رسانای الکتریکی
به هر ماده‌ای که جریان الکتریسیته را به خوبی از خود عبور دهد، رسانا یا هادی می‌گویند.
رساناهای متداول از سیم مسی تقریباً خالص و دارای انعطاف قابل قبول یا از آلومینیوم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می‌شوند. سطح مقطع رساناها با توجه به مقدار جریان عبوری و نوع کاربرد در اندازهای گوناگون و شکلهای متفاوت درست میشود. اگر اتمی در لایهٔ آخر خود ۱ یا ۲ الکترون داشته باشد آن رسانا خواهد بود.
بهترین رساناهای الکتریکی به ترتیب گرافیت، نقره و مس هستند.
اتصال کوتاه
اتصال کوتاه (به انگلیسی: Short Circuit) (گاهی به خلاصه S/C) مداری است که اجازه میدهد جریان از یک مسیر ناخواسته گذر کند. در اصل به خاطر مواجه شدن با مسیری با امپدانس یا مقاومت کم (یا هیچ). مخالف این وضعیت در برق مدار باز است که به معنای مقاومت بی‌نهایت بین دو گره است. اصطلاح اتصالی نیز به معنای اتصال کوتاه است، اما معمولاً به اشتباه برای هر گونه اشکال برقی به کار گرفته میشود.
تعریف
اتصال کوتاه ارتباطی غیرعادی میان دو گره با ولتاژهای متفاوت است. این منجر به گذر جریان الکتریکی بیش‌از اندازه میشود که تنها توسط مقاومت معادل تونن مدار محدود میشود و میتواند منجر به آسیب مدار، گرمای بیش‌از اندازه، آتش و یا انفجار (سیم یا قطعات) گردد. برخلاف اتصال کوتاه‌های معمول که به خاطر خطا رخ میدهد، در مواردی یک مدار برای ایجاد اتصال کوتاه و محافظت طراحی میشود.
در تحلیل مدار، اتصال کوتاه اتصالی است که دو گره را اجبار به هم‌پتانسیل شدن میکند. در اتصال کوتاه ایده‌آل مقاومتی و در نتیجه افت ولتاژی در طول ارتباط وجود نخواهد داشت. اما در عمل این اتصال کوتاه تقریباً بدون امپدانس است. در این حالت شارش جریانی با مقاومت باقی مدار محدود میشود.
نمونه‌ها
اتصال دو قطب باتری با یک رسانای مقاومت پایین همچون سیم نمونه‌ی معمولی از اتصال کوتاه است. مقاومت پایین سیم منجر به گذر جریان بالا شده و سلول باتری در مدت کوتاهی انرژی بسیاری را تحویل میدهد. جریان بزرگ گذر کرده از باتری میتواند به سرعت گرما تولید کند یا منجر به انفجار شود یا موجب نشت هیدروژن و الکترولیت (اسید یا باز) گردد که میتواند منجر به سوختن بافت، کوری یا حتی مرگ گردد. بار بیش‌از حد بر روی سیم نیز میتواند منجر به خرابی عایق و آتش‌سوزی گردد. موارد جریان بالا، گاهی نیز به خاطر بارگیری موتور الکتریکی با یک بار متوقف به وجود آید. مانند زمانی که پره پمپ با آشغال جام گشته‌باشد. این حالت اتصال کوتاه نیست، اما اثر مشابه دارد.
در مدارهای الکتریکی، اتصال کوتاه زمانی که عایق سیم از میان می‌رود اتفاق می‌افتد، یا هنگامی که یک رسانا روی مدار قرار میگیرد یک مسیر جدید ناخواسته برای گذر جریان ایجاد میکند.
زمین الکتریکی
در مهندسی برق، واژه Sālur یا ارت با توجه به کاربردهای آن دارای معانی متفاوتی است. زمین در یک مدار الکتریکی میتواند نقش یک نقطه مبدا را داشته باشد که بر طبق آن بقیه ولتاژهای الکتریکی را اندازه‌گیری میکنند. واژه زمین همچنین به مسیری کلی برای بازگشت جریان به منبع نیز اطلاق میشود. این واژه در مورد یک اتصال مستقیم به زمین نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
یک مدار الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شده باشد. در مدارهای قدرت این اتصال‌ها معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاهها از تاثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها ایجاد میشود. اتصال به زمین در مدارهای قدرت از آسیب دیدن عایق‌های مدار در اثر افزایش ولتاژ بین زمین و مدار جلوگیری کرده و این ولتاژ را در یک حد معین محدود میکند. از اتصال زمین برای جلوگیری از افزایش الکتریسیته ساکن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی نیز استفاده میکنند. در برخی از انواع تلگراف‌ها و شبکه‌های انتقال زمین به تنهایی نقش یکی از هادی‌ها را ایفا میکند و به عنوان مسیر بازگشت جریان به منبع مورد استفاده قرار میگیرد با این کار در هزینه ایجاد یک خط جداگانه برای بازگشت جریان صرفه‌جویی میشود. در اندازه‌گیری از زمین به عنوان یک پتانسیل الکتریکی ثابت استفاده میکنند که با توجه به اختلاف پتانسیل هر قسمت از مدار از زمین میزان پتانسیل آن قسمت را مشخص میکنند. یک زمین الکتریکی باید از ظرفیت انتقال جریان مناسبی برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدا صفر ولتاژ استفاده کرد.
معنی واژه زمین یا ارت در برق و الکترونیک بسیار گسترده‌است و حتی ممکن است در وسایل نقلیه‌ای مانند کشتی، هواپیما یا فضاپیما که عملاً اتصال مشترکی با زمین ندارند نیز از این واژه به عنوان پتانسیل صفر استفاده شود.
