Πώς σκοτώνει ο ηλεκτρισμός;

Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο ηλεκτρισμός προκαλεί θάνατο μέσα σε λίγα λεπτά, προκαλώντας κοιλιακή μαρμαρυγή της καρδιάς, η οποία σταματά την άντληση αίματος προς το σώμα.

Μια από τις πιο μεταμορφωτικές εφευρέσεις που ώθησαν τη σύγχρονη εποχή είναι η ανακάλυψη του ηλεκτρισμού. Ο αντίκτυπός του και η συνάφειά του με τη ζωή δύσκολα μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Ωστόσο, υπήρξε μια εποχή που ο ηλεκτρισμός συνδέθηκε μόνο με καταιγίδες και στατικά σοκ.

Καθώς η χρήση του ηλεκτρισμού έγινε πιο διαδεδομένη τον 19ο αιώνα, όλο και περισσότεροι άνθρωποι άρχισαν να έρχονται σε επαφή με καλώδια που μεταφέρουν ρεύμα, μεγάλες μπαταρίες και άλλα υλικά που τροφοδοτούνταν με ηλεκτρική ενέργεια, τα οποία είχαν ως αποτέλεσμα τραυματισμούς και θανάτους. Έτσι, η ευαισθητοποίηση σχετικά με την ηλεκτρική ασφάλεια απέκτησε γρήγορα σημασία. Αυτό κορυφώθηκε σε μανιώδεις συζητήσεις σχετικά με την ασφάλεια των καθημερινών ηλεκτρικών εξαρτημάτων, τη συζήτηση AC-DC, τη διαμόρφωση προτύπων για την κατασκευή και τη λειτουργία ηλεκτρικών συστημάτων και πολλά άλλα.

Βασικά στοιχεία της τρέχουσας ροής

Ο ηλεκτρισμός είναι ένα φαινόμενο που παράγεται από την κίνηση του ηλεκτρικού φορτίου. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από ένα καλώδιο σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Όταν ρέει 1 C (κουλόμπ) φορτίου για 1 δευτερόλεπτο, το ρεύμα λέγεται ότι είναι 1 (Α) αμπέρ σε μέγεθος. Εάν περάσει περισσότερο από 1 C φορτίου σε 1 δευτερόλεπτο, τότε το ρεύμα είναι επίσης μεγαλύτερο από 1 A.

Οι χρεώσεις ρέουν μόνο εάν υπάρχει ανάγκη να το πράξουν. Αυτή η ανάγκη δημιουργείται από τη διαφορά δυναμικού (τάση). Το δυναμικό μετρά κατά προσέγγιση πόσο απέχει ένα φορτίο από μια ενεργειακά σταθερή κατάσταση. Όσο μεγαλύτερο είναι το δυναμικό, τόσο πιο μακριά είναι η φόρτιση από την πιο σταθερή κατάσταση . Αυτό κάνει τη χρέωση να κάνει βήματα να φτάσει στην πιο σταθερή κατάσταση. Αυτό το βήμα συνίσταται στη μετάβαση από το υψηλό δυναμικό στο χαμηλό δυναμικό, χάνοντας έτσι ενέργεια και φτάνοντας σε μια πιο σταθερή κατάσταση.

Το δυναμικό ορίζεται ως η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός θετικού φορτίου μονάδας από ένα αυθαίρετο σημείο σε ένα σημείο μέσα στο πεδίο που δημιουργείται από τη δοκιμαστική φόρτιση (το πεδίο που δημιουργείται από την τάση πηγής). Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά δυναμικού, τόσο μεγαλύτερη είναι η εργασία που κάνει το κινούμενο φορτίο στην κίνησή του προς ένα χαμηλότερο δυναμικό. Έτσι, η διαφορά δυναμικού (ή η τάση) μπορεί να θεωρηθεί ως η ώθηση που είναι απαραίτητη για την κίνηση των ηλεκτρονίων.

