第4节 为了安全再次学习欧姆定律
# 1. 致命的是电流还是电压？
一个关于电气安全的常听到的一句话是这样的：“致命的不是电压，而是电流！” 虽然这有一定的道理，但除了这句话外，还有更多关于电击危险的知识。如果电压没有危险，那么就没有这句警示标语：危险! 高压!
“电流杀”的原理本质上是正确的。是电流燃烧组织、冻结肌肉和使心脏颤动。然而，电流不会自行产生：必须有电压促使电流流过受害者。必须考虑人的身体有电阻，也会对电流产生阻力。
将欧姆定律表示电压、电流和电阻，并在给定电压和电阻下计算电流，我们有如下等式：
电流 = 电动势÷电阻 或者 电流= 电压÷电阻
通过身体的电流量等于施加在身体两点之间的电压量除以身体在这两点之间提供的电阻。显然，促进电流流动的电压越大，电流就越容易流过电阻大的物体。
因此，高电压的危险会产生足够的电流导致伤害或死亡。相反，如果身体呈现出更高的电阻，那么对于任何给定的电压量，电流将更少。多少电压是危险的取决于电路中有多少总电阻来抵抗电流的流动。
身体阻力不是一个固定的量。它因人而异，因时而异。甚至还有一种基于人脚趾和手指之间电阻测量的体脂测量技术。
不同百分比的体脂提供不同的电阻：一个变量会影响人体的电阻。为了使该技术准确工作，人们必须在测试前几个小时调节他们的液体摄入量，这表明身体水合作用是影响身体电阻的另一个因素。
身体阻力也取决于与皮肤的接触方式：从手到手、手到脚、脚到脚、手到肘等。汗水，富含盐分和矿物质，作为液体，它是一种极好的电导体。具有同样高含量导电化学物质的血液也是如此。
因此，与由出汗的手或开放性伤口制成的电线接触所提供的电流电阻比由干净、干燥的皮肤接触所提供的电阻要小得多。
用灵敏的仪表测量电阻，我用手指夹住仪表的金属探针，在我的手上测量大约 100 万欧姆 (1 MΩ) 的电阻。当我紧紧地挤压探头时，仪表显示的阻力较小，而当我松动地握住它们时，仪表显示的阻力更大。
坐在我的电脑前，打着这些字，我的手干干净净。如果我在一些炎热、肮脏的工业环境中工作，我双手之间的阻力可能会小得多，对致命电流的抵抗力会更小，触电的威胁也会更大。
# 2. 多少电流是有害的？
这个问题的答案还取决于几个因素。个体身体化学对电流如何影响个体具有重大影响。有些人对电流高度敏感，在静电冲击下会出现不自主的肌肉收缩。
其他人可以通过释放静电产生大火花而几乎感觉不到它，更不用说肌肉痉挛了。尽管存在这些差异，但已通过测试制定了近似指南，这些测试表明产生有害影响所需的电流非常小。
以毫安为单位给出的所有电流数据（毫安等于 1/1000 安培）：
“Hz”代表单位赫兹。它是交流电交替速度的量度，也称为频率。因此，标有“60 Hz AC”的数字列是指以每秒 60 个周期（1 个周期 = 电流沿一个方向流动的时间段，然后是另一个方向流动的时间）的频率交替的电流。
最后一列标记为“10 kHz AC”，指的是每秒完成一万 (10,000) 个来回循环的交流电。
请记住，这些数字只是近似值，因为具有不同身体化学成分的个体可能会有不同的反应。有人提出，仅 17 毫安 AC 的跨胸电流就足以在某些条件下诱发人类受试者的纤颤。我们关于诱发纤颤的大部分数据来自动物试验。显然，对人体进行诱发心室颤动的测试是不切实际的，因此可用数据是粗略的。
哦，如果你想知道，我不知道为什么女性比男性更容易受到电流的影响！假设我将手放在 60 Hz（每秒 60 个周期）的交流电压源的端子上。在这种干净、干燥的皮肤条件下需要多少电压才能产生 20 毫安的电流（足以让我无法释放电压源）？我们可以使用欧姆定律来确定这一点：
E = IR E = (20 mA)(1 MΩ) E = 20,000 伏或 20 kV