تاریخچه
سیستم الکترومغناطیسی تلگراف راه دور که از سال ۱۸۲۰ مورد استفاده قرار می‌گرفت از دو یا چند سیم برای انتقال پیام‌ها به صورت پالس‌های الکتریکی استفاده می‌کرد. سپس این موضوع روشن شد (احتمالاً به وسیله دانشمند آلمانی استین‌هیل) که از زمین میتوان به عنوان مسیر برگشت برای کامل کردن مدار پیام‌ها استفاده کرد؛ به این ترتیب نیازی به سیم بازگشت نخواهد بود اما این روش در طول مسیرهای درون‌قاره‌ای که در سال ۱۸۶۱ بین سنت ژوزف، میسوری و ساکرامنتو کالیفرنیا ایجاد شده بود یک مشکل داشت. در طول فصل‌های خشک سال به علت خشک بودن زمین مقاومت آن به شدت افزایش می‌یافت که باعث اختلال در کارکرد تلگراف می‌شد.
بعدها زمانی که تلفن می‌رفت تا جایگزین تلگراف شود این نکته روشن شد که جریانی که به وسیله شبکه‌های قدرت، خطوط راه‌آهن برقی و دیگر مدارهای تلفن و تلگراف ایجاد می‌وشد موجب ایجاد اختلال در سیگنالهای فرستاده شده میشود و به این ترتیب استفاده از سیستمهای دو سیمه دوباره جایگزین شد.
ارتباطات رادیویی
اتصال الکتریکی به زمین میتواند به عنوان یک مبدا پتانسیل الکتریکی برای سیگنالهای بسامد رادیویی در نوع خاصی از آنتن مورد استفاده قرار گیرد. قسمتی که مستقیماً با زمین در ارتباط است میتواند از یک جسم ساده مانند یک میله هادی که در زمین فرورفته تشکیل شده باشد و یا از اتصال با لوله‌های فلزی آب ایجاد شده باشد (در این موارد این خطر وجود دارد که بعدها لوله‌ها با لوله‌های پلاستیکی تعویض شوند). یک الکترود زمین ایده‌آل باید صرف نظر از میزان جریانی که به زمین وارد میشود یا از آن خارج میشود هنواره ولتاژی برابر صفر داشته باشد. در واقع میزان مقاومت یک سیستم زمین است که میتواند کیفیت آن را مشخص میکند و این کیفیت را میتوان به راه‌های مختلفی افزایش داد برای مثال با افزایش سطح در تماس الکترود با زمین، افزایش عمق دفن الکترود، استفاده از میله‌های الکترود متعدد، افزایش رطوبت زمین، افزایش میزان مواد معدنی رسانا در خاک و یا افزایش سطح پوشیده شده به وسیله سیستم زمین میتوان مقاومت زمین را کاهش داد.
برخی سیستمهای آنتن‌های فرستنده در VLF، LF، MF و یا پایین‌تر از رنج SW برای عملکرد مناسب خود نیازمند یک زمین خوب هستند. برای مثال یک آنتن عمودی تک قطب نیازمند یک سیستم زمین است که معمولاً از شبکه‌ای به هم پیوسته از سیم‌ها که به طور شعاعی از مرکز به فاصله تقریباً برابر با طول آنتن دور می‌شوند، تشکیل شده‌است. در برخی موارد این سامانه زمین در بیرون تقویت میشود تا از تلفات جلوگیری شود.
تاسیسات سیم‌کشی قدرت
با وصل بدنه تجهیزات الکتریکی بروز خطا در هر یک از تجهیزات موجب جاری شدن جریان در سیم زمین شده و از برق دار شدن بدنه جلوگیری میکند. یک اتصال مناسب به زمین باید مقاومت پایینی داشته باشد تا در صورت بروز خطا، جریان جاری در زمین موجب عمل کردن سیستم حفاظت در شبکه شود. با وصل تمامی اجسام هادی در خطر برقدار شدن میتوان از بروز شوک الکتریکی در اثر تماس با این اجسام جلوگیری کرد.
سیم زمین سیمی است که (مستقیماً یا غیر مستقیم) به یک یا چند الکترود زمین اتصال دارد. این الکترودها ممکن است در نزدیکی محل استفاده از سیم زمین یا در محلی دورتر قرار داشته باشند. این سیم (یا شینه داخل تابلو) زمین در سیستمهای TNS وTNCS که رایجترین سیستمهای نیرورسانی میباشند میبایست به سیم (یا شینه داخل تابلو) نول وصل شود. همچنین ممکن است این سیم به شبکه لوله‌کشی شده ساختمان نیز متصل شده باشد تا مقاومت کمتری را ایجاد کند. استفاده از لوله‌های آب برای اتصال به سیستم زمین با گسترش استفاده از لوله‌های غیر فلزی مثل لوله‌های پلی وینیل کلراید در برخی کشورها ممنوع شد. در صورت همبندی پی و یا اسکلت فلزی ساختمان با چاه ارت مقاومت سیستم بمیزان زیادی کاهش یافته و ایمنی افزایش خواهد یافت. تجهیزات الکتریکی ثابت معمولاً از اتصال زمین دائمی برخوردارند. تجهیزات قابل حمل که دارای بدنه فلزی هستند از یک پین مخصوص برای وصل سیم زمین استفاده میکنند. اندازه هادی زمین معمولاً با استفاده از استانداردها و مقرارت مربوط به حفاظت الکتریکی تعیین میشود.
انتقال انرژی الکتریکی
برخی از سیستمهای انتقال HVDC از زمین به عنوان سیم برگشت استفاده میکنند. این کار به ویژه در مورد خطوط کابلی زیر آبی مورد استفاده قرار میگیرد چرا که آب دریا یک هادی مناسب است. در این حالت برای ایجاد اتصال با زمین از الکترودهای دفن شده در زمین استفاده میشود. محل قرار گرفتن این الکترودها باید با دقت انتخاب شود تا از خوردگی شیمیایی الکترودها و تاسیسات زیر زمینی تا جای ممکن کاسته شود.
در سیستمهای توزیع تک سیم با برگشت زمین (Single Wire Earth Return/SWER) با استفاده از یک سیم قدرت در شبکه‌های قدرت در هزینه‌ها صرفه‌جویی میشود. این روش معمولاً در مناطق روستایی مورد استفاده قرار میگیرد تا خطرات ناشی از برگشت جریان زیاد در زمین موجب خسارت نشود.
