Учебные занятия

Действие электрического тока на человека

Наука – это неустанная многовековая работа мысли.
А. Эйнштейн

I. Введение в тему (3 мин)

Ведущий. Многообразен мир, многообразна природа. Много интересного вокруг нас, но в центре всех явлений венец природы – человек. А как живётся самому человеку в окружении своих же изобретений, далеко не всегда безопасных? Сегодня мы собрались, чтобы обсудить вопрос о действии электрического тока на человека с точки зрения физики, биологии, медицины, основ безопасности жизнедеятельности. Постараемся выработать единую тактику поведения в неоднозначных техногенных ситуациях.

Обсуждение мы проведём в виде «симпозиума» специалистов разных профилей: физиков, медиков, биологов, специалистов МЧС, экспертов. Участники «симпозиума» провели исследовательскую работу по выбранным направлениям (по теме «Электрический ток»), изучили правила техники безопасности при работе с электрическим током. А направления определили ученики 8-го класса: они только что изучили темы «Строение и работа сердца» и «Кровеносная система» и заинтересовались: в чём же состоит поражение организма под действием тока? Что такое электротравма?

II. Слово – физикам (6 мин)

Физик 1. Наша группа рассматривала действия электрического тока. А что такое электрический ток? Это направленное движение заряженных частиц. Электрический ток может протекать в различных средах: металлах, жидкостях, газах. Тело человека также является хорошим проводником электрического тока.

Эксперт. Почему?

Физик 2. Да потому, что оно состоит на 90% из воды. В этой жидкости присутствуют различные вещества, обеспечивающие электрическую проводимость. Например, в крови имеются эритроциты, несущие частицы железа, и кровь достаточно хорошо проводит электрический ток.

Эксперт. А что происходит с человеком, попавшим под напряжение? Что поражает человека и может даже убить: ток? напряжение? то и другое? оказывает ли ток тепловое поражение? каково влияние тока на сердечный ритм?

Ведущий. Ответим на эти вопросы. Вначале оценим поражающий фактор электрического тока.

Физик 3. Рассмотрим, что испытывает человек, попавший под действие тока: • электрический ток до 0,15 мА человек не ощущает • при силе тока 10 мА появляются болезненные ощущения • при 80 мА появляются затруднения с дыханием • ток 100 мА вызывает фибрилляции (нарушение ритма сердца) • ток свыше 200 мА вызывает сильный ожог и останавливает дыхание.

Как видно из приведённых данных, при токе 100–200 мА возникают беспорядочные неконтролируемые сокращения сердечной мышцы, нарушается кровообращение. Очень трудно восстановить правильный ритм сердца. Легче «включить» (если можно так сказать) остановившееся сердце с помощью мощного электрического импульса. Такой импульс создаётся в дефибрилляторе.

Ведущий. Какое напряжение способно создать электрический ток такого угрожающего значения? Однозначного ответа здесь нет, т. к. сила тока определяется не только напряжением, но и сопротивлением тела человека. Сопротивление зависит от пути следования тока. Например, сопротивление от одной руки к другой достигает 1600 Ом, а от плеча к ноге – 1200 Ом. Особенно опасно, если ток проходит через сердце. Сопротивление человека сильно зависит от индивидуальных особенностей кожного покрова: нежная, тонкая кожа или кожа с повреждениями хорошо проводит ток, сухая огрубевшая кожа – весьма плохо. В сырых помещениях опасность представляет напряжение более 38 В.

Эксперт 1. Какой ток опаснее: переменный или постоянный?

Ведущий. Любой ток опасен, всё зависит от обстоятельств, в том числе и от нервного состояния человека.

Эксперт 2. В США промышленный ток имеет частоту 60 Гц, а у нас частота 50 Гц. Какой ток опаснее?

Ведущий. Считается, что ток частотой 50 Гц менее опасен. Итак, электрический ток создаёт проблемы с сердечной деятельностью человека. А как, собственно, устроено наше сердце? Как оно работает?

III. Слово – биологам (6 мин)

Биолог 1 (рассказывает по плакату). Центральный орган кровообращения – сердце. Это насос, который гонит кровь по сосудам. Сердце лежит в грудной полости между лёгкими, немного левее средней линии тела. Его размеры невелики, примерно с кулак человека, а средняя масса – от 250 г (у женщин) до 300 г (у мужчин). По форме сердце напоминает конус.

