обнаружить,  что  между  взаимодействием электрически

заряженных тел и всеми явлениями, которые мы воспринимаем

нашими органами  чувств  (за  исключением гравитации) существует непосредственная связь.

     Нам не нужно объяснять, почему силой или просто давлением руки можно  воздействовать  на  какой-то  предмет:

контактное силовое  воздействие  - одно из наиболее распространённых и обычных явлений в нашей повседневной жизни, кажущихся нам самоочевидными. Тем не менее, контактное взаимодействие между твердыми телами и между твердым  телами и жидкостями- явление достаточно сложное. Так, из наблюдений нам известно,  что, например, стеклянные пластины, плотно прижатые  друг  к  другу,  трудно потом оторвать - настолько прочно они сцепляются;  мокрый снег  безнадежно прилипает к  немазаной поверхности лыж,  но при наложении тонкого слоя лыжной мази легко отпадает. На чистом стекле вода образует тонкую пленку, а на жирной подложке собирается каплями. Целый ряд подобных примеров свидетельствует о сложности и разнообразии поверхностных и контактных явлений и взаимодействий.  При более близком  знакомстве  с этими явлениями  у нас вполне  естественно возникает вопрос:  не скрывается ли за всем их разнообразием  какой-то общий и  простой физический закон?  Но чтобы глубже выяснить причины  контактных   взаимодействий,   недостаточно только наблюдений и измерений простейшими средствами.

     Однако из некоторых наблюдений можно сделать  вывод,

что контактное взаимодействие - во всяком случае, частич-

но - связано с электрическими явлениями.  Например,  если

потереть сухую стеклянную пластинку замшей,  то она начи-

нает притягивать (электростатическое притяжение)  пылинки

или  частички  порошка.  Пылинки буквально подскакивают к

стеклу, преодолевая силу гравитации.  В некоторых случаях

электризация предметов   трением   оказывается  настолько

сильной, что буквально слышен треск искр -  это  происхо-

дит, например, при расчесывании сухих волос.

     Опыты по электризации трением показывают,  что неко-

торые тела после электризации притягиваются, а другие от-

талкиваются. Так,  без каких-либо сложных приборов  можно

прийти к  выводу  о существовании двух различных зарядов,

которые взаимно притягиваются друг к другу; напротив, те-

ла, имеющие заряд одного и того же вида, взаимно отталки-

ваются. Бенджамин Франклин назвал заряд, который возникает на стекле,  потертом кожей, положительным, а заряд эбонитового стержня,  потертого лисьим хвостом,  - отрицательным. Заряды  можно было бы обозначить и наоборот:  как мы знаем сегодня,  это было бы гораздо удобнее для  описания различных электрических явлений,  которые изучаются в физике. Ведь носителями электрического тока в основном  являются электроны,  которым  Франклин произвольно приписал отрицательный заряд.  Вследствие этого теперь нам  приходится приписывать электрическому току направление, противоположное тому, в котором движутся электроны.

     Наблюдать взаимодействие  между  заряженными телами,

особенно если речь идет о телах малых размеров,  можно  и

без помощи современных электротехнических устройств. Пер-

вое сообщение о такого рода наблюдениях  появилось  около

2500 лет назад; тогда Фалес Милетский обнаружил, что при-

везенный с севера янтарь проявляет особые свойства:  если

его потереть, то он притягивает мелкие легкие предметы, а

после соприкосновения с ними их отталкивает. Именно отсю-

да и берет свое начало слова "электричество",  ибо "элек-

трон" по-гречески означает "янтарь".  Однако позднее  по-

добные свойства были обнаружены и у многих других матери-

алов.

     В принципе  все  электрические явления могли бы быть

открыты и объяснены уже давно. Однако только где-то в на-

чале 18 века стали исследовать их достаточно глубоко. Да-

же самые развитые  культуры  древности,  достигшие  столь

значительных успехов в математике и философии,  не распо-

лагали необходимым для исследования источником тока. (Ес-

ли не  считать  находку,  хранящуюся  в Багдадском музее:

один из экспонатов,  созданный,  как  предполагается,  за

несколько  сот лет до нашей эры,  некоторые специалисты в

последнее время  склонны  рассматривать  как  примитивный

гальванический  элемент.  До  сих  пор  остается неясным,

действительно ли он служил для получения электричества.)