یکی از نگرانی‌های خاص در طراحی پست‌های الکتریکی افزایش پتانسیل زمین است. زمانیکه جریان بسیار بزرگ ناشی از خطا در شبکه به زمین تزریق میشود ممکن است پتانسیل الکتریکی در مناطق مجاور محل تزریق جریان نسبت به مناطق دیگر بالا رود. این اتفاق به دلیل محدود بودن ضریب هدایت در لایه‌های خاک رخ میدهد. این تغییر پتانسیل در زمین میتواند آنقدر زیاد باشد که دو نقطه نزدیک به هم بر روی زمین دارای ولتاژی با اختلاف بالا باشند. این اختلاف ولتاژ میتواند خطراتی را برای افرادی که در آن منطقه بر روی زمین ایستاده‌اند ایجاد کند (به دلیل افزایش ولتاژ گام). همچنین لوله‌ها، نرده‌ها یا سیم‌های ارتباطی داخل پست نیز دچار اختلاف ولتاژ می‌شوند که میتواند ولتاژ تماس با این اشیا را تا حد خطرناکی بالا ببرد.
چاه ارت
برای حفاظت از برخورد آذرخش و اتصال الکتریسیته به بدنه یخچال و هر وسیله موجود در منزل و کارگاه که به برق وصل میشود و در اثر تماس انسان برای وی خطر ایجاد میکند معمولاً بهترین راه احداث چاه ارت (چاه زمین‌کاری) است.
نحوه احداث چاه ارت
سالهای قبل از ذغال و نمک برای چاه ارت استفاده می‌شد ولی پس از مدتی در اثر تماس نمک با مس صفحه مسی سولفاته می‌شد و عملاً چاه ارت از کار می‌افتاد ولی در حال حاضر یک حلقه چاه به عمق بین ۳ ال ۸ متر حفر می‌گردد و یک صفحه مسی به ابعاد ۷۰*۷۰ سانتیمتر و با ضخامت ۵ میلیمتر که به یک سیم مسی معمولاً نمره ۹۰ از طریق جوش و بست اتصال می‌یابد و از ماده‌ای بنام سوپر اکتیو بنتونیت استفاده می‌گردد این ماده را بهمراه ۱۰۰۰ لیتر آب بصورت دوغاب در آورده و درون چاه می‌ریزیم در بین کار صفحه مسی را بصورت عمودی و در وسط چاه قرار می‌دهیم و الباقی دوغاب را می‌ریزیم سپس خاک را سرند کرده داخل چاه می‌ریزیم و از طریق سیم کلیه بدنه دستگاهها شامل الکتروموتور بدنه لوازم آشپزخانه هر آنچه را که به برق وصل شده و قابلیت تماس با انسان را دارد به این سیم وصل می‌کنیم و حتی در بلندترین نقطه ساختمان یک میله فلزی نصب می‌کنیم و آنرا نیز به این سیم وصل می‌کنیم.
نتیجه: اگر صاعقه به ساختمان بزند از طریق این میله به زمین منتقل میشود اگر سیم لخت شده و به بدنه فریزر ماشین لباسشویی و غیره وصل شود قبل از اینکه برای انسان خطری ایجاد کند به زمین منتقل میشود و خلاصه با ایجاد سیستم زمینی کردن خطر برق گرفتگی از بین می‌رود ضمناً در دو شاخه‌های جدید و پریزها جدید بجز سیم نول و فاز یک سیم دیگر وجود دارد و آن همین سیم ارت است.
در اثر برخورد صاعقه به ساختمانی که سیستم ارتینگ ندارد معمولاً کامپیوتر تاسیسات ساختمان و غیره آسیب می‌بینند.
کلید محافظ جان
کلید محافظ جان که با RCCB[واژه‌نامه ۱] یا RCD نیز شناخته میشود، نوعی کلید است که با مقایسهٔ جریان سیم‌های رفت و برگشت، در صورتی که اختلافی بین جریان رفت و برگشت وجود داشته باشد مدار را قطع میکند. در حالت عادی مدارهای الکتریکی، جریان رفت با جریان برگشت برابر است، اما اگر به هر دلیلی جریان بین سیم فاز و نول (در مدارهای تکفاز) اختلاف داشته باشد کلید محافظ جان عمل خواهد کرد. وجود این اختلاف ممکن است بر اثر اتصال بدنهٔ یکی از دستگاه‌های الکتریکی باشد که در آن جریان الکتریکی به جای برگشتن از راه سیم نول از راه زمین به منبع برمی‌گردد که اصطلاحاً می‌گویند جریان نشت پیدا کرده است. این دستگاه جریان‌های نشتی کوچکی را که توسط فیوز شناسایی نمی‌شوند اما میتوانند زمینه‌ساز آتش‌سوزی یا برق‌گرفتگی شوند شناسایی و مدار را در چند دهم یا صدم ثانیه قطع میکند.
جریان نشتی ممکن است از راه بدن فردی که با زمین تماس دارد و تصادفاً دستش با قسمت برقدار مدار تماس پیداکرده است به وجود آید، کلیدهای محافظ جان به گونه‌ای طراحی می‌شوند که پیش آسیب‌رسیدن به فرد مدار را قطع میکنند. این کلیدها برای قطع مدار در برابر اضافه‌بار و اتصال‌کوتاه طراحی نشده‌اند. گونهٔ دیگری از این کلیدها که افزون بر جریان نشتی به اضافه‌بار هم واکنش نشان می‌دهند RCBO نامیده می‌شوند. RCD ممکن به در اشاره به کلیدهای RCCB و RCBO به کار رود اما نباید آنها را با کلیدهای ELCBکه به ولتاژهای سرگردان حساس است اشتباه گرفت.
