اثرات جریان های الکتریکی عبوری از بدن و الزامات ایمنی

اثرات جریان های الکتریکی عبوری از بدن و الزامات ایمنی

اثرات جریان های الکتریکی عبوری از بدن و الزامات ایمنی

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 26

فهرست :

• 1. مقدمه
• 2. بدن انسان به عنوان یک سیستم الکتریکی
  • 1.2. ماهیت الکتریکی سلول‌ها
  • 2.2. پتانسیل عمل
• 3. تاثیر فرکانس بر روی اثرات جریان
• 4. واکنش فیزیولوژیکی به جریان‌های الکتریکی
  • 1.4. فلج
  • 2.4. فیبریالسیون بطن
  • 3.4. شوک حرارتی
• 5. جریان مجاز بدن و جرم بدن فرد
• 6. جریان بدن مجاز مستقل از سایز انسان
  • 1.6. ضریب جریان قلب
• 7. امپدانس بدن انسان
• 8. مسیرهای جریان
• 9. ولتاژ تماس احتمالی مجاز V_STP
• 10. اثرات جریان‌های مستقیم

1. مقدمه

زمین، به خاطر ماهیت رسانایی که دارد، می‌تواند مسیر بازگشتی برای جریان‌های زمین باشد که در نتیجه باعث می‌شود جریان برق در بدن شخصی که در تماس با شیء برقرار است، به گردش درآید. جریانی که از بدن فرد در تماس با جسم برقرار، عبور می‌کند، باعث شوک الکتریکی می‌گردد که به آن microshock گفته می‌شود.

جریان‌های الکتریکی برای انسان‌ها بسیار ضرر هستند و دلیل آن بیشتر به خاطر این واقعیت است که این جریان‌ها در فعالیت‌های الکتریکی بیولوژیکی بدن انسان تداخل ایجاد می‌کنند. این تداخل الگوی الکتریکی طبیعی ارگانیسم بدن را مختل می‌کند و می‌تواند حتی بدون آثار دیگر، مثلا سوختگی، باعث عواقب و نتایج مرگ باری شود. در حقیقت، جریان‌ها به خاطر اثر ژول دمای بافت‌های بدن را افزایش می‌دهند. در بعضی موارد ممکن است این دما تا 300 درجه سانتی‌گراد افزایش یابد. تاثیرات فیزیولوژیکی جریان‌ها باید مشخص گردد چون در ایجاد حداقل الزامات ایمنی در تجهیزات الکتریکی نقش دارند.

 2. بدن انسان به عنوان یک سیستم الکتریکی

بدن انسان، در سطح سلولی، یک سیستم الکتریکی است. اطلاعات لازم برای عملکرد صحیح خود را توسط بارهای الکتریکی، مثبت و منفی که از یون‌ها تشکیل شده‌اند مثل شار منتشر می‌کند. مثال روشن، عضلات قلب است که انقباضات آن به خاطر سیستم الکتریکی بیولوژیکی می‌باشد.

 1.2. ماهیت الکتریکی سلول‌ها

بافت‌های بیولوژیکی به وسیله سلول‌ها تشکیل شده‌اند که در تماس با یکدیگر می‌باشند و در یک مایع خارج سلولی (یا میان سلولی) شناور هستند. سلول در یک غشاء قرار گرفته است که شامل مایع درون سلولی می‌باشد. هم مایع‌های درون سلولی و هم میان بافتی شامل یون‌های باردار الکتریکی می‌باشند که چگالی نسبی آنها بر حسب اندازه دایره‌های شکل 1 مشخص می‌شود.

اندازه‌گیری‌ها نشان می‌دهد که بار سلول مختلف نشده، که به طور هماهنگ در هر طرف غشاء توزیع شده است. یک اختلاف پتانسیل ثابت در سلول ایجاد می‌کند که پتانسیل استراتجت (یا پتانسیل غشاء) نامیده می‌شود. این ولتاژ می‌تواند تا 70- میلی‌ولت باشد که علامت منفی آن نشان دهنده این است که بار منفی درون سلول نسبت به مایع میان بافتی بیشتر است.