Сердце представляет собой полый мышечный орган, разделённый внутри на четыре полости-камеры: правое и левое предсердия, правый и левый желудочки. Правая и левая половины не сообщаются. Сердце находится внутри специального мешочка – околосердечной сумки, она содержит небольшое количество жидкости, смачивающей её стенки и поверхность сердца при его сокращениях. Желудочки сердца крупнее предсердий, с хорошо развитыми мышечными стенками. Стенки предсердий значительно тоньше. Это и понятно: предсердия совершают гораздо меньшую работу, перегоняя кровь в расположенные рядом желудочки. Желудочки же выталкивают кровь в круги кровообращения с большой силой, чтобы она по капиллярам могла достичь самых удалённых уголков тела. Особенно развита мышечная стенка левого желудочка.

Движение крови совершается в определённом направлении, это достигается наличием в сердце клапанов. Продвижение крови из предсердия в желудочки регулируют створчатые клапаны, которые могут открываться только в сторону желудочков.

Возврату крови из артерии в желудочки препятствуют полулунные клапаны. Они находятся у входа в артерии и имеют вид глубоких полукруглых карманов, которые под напором крови расправляются, раскрываются, заполняются кровью, тесно смыкаются и таким образом перекрывают обратный путь крови из аорты и лёгочного ствола в камеры сердца. При сокращении желудочков полулунные клапаны прижимаются к стенкам, пропуская кровь в аорту и лёгочный ствол.

Эксперт 1. Пожалуйста, ещё раз поясните, почему кровь не течёт в обратном направлении?

Ведущий. Чтобы кровь текла в нужном направлении, каждый отдел сердца отделён от соседнего и от сосудов прочными клапанами из соединительной ткани, которые пропускают ток крови только в одном направлении. Состояния, при которых сквозь закрытые клапаны кровь просачивается обратно, называются врождёнными клапанными пороками сердца.

Биолог 2. А я хочу рассказать, как работает сердце. Учёные подсчитали, что за сутки оно расходует количество энергии, достаточное для поднятия груза массой 900 кг на высоту 14 м, а ведь сердце работает непрерывно 80 лет и более! В чём же секрет его неутомимости? Во многом это объясняется особенностями работы сердца. Она состоит в последовательном сокращении и расслаблении с короткими промежутками для отдыха. В одном сердечном цикле можно выделить три фазы. Во время первой фазы, которая у взрослого человека длится 0,1 с, сокращаются предсердия, а желудочки находятся в расслабленном состоянии. За ней следует вторая фаза (она более продолжительная – 0,3 с): желудочки сокращаются, а предсердия расслаблены. После этого наступает третья, заключительная, фаза – пауза, во время которой происходит общее расслабление сердца. Её продолжительность 0,4 с. Весь цикл занимает 0,8 с.

Ведущий. Ещё раз уточните время работы и время отдыха сердца.

Биолог 3. Сокращение предсердий 0,1 с, сокращение желудочков 0,3 с, пауза расслабления 0,4 с.

Эксперт 2. Можно, я дополню? Расскажу, почему бьётся сердце. Когда сердце ритмично бьётся, благодаря электрической системе происходит сокращение и расслабление его отделов. На поверхности сердца расположены разветвлённые волокна. Они могут генерировать и передавать электрические импульсы. Сигналы зарождаются в синусовом узле (его также называют водителем ритма), расположенном на поверхности правого предсердия. Из синусового узла импульс проходит через предсердия, вызывая их сокращение, и распространяется по желудочкам, слаженно сокращая их мышечные волокна. У здорового человека частота сокращений составляет в покое 60–80 в минуту, это и есть нормальный пульс. На ЭКГ это выглядит так, как показано на рисунке.

Биолог 4. Теперь представим, что может произойти, если происходит поражение электрическим током. Электрический ток при поражении рука–рука, нога–рука всегда проходит через сердце. Это может произойти в любую фазу сердечного цикла. Последствия бывают разные. Например:

• разрыв миокарда – кровь поступает в околосердечную сумку, наступает смерть • раскрытие створчатого клапана – он не закрывается, кровь самотёком поступает из предсердия в желудочек • предсердие не сокращается, желудочек наполняется кровью • плохо закрываются полулунные клапаны в аорте. Необходима операция – шунтирование.

Ведущий. Теперь понятно, как поражается сердце при электрическом токе. А может ли человеческий организм сам вырабатывать электрический ток, т. е. создавать напряжение?