شوک الکتریکی
در حالت شوک الکتریکی،برق گرفتگی یا فره‌گرفتگی، گذشتن گردش الکتریکی از تن آدم مایه دریافت درد یا آسیب دیدگی در تن میشود. اگر خوش بخت بوده باشید گستره فره گرفتگی به دریافت خارش یا لرزش بسنده میکند. اما زمانی که در حال کار کردن بر روی خطوط توان بالا هستیم، نشانه ها فره گرفتگی میتوانند خیلی جدیتر باشند بگونه ای که درد، کم ارزش‌ترین آنها به شمار میآید. شناسایی گذرگردش از تن به عامل های گوناگونی مانند ولتاژ، گردش، زمان گذر گردش، راه گردش در تن, بسامد و... بستگی دارد. اما روی هم رفته آستانه شناسایی برای گردش DC ، اگر از دست بگذرد بین ۵ تا ۱۰ میلی آمپر و برای گردش AC با فرکانس ۶۰ هرتز بین ۱ تا ۱۰ میلی آمپر است.
بررسی دانشی رخداد برق گرفتگی
چرخه الکتریکی از یک سرچشمه توان ، راه گذر، بار الکتریکی و توانگیر تشکیل شده . راه گذر گردش از یک منبع تغذیه آغاز و به زمین پایان مى گیرد. همیشه الکتریسیته یا گردش الکتریکى ، کوتاه ترین راه را براى رسیدن به زمین پیدا مى کند . از آنجا که 70 درصد تن ما را آب تشکیل داده و آب رساناى بسیار خوبى براى گذر گردش الکتریکى مى باشد پس هنگامی که انگشت ما با یک چرخه تماس دار تماس پیدا مى کند یعنى کوتاه ترین راه براى گذر گردش پیدا شده است.
آثار برق گرفتگی
عبور جریان الکتریکی از بافتهای زنده با توجه به جریان عبوری، نوع برق گرفتگی، مدت زمان برق گرفتگی و... میتواند آثار مختلفی را در پی داشته باشد و عمق آثار نیز با توجه به هر کدام از عوامل، متفاوت خواهد بود.
آثار جدی و مهم برق گرفتگی بر روی بدن جانداران و به ویژه انسان دو دسته هستند:
سوختگی
گذر گردش از تن به اندازه 1 میلى آمپر را آستانه پایین دریافت برق گرفتگى مى گویند . یک حس قلقلک پیدایش مى کند اما این گردش اگر از 100 میلى آمپر بیشتر باشد و ولتاژ تغذیه نیز به اندازه کافى بسیار باشد تن دچار ازدست دادن پاره تن مى گردد . اگر ولتاژ چیزى بین 500 تا 1000 ولت باشد ، به دلیل اُهم کم تن گردش بسیارى پیدایش مى شود.اما همان اندازه کم ایستادگی در تن در برابر گذر گردش ، مایه پیدایش گرماى بسیار و در پایان سوختگى بیرونى و درونى مى شود.
تأثیر بر روی دستگاه عصبی
اثر دیگر عبور جریان الکتریکی از بدن که از نظر مهلک بودن میتوان آن را پر اهمیت‌ترین اثر جریان الکتریکی بر روی بدن دانست، اثار آن بر روی سیستم عصبی است. منظور از سیستم عصبی، شبکهی بین سلولهای عصبی یا همان نرونهاست، که وظیفه آنها تنظیم فرایندهایی است که در اعضای بدن انجام میپذیرد. از جمله بخشهای مهم سیستم عصبی میتوان از مغز, نخاع و سلولهای حسی بدن را نام برد.
ارتباط بین سلولهای عصبی به وسیله جریان الکتریکی انجام میپذیرد. این سلولها برای برقراری ارتباط از سیگنالهای الکتریکی با جریان و ولتاژ بسیار پایین استفاده میکنند. به وسیله این سیگنالها دستور از سیستم عصبی به قسمتهای مختلف بدن مانند ماهیچهها یا غدد درون ریز میرسد. حال اگر جریان برق در بدن یک موجود زنده به اندازه کافی زیاد باشد، سیگنالهای الکتریکی فرستاده شده به وسیله مغز را خنثی خواهد کرد، بنابراین از ایجاد عکس العمل در بدن مصدوم جلوگیری خواهد کرد. همچنین عبور جریان الکتریکی از رگهای عصبی موجب به وجود آمدن حرکات غیر ارادی در بدن مصدوم خواهد شد به طوری که مصدوم نمیتواند هیچ اقدامی در مدت برق گرفتگی انجام دهد. این حالت زمانی که مصدوم هادی برق دار را به وسیله دست خود گرفته، میتواند خیلی خطرناک تر باشد چراکه ماهیچههای قرار گرفته بر روی ساعد که مسئول خم کردن انگشتان هستند از ماهیچههایی که مسئول صاف کردن انگشتها هستند قویترند. هنگام برق گرفتگی هر دونوع ماهیچه تلاش میکنند تا منقبض شوند اما در این حالت به علت قوی تر بودن ماهیچههای خمکننده پیروزی با آنهاست. اتفاقی که در این لحظه رخ میدهد این است که دست با تمام قوا مشت میشود، اگر زمانی که این اتفاق رخ میدهد هادی حامل جریان کف دست مصوم باشد، با مشت شدن دست هادی به دست چسبیده و هدایت الکتریکی بهتر برقرار خواهد شد. این میتواند موقعیت مصدوم را بیش از پیش خطر ناک کند. باید به این نکته اشاره کرد که در این حالت ول کردن هادی برای مصدوم غیر ممکن است.
افرادی که تجربه برق گرفتگی دارند احتمالاً با تشنجهای به وجود آمده در این حالت آشنا هستند. این تشنجها تنها در حالتی از بین خواهند رفت که عبور جریان از بدن متوقف شود. البته حتی پس از قطع برق نیز تا مدتی کنترل بعضی ماهیچهها برای مصدوم غیر ممکن است و همچنین عملکرد انتقال دهندههای عصبی تا مدتی مختل خواهد شد. از این قابلیت برای ساخت سلاحهای بی حرکت کننده استفاده میشود (توضیحات بیشتر در انتهای صفحه).