Электрическое поле Земли

   Среда обитания человека,  представляющая собой поверхность  нашей планеты, характеризуется многими параметрами:  температурой, освещенностью, обусловленными рассеянным солнечным светом,  газовым  составом атмосферой и  т.п.  Одним из важнейших ее параметров является электрическое поле.

     Электрическое поле Земли образовано зарядом поверхности и зарядами, сосредоточенными на некоторой высоте в  атмосфере  Земли.  Поверхность земного шара несет отрицательный заряд, по модулю равный 6*10 (5) Кл. Этот заряд не очень велик. Например, если через обычную лампу мощностью 60 Вт, включенную в сеть, такой заряд протекает за 25 суток.

     Электрическое поле Земли подобно полю сферического  конденсатора, одной из  обкладок  которого  является заряженная поверхность планеты. Вследствие огромной кривизны поверхности обкладки поле  можно  считать однородным. (см. рис.1)

     Электрическое поле Земли достаточно слабое.  Но характер проводимости тела человека позволяет ему спокойно переносить без опасности для жизни и гораздо большие разности потенциалов.

     Процессы, приводящие  к образованию заряда на земной поверхности, очень сложны.  В отличие от других космических тел ее  поверхности  не достигает поток заряженных частиц от Солнца - солнечный ветер, так как Земля защищена от его воздействия геомагнитным полем и атмосферой. Отрицательный заряд  Земли  формируется  и поддерживается приблизительно постоянным в результате взаимодействия земной поверхности с приземными слоями атмосферы.  Считается, что сток отрицательного заряда с поверхности Земли в атмосферу происходит в  основном  за  счет  проводимости приземного слоя воздуха, а в возвращении заряда на поверхность большую роль играют молнии.  Их ежесекундно над Землей вспыхивает около сотни, причем каждая молния несет заряд,  равный 10-50 Кл.  Средняя плотность тока проводимости атмосферы составляет 10(-12) А/м2 (см. рис.2). Общая сила тока достигает 1800 А. Баланс электрического заряда Земли можно проиллюстрировать таблицей (см. таблицу 1).

Электрическая активность планеты и жизнь.

Электрическая активность атмосферы довольно спорный фактор среди других, характеризующих условия на планете, пригодной для жизни. Так, например, известный планетолог С. Доул считает, что слишком интенсивная электрическая активность атмосферы планеты могла бы превратить её в нежилую.

    Однако, в начале эволюционного процесса на Земле электрическая активность планеты сыграла, по-видимому, положительную роль. Известны результаты опытов по синтезу органических молекул – «кирпичиков жизни» типа аминокислот из набора простейших исходных химических соединений. Суть опыта заключалась в том, что в большом, изолированном от внешней среды сосуде моделировалось атмосфера первичной Земли, представлявшая собой смесь метана, аммиака, водорода, водяного пара. Некоторое количество воды на дне сосуда имитировало водоём на поверхности Земли. Необходимая для химических реакций синтеза энергия черпалась из разных источников. В некоторых вариантах опыта в этой роли использовался электрический разряд, имитирующий электрическую активность древней земной атмосферы. Через некоторое время после начала опыта и включения источника энергии в сосуде образовывались органические молекулы, входящие в состав живых организмов. В разных странах мира различные группы учёных проводили аналогичные опыты, изменяя некоторые детали (например, концентрацию и набор исходных соединений). Результаты опытов во всех случаях получились примерно одинаковыми, что подтверждает, по мнению учёных, догадку о возможности самопроизвольного зарождения жизни на поверхности нашей планеты много миллиардов лет назад.

Электрические свойства воды.

    Трудно переоценить значение воды для живых существ. Оказывается, многие её важные для жизни свойства обусловлены структурой молекулы воды. Молекула воды представляет собой диполь, а вещество в целом – полярный диэлектрик. Это означает, что, хотя в целом молекула воды нейтральна, центры тяжести её положительного и отрицательного зарядов не совпадают даже в отсутствии внешнего электрического поля. Атом кислорода забирает электроны от атомов водорода, обеспечивая себе большой отрицательный электрический заряд, в то время как два ядра атома водорода образуют положительно заряженные области. С соседними молекулами такая молекула взаимодействует электрически, притягивая к своему положительному концу отрицательный заряд, а к отрицательному – положительный заряд соседки. В результате молекулы тесно связываются друг с другом, образуя кластеры, или супермолекулы, если вещество однородно. Высокая диэлектрическая проницаемость воды 81 означает, что два заряда взаимодействуют в воде с силой, в 81 раз меньшей, чем если бы они взаимодействовали в вакууме. Это же приводит к тому, что вода ослабляет связи между атомами растворенного вещества, т.е. способствует диссоциации.