Κάθε υλικό έχει την ικανότητα να αντιστέκεται στη ροή φορτίων μέσω του εαυτού του. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται ηλεκτρική αντίσταση. Η αντίσταση εξαρτάται από τη γεωμετρία (εξωτερικός παράγοντας) του υλικού και την ηλεκτρονική του δομή (εσωτερικός παράγοντας). Τα ρέοντα φορτία έχουν κάποια ενέργεια και όταν η ροή τους είναι αντίθετη, κάποια ενέργεια διαχέεται με τη μορφή θερμότητας. Αυτό ονομάζεται θέρμανση με αντίσταση/Θέρμανση Joule .

Η εξάρτηση της αντίστασης από την εσωτερική της δομή ονομάζεται αντίσταση και δίνει κάποια ιδέα για την εγγενή αντίθεση του υλικού στην τρέχουσα ροή.

Η τάση παρέχει την «ώθηση» που απαιτείται για τη μετακίνηση φορτίων και τη δημιουργία ρεύματος, ενώ η αντίσταση αντιτίθεται σε αυτήν την κίνηση (Πιστωτική φωτογραφία :VectorMine/Shutterstock)

Η αντίσταση (R), το ρεύμα (I) και η τάση (V) σχετίζονται με τον νόμο του Ohm για τους περισσότερους αγωγούς και μονωτές (εξαιρέσεις υπάρχουν για τους ημιαγωγούς):

Η θερμότητα (H) σχετίζεται με το ρεύμα (V) και το ρεύμα (I) ως:

όπου t είναι η διάρκεια της ροής του ρεύματος.

Όσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμότητα που διαχέεται. (ΣΗΜΕΙΩΣΗ:Η θέρμανση με αντίσταση εμφανίζεται μόνο όταν τα φορτία αρχίζουν να κινούνται και το υλικό αντιτίθεται σε αυτήν την κίνηση. Πρέπει να υπάρχει κάποια τάση για να προκαλέσει ροή ρεύματος.)

Τρέχον όριο για διάφορα φυσιολογικά φαινόμενα

Τρέχον	Εφέ
1 mA	Μόλις αντιληπτό
16 mA	Ανώτατο όριο για εκούσια μυϊκή σύσπαση*
20 mA	Παράλυση των αναπνευστικών μυών
100 mA	Όριο κοιλιακής μαρμαρυγής
2 A	Βλάβη εσωτερικών οργάνων
>=15 A	Όριο διακόπτη κυκλώματος

Ρεύματα άνω των 20 mA είναι επικίνδυνα για τη ζωή. Επομένως, οι ηλεκτρικές συσκευές ασφαλείας χρησιμοποιούν κατώφλι 30 mA για να διακόψουν αυτόματα το κύκλωμα για να σταματήσουν τη ροή ρεύματος (απενεργοποίηση).

Ηλεκτρικές ιδιότητες του ανθρώπινου σώματος

Όταν η ηλεκτρική ενέργεια διέρχεται από το σώμα, το σώμα ανταποκρίνεται σε αυτό το ρεύμα. Αυτή η απόκριση ονομάζεται ηλεκτροπληξία. Το πώς ανταποκρίνεται το σώμα εξαρτάται κυρίως από το σημείο επαφής με το ρεύμα, τον τύπο του ιστού και τη διάρκεια της επαφής.

Το δέρμα είναι το πιο εξωτερικό στρώμα του σώματος και τείνει να είναι το πρώτο σημείο επαφής με το ρεύμα. Η αντίστασή του κυμαίνεται από 1.000 σε περισσότερα από 100.000 , ανάλογα κυρίως με την περιεκτικότητα σε υγρασία και αλάτι. Εάν το δέρμα είναι ξηρό και κάλους, ένα παχύ στρώμα νεκρών κυττάρων παρέχει το μεγαλύτερο μέρος της αντίστασης στη ροή του ρεύματος, μειώνοντας έτσι το μέγεθος του ρεύματος που ρέει στο σώμα.