اثرات عبور جریان الکتریکی در بدن تنها به ماهیچههای حرکتی بدن محدود نمیشود. قلب و ششها دارای دیافراگمها یا دریچههایی هستند که عملکرد آنها را کنترل میکند. با عبور جریان از بدن سیگنالهای الکتریکی مغز برای این ماهیچهها خنثی خواهد شد و بدین ترتیب این ماهیچهها دچار عارضه "fibrillation" یا انقباض بی نظم عضلانی خواهد شد (در صورت AC بودن جریان). در این حالت قلب با سرعت بیشتر و با فشار کمتری میتپد به طوری که نمیتواند عمل رساندن خون به قسمتهای حساس بدن را انجام دهد. در هر حال نتیجه یک برق گرفتگی با شدت بالا، چه ایست قلبی باشد و چه خفگی مرگبار خواهد بود.
جریان الکتریکی از جهت نوع AC یا DC نیز میتواند آثار متفاوتی بر روی بدن داشته باشد. جریان DC همواره دارای مقداری ثابت است این خاصیت جریان DC میتواند موجب شود مصدوم در هنگام برق گرفتگی کاملاً فلج شود. بر عکس در جریان AC به خاطر تغییرات دائمی در بین هر سیکل، امکان فرار از حالت بیحرکت شدن بیشتر است. بنابر این از نظر بیحرکت کنندگی جریان DC از AC خطرناک تر است. اما تأثیرات جریان AC بر روی قلب میتواند مرگبارتر باشد چراکه جریان AC به راحتی قلب دچار حالت ضربان نا منظم (fibrillation) میکند و این در حالی است که جریان DC تنها موجب ایست قلبی میشود. در اینجا باید به این نکته اشاره کرد که امکان بازگشت برای قلبی که دچار ایست شده باشد از قلبی که دچار ضربان نامنظم شده باشد بیشتر است.
روشهای معالجه به وسیله شوک الکتریکی
از شوک الکتریکی در برخی روشها برای معالجه بیماریهای خاص و با درنظر گرفتن ملاحظات استفاده میشود. بعضی از این روشها عبارت‌اند از:
برای معالجه برخی بیماریهای روانی در روانپزشکی: از شوک الکتریکی امروزه در روش ECT یا درمان با تشنج الکتریکی (Electroconvulsive therapy) استفاده میشود. هدف از معالجه در این روش به وجود اوردن یک حمله صرعی مصنوعی است، نه ایجاد شوک و یا تشنج فیزیکی. در ضمن باید به نکته اشاره کرد که به علت بیهوشی بیمار دردی در هنگام حمله احساس نخواهد کرد. امروزه از این روش بیشتر در مورد بیماران مبتلا به افسردگی شدید استفاده میشود از این روش همچنین برای درمان بیماریهای روانی دیگر مانند شیدایی (mania)، کاتاتونی (catatonia) و روان‌گسیختگی (schizophrenia) نیز استفاده میشود. درانتها باید به این نکته اشاره کرد که آثار درمانی این روش برای تقریباً نصف استفاده کنندگان زودگذر است.
به عنوان معالجه برای بیمارانی که دچار ضربان نامنظم قلب یا fibrillation هستند: در این روش از دستگاهی به نام defibrillator استفاده میکنند. دستگاه defibrillator یک درمان قطعی برای بیمارانی است که دچار ضربان نامنظم قلب هستند. این دستگاه یک جریان DC با مقدار مناسب را از قفسه سینه عبور داده و با خنثی کردن ضربان به قلب اجازه میدهد تا به طور طبیعی به ضربان منظم برسد.
به عنوان روشی برای کاهش درد: در این روش از دستگاهی با نام TranscutaneousElectrical Nerve Stimulator) TENS) استفاده میشود. این دستگاه یک شبیه ساز سیگنالهای عصبی است که آنها را از راه پوست به بدن انتقال میدهد. انتقال سیگنالها به وسیله دو یا چند الکترودها صورت میگیرد. این دستگاه به ویژه درمورد کاهش درد زایمان مورد استفاده قرار میگیرد. با این وجود عدهای از متخصصان زایمان استفاده این دستگاه را در کاهش درد زایمان بی اثر میدانند.
برای شرطی سازی: در این روش از شوک الکتریکی به عنوان یک تنبیه و برای شرطی سازی افراد دچار عقب ماندگی ذهنی استفاده میشود. این روش از جمله روشهای بحث انگیز در استفاده از شوک الکتریکی است و تنها در یک موسسه با نام Judge Rotenberg در ایالات متحده مورد استفاده قرار میگیرد. این موسسه همچنین از شوک الکتریکی به عنوان تنبیه برای کودکان میتلا به مشکلات رفتاری نیز استفاده میکند.
استفاده از شوک الکتریکی به عنوان سلاح
تفنگ شوک الکتریکی یا Taser نوعی اسلحه خاص برای ایجاد اغتشاش ماهیچهای و در نتیجه بی حرکت کردن فرد است. این اسلحه بر طبق اصول برق گرفتگی به طور ناگهانی و برای مدت بسیار کوتاهی ولتاژ بسیار بالا اما با جریان کم را بین دو الکترود خود ایجاد میکند. حال اگر فردی در تماس با اسلحه قرار داشته باشد سیستم انتقال عصبی او دچار اختلال شده و به این ترتیب فرد اختیار کنترل ماهیچههای خود را برای مدتی از دست خواهد داد این عملکرد با درد شدیدی برای فرد مورد حمله قرار گرفته همراه خواهد بود. برای اکثر مردم حداقل دو تا سه ثانیه طول میکشد تا تعادل خود را از دست بدهند. ولتاژ بین الکترودها وابسته به نوع سلاح بین ۵۰ kV تا ۱ MV خواهد بود اما ولتاژهای رایج برای این اسلحه بین۲۰۰ kV تا ۳۰۰ kV هستند.
تاریخ الکتریسیته
الکتریسیته شاخه‌ای از فیزیک می‌باشد که به مطالعهٔ ویژگی‌های آثار و انتقال بارهای الکتریکی می‌پردازد. الکتریسیته از واژهٔ یونانی الکترون، به معنی کهربا گرفته شده است. نخستین بار، تالس، دانشمند یونانی در نوشته‌های خود خاصیت کهربا را معرفی کرده است. در زمان تالس در طی تحقیقات او مشخص شده بود که هرگاه کهربا را با پارچهٔ پشمی مالش دهند، اجسام سبک مانند کاه را به خود جذب میکند.