Электрические свойства тела человека.

    Электропроводность - один из параметров,  характеризующих жизненную деятельность живого существа. Известно, что с возникновением живого организма любого вида начинаются биоэлектрические  явления,  которые прекращаются при гибели живого существа.  Человек при этом не является исключением.

     Тело человека   представляет  собой  по  своим  электрофизическим свойствам соленый раствор (раствор электролита). Разные ткани тела человека характеризуется  разной  концентрацией  раствора  электролита и разным его составом,  вследствие чего различаются по своим  диэлектрическим свойствам (см. таблицу 2).

     Как любой проводник  тело  человека  можно  охарактеризовать его электрической емкостью.  Приближенно  емкость  любого проводника может быть рассчитана как емкость шара, имеющего такую же площадь поверхности.

     Поскольку внутриклеточная жидкость содержит ионы и хорошо  проводит электрический ток, внутренние ткани тела человека обладают довольно низким сопротивлением.  В целом же сравнительно высокое сопротивление тела  человека  электрическому току определяется в основном сопротивлением поверхностных слоев кожи (эпидермиса).  Проводимость кожи  в значительной степени  зависит  от  ее состояния и осуществляется через потовые и сальные железы.  Внутри тела человека  ток  разветвляется  и проходит преимущественно  вдоль протоков тканевых жидкостей (кровеносных сосудов, нервных стволов, лимфатических узлов и т.д.).

    Общее сопротивление тела человека постоянному току  (от конца одной руки до конца другой) при сухой неповрежденной коже рук составляет 10(4)-10(6) Ом и ниже.

    По отношению к переменному току человеческое тело можно рассматривать как параллельно соединенные резистор и конденсатор. Постоянный ток идет только через резистор, и, если активное сопротивление тела большое, сила тока будет невелика. Переменный ток идет и через резистор, и через конденсатор. Так как резистор и конденсатор включены параллельно, их полное сопротивление меньше чисто активного сопротивления и сила тока при данном напряжении должна быть больше, чем в случае постоянного тока.

    Сопротивление человеческого тела току различно для разных индивидуумов. Оно также зависит от состояния здоровья человека. Определенно известно, что наличие алкоголя в крови заметно уменьшает сопротивление человеческого тела.

    Встречаются люди с уникальными электрическими характеристиками. Например, электрик из болгарского города Габрово Г. Иванов обладает электрическим сопротивлением в 8 раз более высоким, чем у обычных людей. Он может работать с электрическими цепями, находящимися под напряжением 380 В, без защитных средств и не отключая питания (для обычного человека напряжение 380 В смертельно).

    Определению сопротивления тканей тела человека току (постоянному  и переменному) может быть посвящена специальная лабораторная работа (см. Приложение).    

              Поражение электрическим током

     Поражение электрическим  током опасно для здоровья и

даже для жизни человека. Тяжесть поражения зависит от си-

лы тока, продолжительности его действия и от того, по ка-

кому пути протекает ток в теле человека.  Особенно  чувс-

твительны к действию тока мозг и сердце, так как возможны

нарушения их деятельности.

     Упомянем об одной возможности использовать  свойство

слюны человека проводить электрический ток. Изготовленные

из разных металлов коронки зубов человека  могут  сыграть

роль электродов  гальванического  элемента,  слюна - роль

электролита. Такой необычный источник тока  может  питать

микроприемник радиоволн,  вмонтированный  в  дупло  зуба.

Преимущество такого устройства - оно всегда будет с вами.

     Большинство людей реагируют  на силу  тока 10(-3) А.

Сила  тока в нескольких миллиампер вызывает болевые ощу-

щения, но  редко  бывает  опасна  для здоровья.  При силе

больше 10 мА происходит резкое сокращение мышц, и человек

может оказаться не в состоянии освободиться от  источника

тока (например, неисправного прибора или провода). В этом

случае возможна остановка дыхания; сделанное своевременно

искусственное дыхание может вернуть человека к жизни.

