Как биться током

Насколько сильно может ударить статическое электричество, выработанное в бытовых условиях?

Susanna Kazaryan 11866 9 месяцев назад Сусанна Казарян, США, Физик

Физика. Вопрос показался мне интересным и вот почему. Дело в том, что статическое электричество имеет одну интересную особенность — заряд весь накапливается на поверхности проводника. В случае человека — в поверхностном роговом слое кожи. Человека с электрической точки зрения можно рассматривать как последовательное соединение сопротивления величиной R ≈ 1,5 kΩ и конденсатора емкостью C ≈ 100 пФ (особо недоверчивым сюда). Такая RC-цепь может работать в разных режимах. Нас интересует режим разряда конденсатора-человека, который уже накопил заряд (гуляя по ковру в сухом помещении) и случайно коснулся холодильника. Раздался треск в месте касания, там же появилась искра и человека как бы ударило током. Опасно ли это было?

Характерное время разряда RC-цепи равно τ₀ = RC ≈ 1,5×10⁻⁷ сек. Не вдаваясь в дебри экспоненциальной функции убывания заряда, умножим это время на 3, считая, что весь процесс разряда длится τ = 3τ₀ = 4,5×10⁻⁷ сек. За это время выделяется энергия Е = CU²/2 ≈ 4,5×10⁻⁴ Дж, где U = 3000 В — пробивное напряжение в сухом воздухе на расстоянии 1 мм. Соответствующая выделенная мощность в искре равна W = E/τ ≈ 1 кВт. Пренебрегая потерями энергии на звук и искру, найдём величину тока разряда I = W/U ≈ 300 мА.

Такой ток смертелен для человека. Остановка сердца гарантирована, если ток пройдёт через тело. Но дело-то в том, что он как раз и не проходит через внутренние органы. Этот ток течёт через поверхностный роговой слой кожи человека и сам по себе безвредный. Но ток импульсный (~0,45 мкс) и обязан индуцировать соответствующий ток в подкожных мышцах, близких к точке касания, где плотность тока выше. Вот индуцированный в подкожных мышцах ток по-видимому и вызывает реакцию мышц и болевое ощущение передаваемое нервной системой. Индуцированный ток в сотни и более раз меньше прямого импульсного тока по поверхности кожи и, из-за слабости своей, он может действовать только на расслабленные мышцы в области близкой к точке касания.

Мне нигде не попадались такого рода оценки. Если кто знает о них — дайте знать. Интересно было бы сравнить. Критика и замечания приветствуются.

Личный опыт. Вершина горы. Туман. Странный звон. Подходим к железному триангулятору на вершине, тональность звона меняется. Кто-то снял шапку. Волосы у него стали дыбом. Все сняли шапки. Хохот у всех. С ключом в руке подхожу к триангулятору. Возникает сине-зелёная дуга между концом ключа и железом триангулятора с расстояния 3-5 мм. У меня никаких ощущений кроме восторга, который длится более минуты. Кто-то предположил, что это опасно и может ударить молния. Сразу возник страх. Бегом все вниз. Молния так и не ударила. Внизу пожалели, что не оценили подарок судьбы — Огни святого Эльма.

Совет шутникам. Если вы знаете, что электрически заряжены, то осторожно подойдя к товарищу/подруге сзади, коснитесь пальцем его мочки уха. Раздастся треск искры, ваш товарищ завизжит от ужаса, а вы даже не почувствуете удара током из-за напряженных мышц вашего пальца. Проверено опытом. Но даже не пытайтесь, если ваш товарищ бегает быстрее вас.