دو هزار سال پیش، اطلاعات انسان دربارهٔ الکتریسیته به همان خاصیت کهربا محدود می‌شد تا آنکه ویلیام گیلبرت، پزشک انگلیسی با انتشار کتابی با نام درباره مغناطیس به شرح تفاوت میان نیروهای مغناطیسی و نیروهای الکتریکی پرداخت و فصل جدیدی را با انتشار این کتاب در در دنیای الکتریسیته باز نمود.
در سال ۱۶۶۳، اتوفون گوریکه اولین ماشین مولد الکتریسیته را ساخت و ۱۵۰ سال بعد از او شارل دوفی، به وجود دو نوع بار الکتریکی پی برد و بنجامین فرانکلین دو اصطلاح بار مثبت و بار منفی را برای آنها به کار برد.
الساندر ولتا، فیزیکدان ایتالیایی، در سال ۱۷۷۵ الکتروفور را برای انتقال الکتریسیته ساکن ایجاد نمود و در سال ۱۸۰۱ پیل الکتریکی را پس از آن اختراع کرد. با اختراع پیل الکتریکی امکان ایجاد جریان برق فراهم گشت و در نتیجه آن امکان آزمایش‌های گونانی فراهم شد که از حاصل آن میتوان به کشف اثر مغناطیسی جریان الکتریکی توسط هانس کریستیان ارستد اشاره کرد که بعدها توسط آندره آمپر مورد مطالعه بسیار قرار گرفت.
کمی بعد مایکل فارادی شیمی‌دان و فیزیکدان برجسته انگلیسی، مولد مغناطیسی الکتریسیته را اختراع نمود. در سال ۱۸۸۰ نخستین نیروگاه مولد برق توسط توماس ادیسون در نیویورک، راه اندازی شد و توانست بخشی از شهر نیویورک را روشن کند. نیروگاه برق ادیسون جریان مستقیم تولید می‌کرد، در نتیجه مشکل انتقال جریان وجود داشت، تا آنکه در سالهای بعد، نیروگاه جریان متناوب به کار افتاد و الکتریسیته اهمیت ویژه‌ای در علم و صنعت پیدا نمود.
ظرفیت خازنی
در الکترومغناطیس و الکترونیک، ظرفیت خازنی (به انگلیسی: Capacitance) به توانایی نگه‌داری بار الکتریکی توسط یک پیکر گفته میشود.ظرفیت همچنین مقدار انرژی الکتریکی اندوخته شده یا جدا است که پتانسیل الکتریکی نامیده می‌گردد.همگانی‌ترین گونه از دستگاه انبارش انرژی، خازن‌هایی با صفحه‌های موازی است.در خازن‌های صفحه موازی، ظرفیت با اندازه مساحت سطح صفحه (A) رابطه مستقیم و با فاصله میان دو صفحه موازی (d) رابطه عکس دارد.اگر بارهای الکتریکی روی صفحه‌ها را با Q+ و Q- و ولتاژ اعمال شده به میان دو صفحه را با V نشان دهیم، داریم:
C = \frac{Q}{V} \, .
در اس‌آی یکای ظرفیت فاراد است و هر فاراد برابرست با ۱ کولن بر ولت.
انرژی (با یکای ژول) اندوخته شده در یک خازن با کار انجام شده برای باردار کردن آن خازن برابر است.ظرفیت C را در نظر بگیرید که در آن بار q+ در یک صفحه و بار q- در دیگری موجود هستند؛ اگر یک بار الکتریکی از یک صفحه بر خلاف جهت پتانسیل به سمت صفحه دیگر حرکت کند طبق V=q/C، تغییرهای کار (dW) برابرست با:
\mathrm{d}W = \frac{q}{C}\,\mathrm{d}q
که در اینجا:
W کار انجام شده است که با ژول
q اندازه بار است و با کولن
C ظرفیت است و با فاراد اندازه‌گیری میشود.
اندازه انرژی اندوخته شده در یک خازن با استفاده از یک معادله انتگرالی بدست میآید.کار (W) انجام شده برای باردار کردن یک خازن بدون بار (q = ۰) که در آن برای باردار شدن، بارها از صفحه‌ای به صفحه دیگر می‌جهند تا هر یک از بارهای Q+ و Q- در صفحه‌هایی جدا قرار گیرند،
ولتاژ بالا
واژه ولتاژ بالا یا فشارقوی به مدارهای الکتریکی‌ای اطلاق میشود که به خاطر میزان ولتاژ بالای موجود در آنها نیازمند تدبیرات ایمنی ویژه یا عایق‌بندی مناسب هستند. مدارهای ولتاژبالا در انتقال انرژی الکتریکی، لامپ اشعه کاتد، اشعه ایکس به کار می‌روند.
ولتاژ بالا به معنی ولتاژی بیش از ۱٬۰۰۰ ولت است بدین معنی که ولتاژهای بیش از هزار ولت را ولتاژ بالا و زیر هزار ولت را ولتاژ پایین می نامند.
تاثیرات خطوط فشار قوی بر سلامتی
گفته میشود زندگی در نزدیکی خطوط فشار قوی احتمال بیماری‌هایی نظیر سرطان، ناباروری و برخی بیماریهای روانی را افزایش میدهد. یک راه حل مبارزه با این مشکل استفاده از خطوط زیرزمینی است.
حریم خطوط فشار قوی
برای حفظ مردم از اثرات سوء میدان‌های الکترومغناطیسی ناشی از خطوط فشارقوی، برای خطــوط برق ۲۰ کیلوولت ۵ متر، ۶۳ کیلوولت ۱۳ متر، ۱۳۲ کیلوولت ۱۵ متر، ۲۳۰ کیلوولت ۱۷ متر و ۴۰۰ کیلوولت ۲۰ متر حریم درنظر گرفته شده است.
ولتاژ پایین
ولتاژ پایین یک اصطلاح نسبی است که در متون مختلف تعریف متفاوتی دارد.
keywords : یورد،یورد نیوز،قرمز
به هر ماده‌ای که جریان الکتریسیته را به خوبی از خود عبور دهد، رسانا یا هادی می‌گویند.
