Электрическое сопротивление тела человека

Проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее физическими свойствами, но и сложнейшими биохимическими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи. В результате сопротивление тела человека является переменной величиной, имеющей нелинейную зависимость от множества факторов, в том числе от состояния кожи, параметров электрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды. Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, т. е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и, таким образом, считать, что она обладает ионной проводимостью.

В случае прикосновения к двум электродам, находящимся под напряжением, т.е. при двухполюсном прикосновении, сопротивление тела человека будет определяться сопротивлением наружных слоев кожи и сопротивлением внутренних подкожных тканей. Наружный роговой слой кожи толщиной 0, 05 – 0, 2 мм состоит из омертвевших клеток, обладает высоким удельным сопротивлением 3∙ 10³ - 2∙ 10⁵ Ом∙ м и может рассматриваться как диэлектрик.

Рис. 1. Структура сопротивления тела человека

1 – электроды; 2 – наружный слой кожи – эпидермис (роговой и ростковый слои); 3 – внутренние ткани тела (включая внутренний слой кожи – дерму)

В целом сопротивление тела человека можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух сопротивлений наружного слоя кожи z _н, которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека, и внутреннего сопротивления тела R _в, которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела.

Сопротивление наружного слоя кожи z_н можно рассматривать, как два включенных параллельно сопротивления: активного и емкостного, как это представлено на рис. 2.

Рис. 2. Упрощенная электрическая схема наружного слоя кожи

r_н – активное сопротивление наружного слоя кожи;

С – емкость, образующаяся между поверхностью контакта с проводящей частью электроустановки и внутренними тканями.

Активное сопротивление наружного слоя кожи r _н, Ом, зависит от удельного объемного сопротивления ρ _н, толщины эпидермиса d, иплощади электрода S:

, (1)

Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу человека образуется как бы конденсатор, обкладками которого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, лежащие под наружным слоем кожи, а диэлектриком – наружный слой кожи (эпидермис). Обычно это плоский конденсатор, емкость которого зависит от площади электрода S, толщины эпидермиса d и диэлектрической проницаемости эпидермиса ε, которая в свою очередь зависит от многих факторов: частоты приложенного напряжения, температуры кожи, наличия в коже влаги и др. При токе 50 Гц значения ε находятся в пределах от 100 до 200. Емкость конденсатора, Ф:

, (2)

где: ε ₀ = 8, 8510¹²Ф/м — электрическая постоянная.

Как показывают опыты, С _нколеблется в пределах от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

Внутреннее сопротивление тела считается чисто активным, хотя, строго говоря, оно также обладает емкостной составляющей. Внутреннее сопротивление R _в практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения.