Question

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

Для определения напряжения между макушкой и пятками человека, можно использовать формулу для напряженности электрического поля E вблизи поверхности заряженного проводника:

$V = E \cdot h$

где: V - напряжение между макушкой и пятками человека, E - средняя напряженность электрического поля на поверхности земли (в данном случае, E = 130 В/м), h - высота человека (рост) (в данном случае, H = 170 см = 1.7 м).

Подставим значения и рассчитаем:

$V = 130 \, \text{В/м} \cdot 1.7 \, \text{м} = 221 \, \text{В}$

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

Теперь давайте сравним это напряжение с напряжением в бытовой электрической сети, где обычно используется напряжение 220 В (в некоторых странах 110 В). Главное отличие заключается в следующем:

1. Интенсивность тока: В бытовой электрической сети предусмотрены предохранители и выключатели с номинальными токами, обычно не превышающими 15-20 А. Когда происходит короткое замыкание или перегрузка, эти предохранители и выключатели срабатывают и прерывают цепь, предотвращая тем самым возможные опасные ситуации. Однако, если проводящий человек соприкасается с обнаженной электрической проводкой, текущий сгонится через его тело. В случае с 220 В сетью, это может быть опасно, особенно если кожа влажная или есть путь для тока через сердце.

2. Проход через тело: Напряжение 220 В обладает достаточной силой, чтобы преодолеть сопротивление кожи и вызвать путей для тока через тело человека, что может привести к серьезным повреждениям, ожогам или даже смерти.

3. Электрическое сопротивление тела: Человеческое тело имеет сравнительно низкое сопротивление для переменного тока, и поэтому даже небольшое напряжение может вызвать существенный ток через тело.

С другой стороны, напряжение 221 В, которое возникает вокруг стоящего человека из-за средней напряженности электрического поля на поверхности земли, вероятнее всего, не будет приводить к значительному току через тело. Оно вряд ли будет опасным, потому что земля служит относительно хорошим проводником, и ток будет рассеиваться в землю, не представляя угрозы для человека.

Таким образом, напряжение на поверхности земли относительно безопасно, потому что оно обычно не вызывает опасных токов через тело, в отличие от напряжения в бытовой электрической сети, которое может быть опасно из-за высокой интенсивности тока и большого риска поражения.