请记住，从电气安全的角度来看，这是一个 "最好的情况"（清洁、干燥的皮肤），这个电压数字代表了诱发破伤风的必要数量。要造成痛苦的电击，所需的电压要少得多。此外，请记住，任何特定电流的生理影响可能因人而异，这些计算只是粗略估计。
将水洒在我的手指上以模拟汗水，我只能测量到 17,000 欧姆 (17 kΩ) 的手接触电阻。请记住，这只是每只手的一根手指接触细金属线。重新计算产生 20 毫安电流所需的电压，我们得到这个数字：
E = IR E = (20 mA)(17 kΩ) E = 340 伏
在这种现实情况下，从我的一只手到另一只手只需 340 伏的电压即可产生 20 毫安的电流。但是，仍然有可能因低于此电压的电压而受到致命的冲击。通过接触戒指（缠绕在手指周围的金带是防止触电的绝佳接触点）或与大型金属物体（如管道或金属手柄）完全接触，身体电阻值会大大降低。作为一种工具，人体电阻值可能会降至 1,000 欧姆 (1 kΩ)，从而允许更低的电压存在潜在危险。
E = IR E = (20 mA)(1 kΩ) E = 20 伏
请注意，在这种情况下，20 伏电压足以产生 20 毫安的电流通过人；诱发破伤风。请记住，有人建议只有 17 毫安的电流可能会诱发心室（心脏）纤颤。使用 1000 Ω 的手对手电阻，只需 17 伏电压即可产生这种危险情况。
E = IR E = (17 mA)(1 kΩ) E = 17 伏
就电气系统而言，17 伏并不是太多。诚然，这是 60 Hz 交流电压和出色的身体导电性的“最坏情况”情景，但它确实表明在某些条件下电压可能会造成严重威胁。
产生 1,000 Ω 身体电阻所需的条件不必像所呈现的那样极端（与金戒指接触的皮肤出汗）。身体电阻可能会随着电压的施加而降低（特别是如果破伤风导致受害者更紧地握住导体），因此在恒定电压下，初次接触后电击的严重程度可能会增加。
一开始只是轻微的电击——刚好足以“冻结”受害者，让他们无法放手——可能会升级为严重到足以杀死他们的东西，因为他们的身体电阻降低并且电流相应增加。
研究提供了一组不同条件下人体接触点电阻的近似数字：
- 手指触摸的导线：40,000 Ω 至 1,000,000 Ω 干，4,000 Ω 至 15,000 Ω 湿。
- 手持电线：15,000 Ω 至 50,000 Ω 干线，3,000 Ω 至 5,000 Ω 湿。
- 手持金属钳：5,000 Ω 至 10,000 Ω 干，1,000 Ω 至 3,000 Ω 湿。
- 与手掌接触：3,000 Ω 至 8,000 Ω 干，1,000 Ω 至 2,000 Ω 湿。
- 一只手握住 1.5 英寸金属管：1,000 Ω 至 3,000 Ω 干，500 Ω 至 1,500 Ω 湿。
- 用两只手握住 1.5 英寸金属管：500 Ω 至 1,500 kΩ 干，250 Ω 至 750 Ω 湿。
- 手浸在导电液体中：200 Ω 至 500 Ω。
- 脚浸入导电液体中：100 Ω 至 300 Ω。
注意涉及 1.5 英寸金属管的两种情况的电阻值。两只手抓管测得的电阻正好是一只手抓管电阻的二分之一。
用两只手，身体接触面积是一只手的两倍。这是一个重要的教训：任何接触物体之间的电阻随着接触面积的增加而减小，所有其他因素都相同。用两只手握住管道，电流有两条平行的路线从管道流向身体（反之亦然）。
正如我们将在后面的章节中看到的，与单个路径相比，并联电路路径的总电阻总是更小。
在工业中，30 伏特通常被认为是危险电压的保守阈值。谨慎的人应将任何高于 30 伏的电压视为具有威胁性，而不是依靠正常的身体电阻来防止电击。话虽如此，在电力附近工作时保持双手清洁干燥并取下所有金属首饰仍然是一个好主意。