پتانسیل استراتجت نتیجه توان بین دو نیروی متفاوت می‌باشد. یون‌ها در هر دو طرف غشاء در معرض میدان الکتریکی که متقابل به خاطر بارهای آنها ایجاد می‌شود، قرار دارند. همچنین یون‌ها در معرض نیروهای انتشاری ناشی از گرادیان شیمیایی هم هستند. در حقیقت، یون‌ها از نواحی با چگالی بالا به نواحی با چگالی پایین منتشر می‌شوند. در شکل 1.5 خطوط نقطه چین مسیر میدان الکتریکی را نشان می‌دهد و خطوط زیر نیروی انتشار را نشان می‌دهند.

غلظت پتاسیم (K⁺) درون سلول بیشتر است. در نتیجه نیروی انتشار سعی می‌کند که این یون‌ها را به بیرون هدایت کند. از طرف دیگر، مایع خارج سلولی در مقایسه با مایع درون سلولی، بار مثبت پیدا می‌کند و میدان الکتریکی ایجاد شده با انتشار یون‌های مثبت مخالف می‌کند. در نتیجه، این دو عملکرد با هم به توازن و تعادل می‌رسند. توضیحات بالا می‌تواند به طور مشابه برای یون‌های Cl^– هم به کار برود.

فرآیندی که در اینجا توضیح داده شد، به نظر نمی‌رسد که توضیح دهنده رفتار یون سدیم (Na⁺) باشد. در حقیقت، یون‌های سدیم، در معرض هر دو نیرو الکتریکی و انتشاری، می‌باشند که در جهت یکسانی به سمت درون سلول اعمال می‌شوند. این نیروها یکدیگر را حذف نمی‌کنند. در نتیجه، در حالت توازن، بالاترین غلظت Na⁺ باید درون سلول باشد. نه در مایع میان بافت. مطالعات و تحقیقات نشان داده است که یک فرآیند فعال دیگر، به نام پمپ پتاسیم – سدیم، غلظت پایین‌تر سدیم در مایع میان سلولی را توضیح می‌دهد. به خاطر این فرآیند، مولکول‌های پروتئین که مربوط به متابولیسم بدن می‌باشند، به طور دائم یون‌های Na⁺ را به بیرون از سلول منتقل می‌کنند و آنها را با یون‌های K⁺ جایگزین می‌کنند.

در شرایط پایدار، یعنی در زمان فقدان محرک‌های اعمال شده، غلظت‌های خون در درون و بیرون سلول تشکیل و حفظ پتانسیل غشاء را امکان‌پذیر می‌سازد. بنابراین، سلول می‌تواند به عنوان یک خازن C در نظر گرفته شود. دو مایع، درون سلولی و بیرون سلولی، هدایت‌های الکترولیتی خوبی هستند^[1] و به عنوان القاگر خازن عمل می‌کند که عایق و دی الکتریک آن خود غشاء می‌باشد. در حقیقت، غشاء مقاومت بالایی در حدود 10^7- اهم متر دارد و ثابت دی الکتریک آن 7e می‌باشد.

با این وجود، خازن فوق‌الذکر یک مولفه ایده آل نیست چون جریان‌های نشتی می‌توانند از طریق دی الکتریک جاری شوند. در نتیجه، مدل سلول باید شامل یک مقاومت نشتی (R_L) در موازات با خازن باشد (شکل 2). پتانسیل استراحت به وسیله نیروی محرکه الکتریکی (V_RP) نشان داده می‌شود.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ خطرات ناشی از شوک الکتریکی

⇐ ایمنی برق عبدالخالق مجیری

⇐ ایمنی برق و حفاظت در برابر برق گرفتگی

   

نویسنده: سیروان شیخی

«تجربه در صنعت»، زیربنایِ اشتیاقِ من به دنیایِ HSE است. با بیش از ۱۳ سال فعالیت اجرایی و تخصصی، هدفم در این وب‌سایت، پل زدن میان دانشِ آکادمیک و نیازهای واقعیِ صنعت است. همراه با تیم تخصصی‌ام، می‌کوشیم تا با ارائه محتوای کاربردی و به‌روز، مسیرِ رشد حرفه‌ای شما را هموارتر کنیم. خوشحال می‌شوم در صفحه لینکدین، تجربیاتمان را به اشتراک بگذاریم و در این مسیر تخصصی همراه هم باشیم.