Биолог 1. Да, такая функция есть. Сердечная мышца генерирует слабые токи. И это замечательно. Этот факт даёт возможность изучать и контролировать работу сердца.

IV. Характеристики работы сердца (5 мин)

Биолог 2. Итак, наше родное сердце радуется, ценит, переживает, ликует, волнуется, тревожится, замирает, выскакивает из груди, торжествует, огорчается... Оценим его характеристики:

• ρ_крови = 1060 кг/м³: (ρ_{пр.воды} = 1000 кг/м³; ρ_{мор.воды} = 1000 кг/м³);

• υ = 0,5 м/с (направление ветра, имеющего такую скорость, заметно по относу дыма, но не по флюгеру; на море – рябь, пены на гребнях нет);

• p₁ = 70 мм рт. ст.; p₂ = 110 мм рт. ст. (это измеряемое врачом давление крови в сосудах, избыточное над атмосферным. Указанные значения соответствуют абсолютному давлению крови в сосудах 820–860 мм рт. ст., т. к. нормальное атмосферное давление в Подмосковье 750 мм рт. ст.);

• F = 90 Н – сердечное усилие (это соответствует силе тяжести тела массой 9 кг);

• V = 60 см³ – объём крови, проходящий через сердце за одно сокращение; V = 3,6 л – объём крови, проходящий через сердце за 1 мин (для наглядности показывают сосуд обьёмом 3,6 л с подкрашенной жидкостью); V = 216 л – объём крови, проходящий через сердце за 1 ч (более 21 ведра жидкости!);

• А = 1 Дж – работа сердца за одно сокращение (работа по поднятию тела массой 100 г на высоту 1 м).

Ведущий. Надо беречь родное сердце. Эксперты имеют право задать вопросы группе МЧС.

Эксперт 1. Человек попал под напряжение, например, наступил на оборванный провод. Что надо сделать в первую очередь?

Специалист МЧС 1. Надо изолировать пострадавшего от находящихся под напряжением проводов с помощью подручных средств (сухой палки, доски).

Эксперт 2. Вы оказались в зоне электрического напряжения, как из него правильно выйти?

Специалист МЧС 2. Выходить надо мелкими шаркающими шагами или заячьими подскоками.

Эксперт 1. У пострадавшего остановка сердца вследствие электрошока. Как помочь?

Специалист МЧС 1. Необходимо обесточить пострадавшего, затем срочно начать выполнять непрямой массаж сердца в комплексе с искусственным дыханием. Вследствие воздействия тока может быть спазм мышц, поэтому надо разжать зубы пострадавшему с помощью ножа или палочки. На его рот и нос накладывают чистый носовой платок, в лёгкие вдувают воздух с частотой 18–20 раз в минуту, делают массаж сердца, ритмично надавливая на нижнюю треть грудины с частотой 60–70 раз в минуту.

Ведущий. Как уберечься от электротравм дома?

Специалист МЧС 2. В быту заметную опасность представляет стиральная машина, т. к. моющий раствор – это хороший проводник тока. Нельзя включать машину в обычную розетку. Необходимо подвести к ней напряжение от электрораспределительного щита. В этом случае будет задействована нулевая фаза, которая обеспечит заземление.

Медик. Малые токи для человека полезны. Например, в физиотерапевтическом кабинете делают прогревание с помощью электрофореза.

Нормальной работе сердца способствуют физические упражнения, посильный труд, активный образ жизни. При физической работе: • увеличивается объём крови, протекающей через сердечную мышцу • улучшается снабжение её кислородом и питательными веществами. Всё это способствует укреплению сердечной мышцы и её развитию.

При снижении физической нагрузки сердечная мышца слабеет, например, на 70-е сутки полной неподвижности размер сердца уменьшается на 13–18%. В то же время следует помнить, что у детей рост сети кровеносных сосудов отстаёт от роста сердца. Поэтому сердце подростка затрачивает дополнительные усилия на проталкивание крови через узкие просветы сосудов. В этот период нужны физические нагрузки в пределах возможностей каждого ребёнка.

