Когда дуга трамвайного вагона замыкает цепь, то по верхнему проводу и по рельсу идёт одинаковый ток. Почему же, стоя на земле и касаясь проволоки, соединённой с верхним проводом, человек будет поражён током, а прикосновение к рельсу безопасно?
Между телом человека, который стоит на земле, и верхним проводом имеется высокое напряжение, а между человеком и рельсом почти нет напряжения.
Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить основы электрических цепей, сопротивления, действия электрического тока и механизм поражения человека электричеством. Рассмотрим все аспекты подробно.
Замкнутая цепь электрического тока.
Электрический ток — это упорядоченное движение электрических зарядов. Для того чтобы ток протекал, необходима замкнутая цепь, которая включает источник тока (например, генератор), проводники (провода и рельсы) и потребители электроэнергии (например, трамвайный двигатель). В случае трамвайной сети верхний провод действует как "фаза" — провод под высоким напряжением относительно земли, а рельсы — как "нулевой проводник", то есть заземленный. Таким образом, через верхний провод и рельсы ток замыкается, обеспечивая работу трамвая.
Напряжение и ток в трамвайной цепи.
Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. В трамвайной системе между верхним проводом (фаза) и рельсом (ноль) существует высокое напряжение, которое может составлять сотни вольт. Ток в цепи определяется сопротивлением проводников и нагрузкой, подключённой к сети (трамваем).
Заземление и безопасность.
Электрический ток всегда течёт по пути наименьшего сопротивления. Рельсы трамвая хорошо заземлены, то есть подключены к земле. Это значит, что между рельсами и землёй нет значительной разности потенциалов. Когда человек касается рельсов, он фактически замыкает цепь через землю, но, поскольку разности потенциалов между землёй и рельсами практически нет, ток через тело человека не протекает или настолько мал, что не представляет опасности.
Почему верхний провод опасен?
Верхний провод находится под высоким напряжением относительно земли. Если человек на земле касается проволоки, соединённой с верхним проводом, он замыкает цепь через своё тело и землю. Так как разность потенциалов между верхним проводом и землёй велика, через тело человека протекает значительный ток. Тело человека обладает сравнительно большим электрическим сопротивлением (обычно от 1000 Ом до 100 000 Ом в зависимости от условий, таких как влажность кожи), но это сопротивление не достаточно велико, чтобы предотвратить прохождение опасного для жизни тока. Даже небольшой ток (порядка 50 мА) может быть смертельно опасным, вызывая фибрилляцию сердца.
Распределение тока между проводниками.
Всякий раз, когда цепь замыкается, ток течёт по всем доступным путям. В случае верхнего провода ток через человека (если он касается провода) оказывается значительным, так как сопротивление тела человека выше, чем сопротивление рельсов, но всё равно достаточно низкое, чтобы ток был опасным. Для рельсов же, как уже упоминалось, ток через человека минимален, потому что рельсы заземлены, и человек не создаёт значительной разности потенциалов.
Электробезопасность.
При работе с электрическими цепями важно помнить, что прикосновение к токоведущим частям под напряжением относительно земли крайне опасно. Это связано с тем, что тело человека является проводником электрического тока, и при наличии разности потенциалов ток может пройти через тело, вызывая поражение. Чтобы избежать подобных ситуаций, все элементы электрических цепей, к которым может прикоснуться человек, должны быть хорошо изолированы, а заземление должно обеспечивать безопасное распределение электрических потенциалов.
Таким образом, человек безопасен при прикосновении к рельсам, потому что рельсы заземлены и практически не имеют разности потенциалов относительно земли. Верхний же провод находится под высоким напряжением относительно земли, что делает его прикосновение опасным из−за возможного прохождения значительного тока через тело человека.
Пожауйста, оцените решение