     Если ток свыше 70 мА проходит в области сердца, сер-

дечная мышца начинает беспорядочно сокращаться, нарушает-

ся нормальное кровообращение. Это явление называется фиб-

рилляцией сердца;  вовремя  не  прекращенная  фибрилляция

приводит к смерти.  Начавшуюся фибрилляцию  очень  трудно

остановить. Однако  иногда  значительно большая сила тока

(порядка 1 А) к смертельному исходу не приводит. (По-видимому, при поражении сильным током происходит полная остановка сердца;  после прекращения действия тока нормальная деятельность сердца возобновляется.)

     При еще большей силе тока (100 мА и более)  происхо-

дит паралич   органов   дыхания  и  наступает  мгновенная

смерть. Нарушение электропроводимости центральной нервной

системы, управляющей   основными,  жизненно  необходимыми

функциями человека, происходящее  при  этом,  объясняется

следующим образом.  При  очень низкой энергии связи между

электроном и ядром в сложных полимерных органических  мо-

лекулах ток порядка 10(6) А,  проходящий через тело чело-

века при электротравме,  выделяет энергию,  ан  несколько

порядков превышающую  ту,  что  необходима для разрушения

межмолекулярных связей.

     Все рассмотренные  выше случаи протекания тока через

тело человека осуществлялись по пути рука - рука или нога

- рука.  Это  очень важно,  так как любой другой путь для

тока чреват более страшными исходами даже при более  низ-

ких токах и напряжениях.  Сейчас уже не подлежит сомнению

существование на теле человека областей,  наиболее уязви-

мых к  току.  К ним относятся тыльная сторона кисти, шея,

висок, плечо,  спина.  При  прохождении  тока  через  эти

участки тела  человека смерть наступает от нарушения моз-

гового кровообращения.

     Одной из  самых  опасных разновидностей электротравм

является поражение так  называемым  шаговым  напряжением,

которое возникает  в  зоне  оборвавшегося  провода  линий

электропередач высокого напряжения,  и может  действовать

на расстояниях сотен метров то упавшего провода.  Шаговое

напряжение относительно Земли составляет 50 кВ и более.

     Считается, что  электротравмы со смертельным исходом

составляют 10-15% от общего количества травм с тяжким ис-

ходом. Общее количество погибших от электрического тока в

год в среднем оценивается в 22-25 тыс.  человек. Это чис-

ло, конечно, существенно меньше числа людей, погибающих в

автокатострофах за то же время.  Но все же оно велико, и,

чтобы предохраниться  от  поражения  электрическим током,

надо знать,  какую опасность он представляет, а также вы-

полнять в общем-то несложные правила безопасности.

Заключение

Жизнь не менее разнообразна, чем физика. Наш мир, обогащённый физическим знанием, может стать новой прекрасной реальностью, в которой творческое поколение профессионалов создаст ещё непознанные человечеством блага цивилизации.

    Физика ХХ века чрезвычайно расширила  наши представления о природе и Вселенной. Наше столетие ознаменовалось бурным развитием физики и накоплением ею знаний о структуре и свойствах материи.

    Электричество – электроэнергия, используемая в народном хозяйстве – основа современной цивилизации, фундамент нашей материально-технической базы.

    Электричество – основа жизни амёбы и комара, рыбы, цветка, любой птицы, любого животного, - и нас с вами.

    Электричество – на редкость интересная, удивительная область, отрасль человеческого знания. Это пример силы и слабости человеческого общества, поставившего свою жизнь в зависимость от искусственно добываемой энергии. Поистине мы стали пленниками джина, выпущенного из бутылки. Однако прогресс не остановим.

    Гигантские генераторы и агрегаты мощностью в сотни тысяч и миллионов киловатт работают на фабриках электричества, которые мы привыкли называть электростанциями. В то же время на полигонах и в лабораториях ведутся испытания моделей, рассчитанные ещё на более высокие напряжения. Наши ученые на всех этапах развития науки об электричестве вносили в неё ощутимую лепту. В эпоху изучения статического электричества это были Ломоносов и Рихман, Эпинус, во время «гальванизма» – Василий Петров, на пороге электротехники стояли Ленц и Якоби. Их эстафету подхватили Яблочков и Лодыгин, Чиколев и Доливо-Добровольский… Невозможно назвать имена всех выдающихся ученых и инженеров, создавших и создающих для нас тот удивительный электрический мир, в котором мы живем.