V. Оценка состояния здоровья (тест, 20 мин)

Ведущий. Оценим состояние своего здоровья, ответив на вопросы анкеты:

Состояние кожных покровов (чистота кожи и язык без налёта) ........... 1 балл

Состояние ногтей:

– выпуклые, гладкие, блестящие ........... 1 балл

– ломкие, с продольными и поперечными бороздками, чрезмерно выпуклые и вмятые, с жёлто-коричневыми разводами ........... – 1 балл

Волосы: мягкие, эластичные, с естественным блеском ........... 1 балл

Самочувствие:

– вы бодры, у вас много сил ........... 1 балл

– вы испытываете усталость ........... – 1 балл

Умственная работоспособность:

– выполняете домашние задания легко, сосредоточиваетесь, не отвлекаетесь ........... 1 балл

– с трудом выполняете домашнее задание, не можете сосредоточиться ........... – 1 балл

Физическая работоспособность:

– в среднем темпе без остановки поднимаетесь на 5-й этаж, без одышки ........... 1 балл

– у вас появляется одышка ........... – 1 балл

Сон:

– засыпаете сразу, сон крепкий, дающий ощущение бодрости ........... 1 балл

– длительное засыпание, раннее пробуждение, просыпаетесь среди ночи ........... – 1 балл

Настроение:

– вы жизнерадостны, увлечены какой-либо деятельностью, оптимистичны ........... 1 балл

– часто испытываете скуку, страх, пессимистичны ........... – 1 балл

Аппетит:

– хороший ........... 1 балл

– нет аппетита ........... – 1 балл

Состояние иммунитета:

– болеете редко, без осложнений ........... 1 балл

– болеете дважды в год и более, часто простужаетесь ........... – 1 балл

Адаптивность:

– легко переносите поездки, быстро приспосабливаетесь к изменениям окружающей среды ........... 1 балл

– при изменениях погоды чувствуете себя разбитым, вас клонит ко сну, болит голова, плохо переносите поездки ........... – 1 балл

Результат:

10–12 баллов ........... высокий уровень здоровья;

6–9 баллов ........... средний уровень здоровья;

менее 6 баллов ........... низкий уровень здоровья.

По данным из университета Южной Дании, продолжительность жизни в мире растёт с 1840 г., и за последние 50 лет в 30 развитых странах вдвое увеличилось число граждан в возрасте 80 лет и старше. Решающую роль в этом играют активный образ жизни, посильные физические и умственные нагрузки. Значит, здоровый образ жизни – это не только отсутствие вредных привычек, но и активная жизненная позиция.

Обсуждение вопросов и ответов с экспертами.

 

Литература

1. Уокер Дж. Физический фейерверк. М.: Мир, 1979. С. 148.
2. Сёмке А.И. Занимательные материалы к урокам: портфель учителя; физика. М.: НЦ ЭНАС, 2006. С. 72.
3. Громов С.В. Физика. 9 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Просвещение, 2005.
4. Биология. 9–11 классы: элективные курсы. М.: Айрис Пресс, 2007. С. 29, 55, 57.
5. Батуев А.С., Кузьмина И.Д., Ноздрачёв А.Д. Биология: Человек. Учебник. 8 класс, М.: Дрофа, 2007.

Фото присланы авторами.

 

Татьяна Алексеевна Сухарева – учитель физики высшей квалификационной категории, в 1971 г. окончила Коломенский ГПИ, общий трудовой стаж 36 лет (из них в данной школе 18 лет). По распределению работала в Новосибирской области (с. Улыбино), затем в Горьковской области и в школе № 4 г. Можайска. Самое высокое достижение учеников – Николай Шишкин занял 1-е место в олимпиаде по физике среди железнодорожных школ страны в 1988 г. Педагогическое кредо: педагогика сотрудничества, быть доброжелательной и внимательной к успехам и затруднениям учащихся; физика – это не только трудно, но и очень интересно; физика – вокруг нас, надо только постараться её разглядеть. Проводит открытые мероприятия для учителей-предметников с демонстрацией интересных проявлений физических явлений. Проблемы: обычные трудности любого предметника – недостаток учебного времени для качественной подготовки к ЕГЭ. Выход видит в дополнительных занятиях во внеурочное время. Занятия проводит методом блочного повторения учебного материала. Хобби: выращивание цветов.

Татьяна Васильевна Вислогузова – учитель биологии второй квалификационной категории, окончила в 1986 г. ВСХИЗО, педагогический стаж 27 лет (из них в данной школе 8 лет). С 1982 г. работала в СПТУ-97. Педагогическое кредо: с давних пор человек желает познать окружающий мир и самого себя. Проблемы: нехватка времени для лучшего усвоения предмета. Заметные достижения в предпрофильной подготовке учащихся: выпускники продолжают обучение в медицинских учреждениях и ветеринарной академии. Хобби: дизайн своего дома.