Question

30 баллов 9. Средняя напряжённость электрического поля на поверхности земли E=130 В/м. Каково напряжение между макушкой и пятками стоящего человека ростом H=170 см? Почему это напряжение безопасно в отличие от напряжения U=220 B в бытовой электрической сети?

Answer 1

Дано:

E = 130 В/м

H = 170 см = 1,7 м

_____________

U - ?

Решение:

U = 0 В

1) Тело человека - проводник

2) Тело человека находится в СТАЦИОНАРНОМ электрическом поле Земли.

Отсюда вывод : поверхность человека - эквипотенциальная поверхность.

Answer 2

Для решения этой задачи, давайте сначала найдем напряжение между макушкой и пятками стоящего человека.

Для того чтобы найти напряжение, образующееся на человеке, можно воспользоваться формулой для напряженности электрического поля (E) между двумя точками, разделенными расстоянием d: $E = \frac{U}{d}$

где: E - напряженность электрического поля (в вольтах на метр), U - напряжение между точками (в вольтах), d - расстояние между точками (в метрах).

Мы хотим найти напряжение U между макушкой и пятками человека. Предположим, что человек представляет собой вертикально ориентированный диполь. Расстояние между макушкой и пятками (d) в данном случае будет равно его росту (H), то есть 170 см (или 1.7 м).

$U = E \cdot d = 130 \, \text{В/м} \cdot 1.7 \, \text{м}$

$U = 221 \, \text{В}$

Таким образом, напряжение между макушкой и пятками стоящего человека составляет 221 Вольт.

Теперь давайте объясним, почему такое напряжение безопасно по сравнению с напряжением в бытовой электрической сети (220 В). Важно отметить, что в этом объяснении я предполагаю, что напряжение между макушкой и пятками человека является разностью потенциалов относительно окружающей среды, а не относительно земли.

1. Разность потенциалов: Напряжение в бытовой электрической сети (220 В) представляет собой разность потенциалов между "фазой" (обычно фазой с напряжением 220 В относительно земли) и "нулевым" проводником (заземленным). Это напряжение обеспечивает энергию для работы бытовых устройств, и его непосредственное касание может быть опасным для человека.

2. Тело человека как проводник: Человеческое тело содержит воду и электролиты, что делает его относительно хорошим проводником электричества. Когда человек касается проводников с разными потенциалами (например, фазы и нулевого проводника), ток может протекать через тело человека, вызывая опасные электрические потоки.

3. Меньшее напряжение: Напряжение между макушкой и пятками человека (221 В) в данной задаче меньше, чем напряжение в бытовой электрической сети (220 В). Таким образом, разность потенциалов на человеке относительно окружающей среды невелика, и ток в обычных условиях не будет протекать через его тело, что делает это напряжение безопасным. Однако, это предположение работает только при условии, что человек не находится в более сложных условиях, таких как нахождение на высоте или вблизи сильных источников электрического поля.

Важно подчеркнуть, что безопасность зависит не только от напряжения, но и от множества других факторов, таких как сопротивление кожи, влажность окружающей среды, состояние здоровья человека и т.д. Любые электрические явления и условия, представляющие опасность для жизни и здоровья, требуют немедленного вмешательства соответствующих специалистов и соблюдения правил безопасности.