即使在较低的电压下，金属首饰如果在电路中的两个点之间接触，也会传导足够的电流来灼伤皮肤，从而造成危险。尤其是金属环，由于在低压、大电流电路中的点之间桥接，导致不止几个手指被烧伤。
此外，低于 30 的电压如果足以引起不愉快的感觉，则可能是危险的，这可能会导致您抽搐并意外接触到更高的电压或其他危险。我记得有一次在炎热的夏天在汽车上工作。我穿着短裤，当我拧紧电池连接时，我的裸腿接触车辆的镀铬保险杠。当我将金属扳手碰触到 12 伏电池的正极（未接地）侧时，我的腿接触保险杠的地方会感到刺痛感。与金属的牢固接触和我汗流浃背的皮肤相结合，使得只有 12 伏的电势就可以感觉到电击。
值得庆幸的是，没有发生任何不好的事情，但如果发动机一直在运转，并且震动是在我的手而不是我的腿上，我可能会反射性地将我的手臂伸入旋转风扇的路径，或者将金属扳手掉到电池端子上（产生大通过扳手的电流量并伴有大量火花）。
这说明了有关电气安全的另一个重要教训；电流本身可能是造成伤害的间接原因，因为它会导致您跳跃或痉挛身体的某些部位，从而造成伤害。
电流通过人体的路径会影响它的危害程度。电流会影响其路径中的任何肌肉，并且由于心脏和肺（膈肌）肌肉可能对一个人的生存最为关键，因此穿过胸部的电击路径是最危险的。这使得手对手电击电流路径很可能造成伤害和死亡。
为了防止这种情况发生，建议只用一只手在危险电压的带电电路上工作，另一只手放在口袋里，以免意外接触任何东西。当然，在未通电的情况下在电路上工作总是更安全，但这并不总是可行或可能的。
对于单手工作，右手通常比左手更受欢迎，原因有两个：大多数人是右撇子（因此在工作时给予额外的协调），心脏通常位于胸腔中心的左侧。
对于左撇子来说，这个建议不是很友好。如果左撇子的右手不够协调，他们可能会因为使用他们最不习惯的手而将自己置于更大的危险之中，即使通过那只手的电击电流可能会对他们的心脏造成更大的危害。一只手或另一只手的电击之间的相对危险可能小于使用非最佳协调工作的危险，因此最好由个人选择使用哪只手。
防止带电电路冲击的最佳保护是电阻，可以通过使用绝缘工具、手套、靴子和其他装备来增加身体的电阻。电路中的电流是可用电压除以流动路径中的总电阻的函数。正如我们将在本书后面更详细地研究的那样，当电阻堆叠起来时，它们会产生累加效应，因此电流只有一条路径：
现在我们将看到一个戴绝缘手套和靴子的人的等效电路：
因为电流必须通过靴子、身体和手套才能完成返回电池的电路，所以这些电阻的总和（总和）比单独考虑的任何电阻都更大程度地阻碍了电流的流动。
安全性是电线通常用塑料或橡胶作为绝缘材料的原因之一：大大增加导体与接触它的人或物体之间的电阻量。
不幸的是，将电力线导体封闭起来，其绝缘性不足以在意外接触的情况下提供安全性，这将是非常昂贵的。因此，通过将这些线路保持在足够远的地方，以免任何人意外触及它们，从而保持安全。
# 3. 总结
- 对身体的伤害是冲击电流量的函数。更高的电压允许产生更高、更危险的电流。电阻与电流相反，使高电阻成为防止冲击的良好保护措施。
- 任何高于 30 的电压通常被认为能够传递危险的冲击电流。
- 在电路周围工作时，金属首饰绝对不适合佩戴。戒指、表带、项链、手镯和其他此类装饰品与您的身体提供了极好的电接触，并且即使在低电压下也可以自行传导足以引起皮肤灼伤的电流。
- 即使电压太低而无法直接造成电击伤害，低电压仍然很危险。它们可能足以吓到受害者，导致他们猛然后退并接触附近更危险的东西。
- 当需要在“带电”电路上工作时，最好用一只手进行工作，以防止致命的手对手（通过胸部）冲击电流路径。
# 4. 总目录
一次校对：向导协作团队 --- 八天一吨水 (opens new window)
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