رساناهای متداول از سیم مسی تقریباً خالص و دارای انعطاف قابل قبول یا از آلومینیوم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می‌شوند. سطح مقطع رساناها با توجه به مقدار جریان عبوری و نوع کاربرد در اندازهای گوناگون و شکلهای متفاوت درست میشود. اگر اتمی در لایهٔ آخر خود ۱ یا ۲ الکترون داشته باشد آن رسانا خواهد بود.
بهترین رساناهای الکتریکی به ترتیب گرافیت، نقره و مس هستند.
اتصال کوتاه
اتصال کوتاه (به انگلیسی: Short Circuit) (گاهی به خلاصه S/C) مداری است که اجازه میدهد جریان از یک مسیر ناخواسته گذر کند. در اصل به خاطر مواجه شدن با مسیری با امپدانس یا مقاومت کم (یا هیچ). مخالف این وضعیت در برق مدار باز است که به معنای مقاومت بی‌نهایت بین دو گره است. اصطلاح اتصالی نیز به معنای اتصال کوتاه است، اما معمولاً به اشتباه برای هر گونه اشکال برقی به کار گرفته میشود.
تعریف
اتصال کوتاه ارتباطی غیرعادی میان دو گره با ولتاژهای متفاوت است. این منجر به گذر جریان الکتریکی بیش‌از اندازه میشود که تنها توسط مقاومت معادل تونن مدار محدود میشود و میتواند منجر به آسیب مدار، گرمای بیش‌از اندازه، آتش و یا انفجار (سیم یا قطعات) گردد. برخلاف اتصال کوتاه‌های معمول که به خاطر خطا رخ میدهد، در مواردی یک مدار برای ایجاد اتصال کوتاه و محافظت طراحی میشود.
در تحلیل مدار، اتصال کوتاه اتصالی است که دو گره را اجبار به هم‌پتانسیل شدن میکند. در اتصال کوتاه ایده‌آل مقاومتی و در نتیجه افت ولتاژی در طول ارتباط وجود نخواهد داشت. اما در عمل این اتصال کوتاه تقریباً بدون امپدانس است. در این حالت شارش جریانی با مقاومت باقی مدار محدود میشود.
نمونه‌ها
اتصال دو قطب باتری با یک رسانای مقاومت پایین همچون سیم نمونه‌ی معمولی از اتصال کوتاه است. مقاومت پایین سیم منجر به گذر جریان بالا شده و سلول باتری در مدت کوتاهی انرژی بسیاری را تحویل میدهد. جریان بزرگ گذر کرده از باتری میتواند به سرعت گرما تولید کند یا منجر به انفجار شود یا موجب نشت هیدروژن و الکترولیت (اسید یا باز) گردد که میتواند منجر به سوختن بافت، کوری یا حتی مرگ گردد. بار بیش‌از حد بر روی سیم نیز میتواند منجر به خرابی عایق و آتش‌سوزی گردد. موارد جریان بالا، گاهی نیز به خاطر بارگیری موتور الکتریکی با یک بار متوقف به وجود آید. مانند زمانی که پره پمپ با آشغال جام گشته‌باشد. این حالت اتصال کوتاه نیست، اما اثر مشابه دارد.
در مدارهای الکتریکی، اتصال کوتاه زمانی که عایق سیم از میان می‌رود اتفاق می‌افتد، یا هنگامی که یک رسانا روی مدار قرار میگیرد یک مسیر جدید ناخواسته برای گذر جریان ایجاد میکند.
زمین الکتریکی
در مهندسی برق، واژه Sālur یا ارت با توجه به کاربردهای آن دارای معانی متفاوتی است. زمین در یک مدار الکتریکی میتواند نقش یک نقطه مبدا را داشته باشد که بر طبق آن بقیه ولتاژهای الکتریکی را اندازه‌گیری میکنند. واژه زمین همچنین به مسیری کلی برای بازگشت جریان به منبع نیز اطلاق میشود. این واژه در مورد یک اتصال مستقیم به زمین نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
یک مدار الکتریکی ممکن است به دلایل مختلفی به زمین متصل شده باشد. در مدارهای قدرت این اتصال‌ها معمولاً برای بالا بردن ایمنی و محافظت افراد یا دستگاهها از تاثیرات معیوب بودن عایقکاری هادی‌ها ایجاد میشود. اتصال به زمین در مدارهای قدرت از آسیب دیدن عایق‌های مدار در اثر افزایش ولتاژ بین زمین و مدار جلوگیری کرده و این ولتاژ را در یک حد معین محدود میکند. از اتصال زمین برای جلوگیری از افزایش الکتریسیته ساکن در هنگام حمل مواد قابل اشتعال یا تعمیر تجهیزات الکترونیکی نیز استفاده میکنند. در برخی از انواع تلگراف‌ها و شبکه‌های انتقال زمین به تنهایی نقش یکی از هادی‌ها را ایفا میکند و به عنوان مسیر بازگشت جریان به منبع مورد استفاده قرار میگیرد با این کار در هزینه ایجاد یک خط جداگانه برای بازگشت جریان صرفه‌جویی میشود. در اندازه‌گیری از زمین به عنوان یک پتانسیل الکتریکی ثابت استفاده میکنند که با توجه به اختلاف پتانسیل هر قسمت از مدار از زمین میزان پتانسیل آن قسمت را مشخص میکنند. یک زمین الکتریکی باید از ظرفیت انتقال جریان مناسبی برخوردار باشد تا بتوان از آن به عنوان مبدا صفر ولتاژ استفاده کرد.
معنی واژه زمین یا ارت در برق و الکترونیک بسیار گسترده‌است و حتی ممکن است در وسایل نقلیه‌ای مانند کشتی، هواپیما یا فضاپیما که عملاً اتصال مشترکی با زمین ندارند نیز از این واژه به عنوان پتانسیل صفر استفاده شود.
