Номер 1, страница 109 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

1. Почему в практических работах запрещено использование напряжения, превышающего 42 В?

Решение

Запрет на использование напряжения, превышающего 42 В, в практических работах (особенно в учебных заведениях) является фундаментальной мерой техники безопасности. Это связано с прямой угрозой для жизни и здоровья человека, которую представляет электрический ток.

Опасность поражения электрическим током определяется не величиной напряжения как такового, а силой тока, проходящего через тело человека. Согласно закону Ома для участка цепи, сила тока $I$ прямо пропорциональна напряжению $U$ и обратно пропорциональна сопротивлению $R$:

$I = \frac{U}{R}$

В данном случае $R$ — это сопротивление тела человека ($R_{чел}$). Эта величина не является постоянной и зависит от множества факторов: пути прохождения тока, состояния кожи (сухая или влажная), площади контакта, частоты тока и приложенного напряжения. Сопротивление сухой неповрежденной кожи может достигать $100 \ 000$ Ом и более, в то время как у влажной или поврежденной кожи оно падает до $1000$ Ом и ниже.

Для человека опасными считаются следующие значения переменного тока (частотой 50 Гц): ток от 10-15 мА ($0.01 - 0.015$ А) вызывает судороги мышц, из-за которых человек не может самостоятельно отпустить провод («неотпускающий» ток); ток от 50 мА ($0.05$ А) и выше может вызвать фибрилляцию желудочков сердца — смертельно опасное состояние, приводящее к остановке кровообращения.

Для расчетов по электробезопасности принимают наихудший сценарий, при котором сопротивление тела человека минимально, например, $R_{чел} = 1000$ Ом. Рассчитаем, какой ток пройдет через тело человека при напряжении 42 В в этих условиях:

$I = \frac{42 \text{ В}}{1000 \text{ Ом}} = 0.042 \text{ А} = 42 \text{ мА}$

Как видно из расчета, сила тока в 42 мА находится на пороге фибрилляционного тока (50 мА). Напряжение 42 В (для переменного тока) и 110 В (для постоянного тока) является международно признанным стандартом «сверхнизкого (безопасного) напряжения» (Extra-Low Voltage). Оно считается условно-безопасным, так как при случайном контакте с токоведущими частями под таким напряжением, даже в неблагоприятных условиях, сила тока, проходящего через тело, с высокой вероятностью не достигнет смертельно опасного значения.

Таким образом, ограничение в 42 В — это компромисс между функциональностью электрических установок и обеспечением максимальной безопасности для людей, особенно для школьников и студентов, не обладающих достаточным опытом работы с электричеством.

Ответ: Использование напряжения выше 42 В в практических работах запрещено из соображений безопасности. Это напряжение считается условно-безопасным, так как при случайном контакте, даже в неблагоприятных условиях (например, влажные руки, когда сопротивление тела падает до $\approx 1000$ Ом), сила тока, проходящего через тело человека ($I = 42 \text{ В} / 1000 \text{ Ом} = 42 \text{ мА}$), как правило, не достигает смертельно опасного значения (около 50 мА), которое может вызвать фибрилляцию сердца.