Εάν το δέρμα είναι υγρό, η αντίσταση μειώνεται σημαντικά, σε περίπου 1.000 ή λιγότερο, που επιτρέπει τη ροή περισσότερου ρεύματος. Έτσι, το δέρμα, εκτός από το σημείο επαφής (τις περισσότερες φορές), είναι ειρωνικά η πιο ισχυρή γραμμή άμυνας και ενάντια στη ροή του ρεύματος!

Σύμφωνα με αυτήν την αναφορά, οι περισσότεροι ιστοί έχουν την ειδική αντίστασή τους στην περιοχή 150 – 400 , η οποία είναι πολύ μικρότερη από την ειδική αντίσταση του ξηρού δέρματος.

Εφέ ρεύματος

Επίδραση στο δέρμα

Το δέρμα θερμαίνεται ως το τετράγωνο του μεγέθους του ρεύματος. Ένα ρεύμα μεγάλου μεγέθους, ένα ρεύμα που ρέει συνεχώς ή και τα δύο θα αυξήσουν τη θερμοκρασία του δέρματος και θα προκαλέσουν τη διάσπαση του εξωτερικού στρώματος του δέρματος. Η αντίσταση του δέρματος μειώνεται γρήγορα καθώς αυξάνεται η εφαρμοζόμενη τάση.

Δεδομένου ότι το εξωτερικό στρώμα είναι επίσης το πιο ανθεκτικό στο ρεύμα, η διάσπαση αυτού του στρώματος μειώνει τη συνολική αντίσταση του σώματος και επιτρέπει στο ρεύμα να διεισδύσει βαθύτερα στο σώμα. Μικρές πληγές μεγέθους κεφαλής καρφίτσας υποδηλώνουν διάσπαση και επακόλουθο σημείο εισόδου του ρεύματος στις εσωτερικές δομές του σώματος.

Τα δερματικά εγκαύματα προκαλούνται από ηλεκτρικό ρεύμα (Photo Credit :twenty20)

Επιδράσεις στην καρδιά

Οι περισσότερες περιπτώσεις άμεσου θανάτου μετά από ηλεκτροπληξία συμβαίνουν λόγω των επικίνδυνων επιπτώσεων που έχει ο ηλεκτρισμός στην καρδιά.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα οικιακής χρήσης έχει συχνότητα 50/60 Hz σε όλες τις χώρες. Όταν το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος ρέει μέσα από το σώμα, αναγκάζει τους ιστούς στο πέρασμά του να διαστέλλονται και να συστέλλονται με την ίδια συχνότητα (δηλαδή 50/60 φορές το δευτερόλεπτο).

Η καρδιά έχει τέσσερις θαλάμους. Οι δύο άνω θάλαμοι ονομάζονται atria. Ο αριστερός κόλπος λαμβάνει οξυγονωμένο αίμα από τους πνεύμονες και ο δεξιός κόλπος λαμβάνει αποξυγονωμένο αίμα από το σώμα. Οι κόλποι συστέλλονται και αντλούν αίμα στους δύο κατώτερους θαλάμους, που ονομάζονται κοιλίες. Οι κοιλίες λαμβάνουν οξυγονωμένο και αποξυγονωμένο αίμα από τους αντίστοιχους κόλπους. Στη συνέχεια, οι κοιλίες συστέλλονται και αντλούν οξυγονωμένο αίμα στο σώμα και αποοξυγονωμένο αίμα πίσω στους πνεύμονες για οξυγόνωση. Σε ένα υγιές άτομο, ένας φυσικός βηματοδότης (φλεβοκολπικός κόμβος) στον δεξιό κόλπο ελέγχει αυτόν τον λεπτό ρυθμό στέλνοντας ηλεκτρικά ερεθίσματα που ταξιδεύουν μέσω του κόλπου και των κοιλιών, παρέχοντας τη διέγερση για συστολή.

Εικονογράφηση της ανθρώπινης καρδιάς. Τα βέλη υποδεικνύουν την κατεύθυνση της ροής του αίματος κατά τη διάρκεια ενός παλμού (Πιστωτική φωτογραφία :Wapcaplet/Wikimedia Commons)

Μια υγιής καρδιά χτυπά οπουδήποτε μεταξύ 60 και 100 φορές το λεπτό, σε κατάσταση ηρεμίας.