    Разумеется, картину мира, какую рисует современная физика, нельзя считать законченной. Вся история развития физики скорее свидетельствует о неисчерпаемости свойств природы, о непрекращающемся вскрытии новых, всё более глубоких закономерностей.

    Поэтому и в такой развитой области знаний, как физика, нельзя исключить дальнейших сюрпризов – наоборот, их появление вполне закономерно. Однако несомненно, что новые, даже самые поразительные открытия будут только углублять и расширять современную физическую картину мира.

    Мы много знаем о ней, но об ещё большем, мы в этом уверены, пока даже не догадываемся…

Приложение

                   Лабораторная работа

        Определение сопротивления тканей человека

      постоянному и переменному электрическому току

Цель работы:  определить  сопротивление  тканей тела

              человека постоянному и переменному току.

Приборы и принадлежности:  элементы электрических  цепей,

              изображенных на рисунках А и В, проводники,

              свинцовые пластинки-электроды,  применяемые

              для электропроцедур.

 Последовательность выполнения работы

     Упражнение 1.  Определение сопротивления тканей тела

                человека постоянному электрическому току.

 1) Соберите цепь в соответствии с рисунком А.  Выключите

потенциометр. Переключатель  П  поставьте в положение 1~.

Установите свинцовые пластинки на выбранный участок тела.

 2) Замкните  ключ и медленным перемещением движка потен-

циометра установите силу тока 100 мкА.

 3) Измерьте U и I.

 4) Перебросьте переключатель П в положение 2~ и по  мак-

симальному отбросу милливольтметра определить ЭДС поляри-

зации.

 5)                                U - E

    Вычислите сопротивление   R = -------.

                                     I

 6) Повторите опыт для другого участка тела.

 7) Запишите ответ, сделайте вывод.

     Упражнение 2.  Определение сопротивления тканей тела

                человека переменному электрическому току.

  1) Соберите цепь в соответствии с рисунком В. Закрепите

электроды на том же участке тела, что и в упражнении 1.

  2) Установите ползунком реостата U=0. Замкните ключ.

  3) Медленным перемещением движка установите ток 100 мА.

  4) Измерьте U и I. Вычислите сопротивление R.

  5) Опыт повторите трижды.  (Больше трех  измерений  де-

лать не рекомендуется, так как скапливающиеся у клеточных

мембран ионы рассасываются медленно,  что ведет к искаже-

нию результатов.)

  6) Запишите ответ, сделайте выводы.

             Рисунок 1                  Рисунок 2

  ---------------------

  +300 В                       + + высокая проводимость

  ---------------------       ---------------------------

  +200 В     Е=100 В/м     50 000 м ¦    ¦

  ---------------------             ¦    ¦ 400 000 В

  +100 В                            ¦    ¦ i =10(-12) А/м2

  0____________________       ___________________________

   ////////////////////       -  -  уровень моря

                                     поверхность Земли

                                        Таблица 1

Баланс электрического заряда Земли

                                      Таблица 2

             Электрические характеристики тканей тела человека

Подбор задач

     Задача 1.1  Вычислите безразмерную постоянную элект-

                              ромагнитного взаимодействия

     Решение

     Электромагнитное взаимодействие определяет структуру

атомов, а следовательно,  описывает всю картину явлений в

химии и физике ( за исключением ядерных  процессов).  Оно

характеризуется безразмерной постоянной электромагнитного

взаимодействия  ae = е2 / h*c = 1/137

     Задача 1.2  Найдите  отношение  силы  гравитационного взаимодействия электрона  и протона к силе их электростатического взаимодействия.

     Задача 1.3  Проверьте правильность утверждения (см. стр. 7).

     Задача 1.4  Изобразите с помощью линий напряженности

и эквипотенциальных поверхностей электрическое поле  Зем-

ли.

     Задача 1.5  Приняв Землю  за  однородный  заряженный

шар с зарядом 6*10(5)Кл, определите напряженность электрического поля Земли вблизи ее поверхности.

     Задача 1.6  Чему  равна напряженность электрического

поля на высоте 10 км от поверхности.

     Задача 1.7  Чему  равна разность  потенциалов  между

поверхностью Земли и верхними слоями земной атмосферы?

     Задача 1.8  Чему  равна  разность  потенциалов между

кончиком носа и подошвами ног человека?

