Фрэнсис Эшкрофт - Искра жизни. Электричество в теле человека

Чтобы человека убило электричеством, через его тело в землю должен течь ток, который может остановить сердце, парализовать дыхательные мышцы и серьезно повредить внутренние органы. Такой ток не так уж велик – всего 50 мА, именно поэтому во многих странах в домах устанавливаются автоматические предохранители, которые отключают электричество, если на землю идет опасный ток. В Великобритании, например, для срабатывания таких предохранителей достаточно, чтобы ток силой 30 мА тек в течение 30 мс. В США требования к защите еще жестче – 5 мА в течение 30 мс. Это связано с тем, что даже низкие токи могут быть очень опасными. Тока силой 15 мА достаточно, чтобы вызвать такое сильное сокращение мышц, которое не позволит оторвать руку от оголенного провода.

Поражение электрическим током случалось довольно часто, когда электричество только входило в обиход. Погибали даже опытные специалисты. Как ярко и точно написал Хилэр Беллок [40] Джозеф Хилэр Пьер Рене Беллок (1870–1953) – английский писатель и историк. – Прим. пер. :

Это чуть не случилось и со мной. Как-то раз поздно вечером я подключала высоковольтный усилитель к своей экспериментальной установке. Из-за усталости мое внимание притупилось, и я случайно коснулась печатной платы. От удара постоянного тока напряжением почти 400 В я отлетела в другой конец комнаты совершенно потрясенная и напуганная, моя рука страшно болела. Но я осталась живой. Все дело в том, что убивает ток, а не напряжение, а в моем случае он был очень маленьким, несмотря на высокое напряжение. Именно поэтому электростатические машины вроде генератора Ван-де-Граафа, используемые для зрелищных демонстраций «ударов молнии» в музеях науки, напряжение в которых может достигать миллионов вольт, не убивают вас, хотя и заставляют волосы встать дыбом.

Однако амперы и вольты жестко связаны друг с другом законом Ома, который гласит, что напряжение равно силе тока, умноженной на сопротивление. Напряжение тоже опасно, поскольку оно заставляет ток течь через тело. Все зависит от сопротивления, которое он встречает: чем выше сопротивление, тем более высокое напряжение требуется для создания одного и того же тока. Наша кожа обладает определенным электрическим сопротивлением, и вы, скорее всего, ничего не почувствуете при приложении напряжения ниже 30 В. Но если кожа влажная, то ее сопротивление падает, и порог поражения электрическим током снижается. Таким образом, потенциально опасны и напряжение, и ток, результат зависит от силы и продолжительности воздействия тока, а также от сопротивления кожи.

Поражение электрическим током не всегда бывает случайным. Электричество используется в некоторых странах для приведения в исполнение смертных приговоров. У электрического стула очень непростая история, связанная с властью, коррупцией и желанием облегчить страдания, к тому же она имела прямое отношение к принятию решения о том, какой ток, переменный или постоянный, использовать в сетях электроснабжения.

В электрических схемах ток определяется как поток электронов, текущих через проводник, например провод. Если ток течет только в одном направлении, то его называют постоянным, а если направление циклически изменяется, то такой ток называют переменным. Аккумуляторы и гальванические элементы дают постоянный ток, а в сети электроснабжения течет переменный ток. Причиной, по которой в сетях электроснабжения используется переменный ток, является простота повышения и понижения напряжения с помощью трансформатора. Это позволяет передавать электроэнергию при очень высоком напряжении (сотни и тысячи вольт) по воздушным линиям электропередачи и понижать его до нормального бытового уровня, когда электроэнергия поступает в дома. С преобразование постоянного тока дело обстоит сложнее, и из-за этого, среди прочего, переменный ток победил в «войне токов» и получил распространение в мире. В европейских странах переменный ток изменяет направление 50 раз в секунду, а в США – 60 раз в секунду. Напряжение в сетях электропитания тоже разное – 110/120 В в США и 240 В в Европе. Причины таких различий в основном исторические.

За электрификацию Нью-Йорка в конце 1880-х гг. боролись с одной стороны Томас Эдисон, а с другой – Джордж Вестингауз и Никола Тесла. Эдисон настаивал на использовании постоянного тока, и Electric Light Company, в которую было вложено его состояние, вырабатывала постоянный ток напряжением 110 В. К сожалению, передача электроэнергии при напряжении 110 В оказалась крайне неэффективной – напряжение падало настолько быстро, что потребители должны были находиться не далее двух километров от электростанции. Таким образом, для освещения всего Нью-Йорка требовалось много электростанций. Увеличение сечения медных проводов позволяло повысить ток, но стоило это очень дорого. Альтернативой было повышение напряжения, но здесь возникали технические сложности, поскольку простого способа снижения высокого напряжения в системе постоянного тока не существовало. Из-за этого нужно было строить разные линии электроснабжения для оборудования, работающего при разном напряжении. Только представьте, что ваша стиральная машина, электрочайник и компьютер требуют отдельных линий электроснабжения, и вы поймете, как это неудобно.

Тесла был уверен, что система переменного тока намного лучше, и разработал средства генерирования и передачи переменного тока, которые приобрела компания Вестингауза. Преимущество этой системы заключалось в том, что в магистральную линию поступал ток при очень высоком напряжении и электроэнергия могла передаваться на значительные расстояния без больших потерь. Напряжение затем понижалось до менее опасного уровня перед подачей в дома. Таким образом, требовалось намного меньше электростанций и всего одна линия электропередачи для каждого дома, поскольку с помощью трансформаторов напряжение можно было снижать до любого уровня.

Преимущества системы Тесла/Вестингауза быстро стали очевидными. Эдисон возражал, что переменный ток очень опасен, и устроил целый ряд публичных умерщвлений в подтверждение своих слов. Перед большими группами репортеров бездомную кошку или щенка ставили на лист жести и подключали переменный ток с напряжением 1000 В – результаты были предсказуемыми. Один раз чуть не пострадал даже палач – ударом тока его отбросило в сторону, и он «изогнулся так, словно через него протянули огромный рашпиль». В стремлении добиться еще большего общественного резонанса Эдисон организовал казнь слонихи Топси. Но, на его взгляд, в целях пропаганды лучше всего подошел бы человек.