Όταν το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος περνάει, το σήμα ρεύματος που κανονικά διατηρεί τον καρδιακό ρυθμό χειραγωγείται σοβαρά. Η καρδιά αναγκάζεται να χτυπά με 50/60 φορές το δευτερόλεπτο . Ως αποτέλεσμα, οι μύες της καρδιάς σταματούν να χτυπούν με συγχρονισμένο τρόπο και οι κοιλίες αρχίζουν να φτερουγίζουν/σπάνε γρήγορα, ενώ ελάχιστο έως καθόλου αίμα διοχετεύεται στο σώμα (δεν είναι αρκετό για επιβίωση, τουλάχιστον). Αυτό ονομάζεται κοιλιακή μαρμαρυγή

Ως αποτέλεσμα, η αρτηριακή πίεση πέφτει και τα όργανα δεν λαμβάνουν το απαραίτητο οξυγόνο. Αυτό οδηγεί σε λιποθυμία και θάνατο μέσα σε λίγα λεπτά.

Κυτταρικός θάνατος

Η διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών αυξάνεται όταν τις διέρχεται ρεύμα. Αυτό ονομάζεται ηλεκτροδιάτρηση. Εάν το μέγεθος του ρεύματος είναι αρκετά μεγάλο ώστε να προκαλέσει μη αναστρέψιμη αύξηση της διαπερατότητας και να αποτρέψει την επισκευή κατεστραμμένων μεμβρανών, τότε η ομοιόσταση (σταθερή κατάσταση συγκέντρωσης ιόντων, pH, θερμοκρασία σώματος και άλλα) διαταράσσεται και επέρχεται κυτταρικός θάνατος. Ο ακριβής μηχανισμός του κυτταρικού θανάτου ποικίλλει, ανάλογα με το μέγεθος του ρεύματος και τη διάρκεια της επαφής.

Απώλεια μυϊκού ελέγχου

Όταν το ρεύμα ρέει μέσω των μυών, εμφανίζεται ακούσια συστολή και επέκταση σε μεγέθη άνω των 20 mA. Για παράδειγμα, όταν το ρεύμα ρέει μέσα από τους πήχεις, διεγείρονται οι μυϊκές ομάδες που είναι υπεύθυνες για τη σύσπαση και την έκταση. Ωστόσο, γενικά, οι μύες που είναι υπεύθυνοι για τη σύσπαση είναι ισχυρότεροι από εκείνους που είναι υπεύθυνοι για την επέκταση. Έτσι, ο βραχίονας παραμένει σε συσταλμένη κατάσταση και η γροθιά παραμένει σταθερά σφιγμένη στην πηγή ρεύματος, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη βλάβη στο δέρμα και στους εσωτερικούς ιστούς. Αυτό ονομάζεται τετάνος που προκαλείται από το ρεύμα .

Μια τελευταία λέξη

Ο εξοπλισμός ασφαλείας είναι αδιαπραγμάτευτος. (Φωτογραφία :envato)

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ασφαλής, αρκεί να μην παρεμποδίζεται και να λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα ασφαλείας. Επομένως, αν βρείτε τον εαυτό σας να εξετάζει ένα σωρό καλώδια, μεταλλικούς ακροδέκτες και κουτιά μετρητών, τότε ίσως είναι καιρός να καλέσετε έναν πιστοποιημένο ηλεκτρολόγο.

Δεν θα πρέπει να παραβιάζετε τη χαμηλή τάση, καθώς η αντίσταση του σώματος ποικίλλει και έτσι το ρεύμα μπορεί να είναι αρκετό για να σας προκαλέσει ηλεκτροπληξία. Θα πρέπει να χρησιμοποιούνται συσκευές ασφαλείας όπως ELCB και GFCI. Σταματούν τη ροή ρεύματος μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου από την ανίχνευση διαρροής, αποτρέποντας πιθανή ηλεκτροπληξία.