     Задача 1.9  Почему же человек, несмотря на  это,  не

получает электрического удара? (см. задачу 1.8)

     Решение

     Человек не чувствует этой разности потенциалов и его

не поражает электрическим током,  потому что сам он явля-

ется хорошим проводником электричества. Как и всякий про-

водник тело человека сильно искажает земное электрическое

поле. Линии напряженности подходят к поверхности тела че-

ловека нормально, а эквипотенциальные поверхности огибают

его совершенно так  же,  как  они  огибают  металлический

предмет. Все  точки  тела  человека находятся под одним и

тем же потенциалом.

     Задача 1.10 Изобразите с помощью линий напряженност-

ти и эквипотенциальных  поверхностей  электрическое  поле

человека, стоящего на Земле.

     Задача 1.11 Напряженность электрического поля вблизи

поверхности Земли  равна по модулю Е=130 В/м и направлена

к центру Земли. Чему равен суммарный заряд Земли? сколько

лишних электронов приходится на 1 м2 земной поверхности?

     Задача 1.12 Какой  энергией  обладает  электрическое

поле Земли?

     Задача 1.13 Земля облучается космическими  частицами

высокой энергии,  приходящими из пространства вне Солнеч-

ной системы,  средняя энергия этих частиц составляет нес-

колько миллиардов электронвольт. Интенсивность потока по-

тонов, достигающих земной атмосферы,  составляет  1  про-

тон/(см2*с). Оцените время,  необходимое для того,  чтобы

космические протоны повысили потенциал  Земли  настолько,

что они уже не смогут в дальнейшем попадать на поверхность

Земли из-за электростатического отталкивания.

     Задача 1.14 Как быстро Земля потеряла бы свой заряд,

если бы он не поддерживался  процессами,  происходящими  в

атмосфере?

     Задача 1.15 Как электрическое поле Земли  влияет  на

движение положительных  и отрицательных зарядов в призем-

ном слое атмосферы?

     Задача 1.16  Заряд,  переносимый  на  Землю разрядом

молнии при  разности  потенциалов  3,5*10(7) В, составляет 30Кл.  Сколько при этом выделяется энергии? Какое количество воды при 0 С можно было бы двести до кипения  за

счет этой энергии?

     Задача 2.1 Какова приблизительно емкость тела  чело-

века? Примите, что площадь поверхности тела человека рав-

на площади поверхности шара диаметром 1 м.

     Задача 2.2 Почему  опасно  работать с электрическим

током при повышенной влажности воздуха?

     Решение

     Ток, проходящий при случайном  касании  рукой  через

тело человека,I = U/R = 220/10(5)A = 0,0022A.

     Ток, проходящий  через  тело  человека  при  касании

влажной рукой,I = U/R = 220/1000А = 0,22A. A такая  сила  тока может оказаться смертельной.

     Задача 2.3  Чему равно полное сопротивление тела человека при протекании через его  тело  тока  промышленной

частоты при напряжении 12В?  Во сколько раз сопротивление человеческого тела переменному току в этом случае  будет меньше его сопротивления постоянному току?

     Задача 2.4  Ток 70мА частотой 60Гц, протекающий через тело человека в течение 1с, при напряжении 120В может оказаться смертельным. Каким должно быть полное сопротивление человеческого тела, чтобы ток достиг этого значения?

 Задача 3.1 Электричество можно попробовать «на вкус», коснувшись языком клемм батарейки на 1,5В. Какой ток будет проходить при этом через вас?

     Задача 3.2   Приняв сопротивление тела человека равным 36 000 Ом, вычислите силу тока через тело человека, случайно прикоснувшегося руками к осветительным проводам, находящимся под напряжением 220В?

Список использованной литературы

    1. Безденежных Е. А., Верна Н. Е., Игнатович Ю. В.,

              Равикович С. Д., Черныш Е. П. Лабораторные

        работы по физике. - Киев, 1963

    2. Гнедина Т.Е. Физика и творчество в твоей

                                 и профессии. - М., 1988

    3. Крейчи В. Мир глазами современной

                                     физики. - М., 1984

    4. Томилин  А.  Рассказы об электричестве. – М., 1987

    5. Чандаева С.А. Физика и человек. – М., 1994

PAGE \# "'Стр: '#' '"   [К. В.1]