Физические основы электрической безопасности

Электрическая энергия широко используется на производстве для освещения и отопления рабочих мест, выполняет силовые функции в приводе машин и механизмов. Она облегчает работу, способствует повышению производительности труда, однако она же является одним из главных опасных факторов на производстве. Как свидетельствует статистика, более 40% травм, приведших к потере трудоспособности или смерти работника, связаны с поражением электрическим током.

Ток – направленное движение электрически заряженных частиц под действием электрического поля. Для возникновения и существования тока необходимо наличие в среде свободных зарядов и электрического поля. В металлах носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны.

Сила тока – главная количественная характеристика тока, скалярная величина, равная электрическому заряду q, который проходит через данное сечение проводника в течение времени t

(6.1)

Единицей силы тока в системе СИ является ампер (А).

Существует два вида электрического тока:

- постоянный ток (DC) – его сила и направление не меняются во времени (рис. 6.1, а);

- переменный ток (AC) – его сила и напряжение изменяются по величине и направлению (рис. 6.1, б). Частным случаем такого тока является пульсирующий ток, который со временем меняется только по величине (рис. 6.1. в).

Рис. 6.1 – Зависимость силы тока от времени: а – постоянный ток; б – переменный синусоидальный ток; в – пульсирующий ток

По количеству фазток может быть однофазным (бытовая сеть) и трехфазным. На агрегатах сверхвысокой мощности иногда используют шестифазный ток.

Напряжение – работа, которую необходимо совершить для перемещения единичного электрического заряда из одной точки электрического поля в другую. Единица измерения напряжения – вольт (В). В промышленности больше всего используется электрический ток с напряжением 127, 220 и 380 В. Связь между силой тока и напряжением при неизменной температуре проводника задается законом Ома

(6.2)

где R – электрическое сопротивление проводника.

Электрическое сопротивление – физическая величина, которая характеризует способность данного материала проводить электрический ток. Единица измерения электрического сопротивления – ом (Ом). На практике величина сопротивления находится в пределах (10^-6 до 10⁸ Ом) и зависит от материала и формы проводника. Для прямолинейного металлического проводника

(6.3)

где ρ – удельное сопротивление материала проводника, Ом·м; l – длина проводника, м; S – площадь поперечного сечения проводника, м².

Наименьшее удельное сопротивление из химических элементов имеют серебро, медь и алюминий. По величине удельного сопротивления все материалы делятся на три класса:

- диэлектрики (изоляторы) – материалы, которые не проводят электрический ток, их удельное сопротивление находится в пределах 10⁶ – 10¹⁷ Ом·м. Неспособность проводить ток связана с отсутствием свободных заряженных частиц, которые могли бы переносить электрический заряд. К диэлектрикам относятся стекло, керамика, резины, пластмассы, газы при нормальных условиях, сухая древесина и много других материалов. Диэлектрики бывают двух видов:

- -пассивные – используются только для изоляции токопроводящих частей и получения определенной электрической емкости в конденсаторах;

- -активные – применяются для генерации, усиления, модуляции и преобразования электрических сигналов. К ним относятся сегнето - и пьезоэлектрики, пироэлектрики, электреты, люминофоры и жидкие кристаллы.

- проводники – материалы, которые хорошо проводят электрический ток, их удельное сопротивление находится в пределах 10^-8 – 10^-5 Ом·м. К ним относятся все металлы, вода, растворы кислот и щелочей, газы в ионизированном состоянии. Проводники делятся на четыре подкласса:

- - материалы высокой проводимости – предназначены для передачи тока с наименьшими потерями (Cu, Al, Fe, Ag, Au, Pt и их сплавы). Используются при изготовлении проводов, кабелей и других токоведущих частей электрического оборудования;

- - сверхпроводники – металлы и сплавы, сопротивление которых становится равным нулю ниже определенной критической температуры;

- - материалы высокого сопротивления – металлические сплавы, образующие твердые растворы (нихром, хромель, алюмель, константан), из которых изготавливают резисторы, термопары и нагревательные элементы;

- - композиционные материалы, имеющие высокое удельное сопротивление, повышенную стойкость к действию электрической дуги, образующейся при разрыве контактов.

- полупроводники – по значению удельного сопротивления (10^-6 – 10⁸ Ом·м) занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. Их особенностью является зависимость сопротивления от интенсивности внешнего воздействия: температуры, освещенности, длины волны излучения, напряженности электрического поля, давления. Используются при изготовлении полупроводниковых диодов, транзисторов, светодиодов, фоторезисторов, тензодатчиков. Наиболее распространенными являются кремний Si и германий Ge.

Дата добавления: 2017-01-13