تاریخچه
سیستم الکترومغناطیسی تلگراف راه دور که از سال ۱۸۲۰ مورد استفاده قرار می‌گرفت از دو یا چند سیم برای انتقال پیام‌ها به صورت پالس‌های الکتریکی استفاده می‌کرد. سپس این موضوع روشن شد (احتمالاً به وسیله دانشمند آلمانی استین‌هیل) که از زمین میتوان به عنوان مسیر برگشت برای کامل کردن مدار پیام‌ها استفاده کرد؛ به این ترتیب نیازی به سیم بازگشت نخواهد بود اما این روش در طول مسیرهای درون‌قاره‌ای که در سال ۱۸۶۱ بین سنت ژوزف، میسوری و ساکرامنتو کالیفرنیا ایجاد شده بود یک مشکل داشت. در طول فصل‌های خشک سال به علت خشک بودن زمین مقاومت آن به شدت افزایش می‌یافت که باعث اختلال در کارکرد تلگراف می‌شد.
بعدها زمانی که تلفن می‌رفت تا جایگزین تلگراف شود این نکته روشن شد که جریانی که به وسیله شبکه‌های قدرت، خطوط راه‌آهن برقی و دیگر مدارهای تلفن و تلگراف ایجاد می‌وشد موجب ایجاد اختلال در سیگنالهای فرستاده شده میشود و به این ترتیب استفاده از سیستمهای دو سیمه دوباره جایگزین شد.
ارتباطات رادیویی
اتصال الکتریکی به زمین میتواند به عنوان یک مبدا پتانسیل الکتریکی برای سیگنالهای بسامد رادیویی در نوع خاصی از آنتن مورد استفاده قرار گیرد. قسمتی که مستقیماً با زمین در ارتباط است میتواند از یک جسم ساده مانند یک میله هادی که در زمین فرورفته تشکیل شده باشد و یا از اتصال با لوله‌های فلزی آب ایجاد شده باشد (در این موارد این خطر وجود دارد که بعدها لوله‌ها با لوله‌های پلاستیکی تعویض شوند). یک الکترود زمین ایده‌آل باید صرف نظر از میزان جریانی که به زمین وارد میشود یا از آن خارج میشود هنواره ولتاژی برابر صفر داشته باشد. در واقع میزان مقاومت یک سیستم زمین است که میتواند کیفیت آن را مشخص میکند و این کیفیت را میتوان به راه‌های مختلفی افزایش داد برای مثال با افزایش سطح در تماس الکترود با زمین، افزایش عمق دفن الکترود، استفاده از میله‌های الکترود متعدد، افزایش رطوبت زمین، افزایش میزان مواد معدنی رسانا در خاک و یا افزایش سطح پوشیده شده به وسیله سیستم زمین میتوان مقاومت زمین را کاهش داد.
برخی سیستمهای آنتن‌های فرستنده در VLF، LF، MF و یا پایین‌تر از رنج SW برای عملکرد مناسب خود نیازمند یک زمین خوب هستند. برای مثال یک آنتن عمودی تک قطب نیازمند یک سیستم زمین است که معمولاً از شبکه‌ای به هم پیوسته از سیم‌ها که به طور شعاعی از مرکز به فاصله تقریباً برابر با طول آنتن دور می‌شوند، تشکیل شده‌است. در برخی موارد این سامانه زمین در بیرون تقویت میشود تا از تلفات جلوگیری شود.
تاسیسات سیم‌کشی قدرت
با وصل بدنه تجهیزات الکتریکی بروز خطا در هر یک از تجهیزات موجب جاری شدن جریان در سیم زمین شده و از برق دار شدن بدنه جلوگیری میکند. یک اتصال مناسب به زمین باید مقاومت پایینی داشته باشد تا در صورت بروز خطا، جریان جاری در زمین موجب عمل کردن سیستم حفاظت در شبکه شود. با وصل تمامی اجسام هادی در خطر برقدار شدن میتوان از بروز شوک الکتریکی در اثر تماس با این اجسام جلوگیری کرد.
سیم زمین سیمی است که (مستقیماً یا غیر مستقیم) به یک یا چند الکترود زمین اتصال دارد. این الکترودها ممکن است در نزدیکی محل استفاده از سیم زمین یا در محلی دورتر قرار داشته باشند. این سیم (یا شینه داخل تابلو) زمین در سیستمهای TNS وTNCS که رایجترین سیستمهای نیرورسانی میباشند میبایست به سیم (یا شینه داخل تابلو) نول وصل شود. همچنین ممکن است این سیم به شبکه لوله‌کشی شده ساختمان نیز متصل شده باشد تا مقاومت کمتری را ایجاد کند. استفاده از لوله‌های آب برای اتصال به سیستم زمین با گسترش استفاده از لوله‌های غیر فلزی مثل لوله‌های پلی وینیل کلراید در برخی کشورها ممنوع شد. در صورت همبندی پی و یا اسکلت فلزی ساختمان با چاه ارت مقاومت سیستم بمیزان زیادی کاهش یافته و ایمنی افزایش خواهد یافت. تجهیزات الکتریکی ثابت معمولاً از اتصال زمین دائمی برخوردارند. تجهیزات قابل حمل که دارای بدنه فلزی هستند از یک پین مخصوص برای وصل سیم زمین استفاده میکنند. اندازه هادی زمین معمولاً با استفاده از استانداردها و مقرارت مربوط به حفاظت الکتریکی تعیین میشود.
انتقال انرژی الکتریکی
برخی از سیستمهای انتقال HVDC از زمین به عنوان سیم برگشت استفاده میکنند. این کار به ویژه در مورد خطوط کابلی زیر آبی مورد استفاده قرار میگیرد چرا که آب دریا یک هادی مناسب است. در این حالت برای ایجاد اتصال با زمین از الکترودهای دفن شده در زمین استفاده میشود. محل قرار گرفتن این الکترودها باید با دقت انتخاب شود تا از خوردگی شیمیایی الکترودها و تاسیسات زیر زمینی تا جای ممکن کاسته شود.
در سیستمهای توزیع تک سیم با برگشت زمین (Single Wire Earth Return/SWER) با استفاده از یک سیم قدرت در شبکه‌های قدرت در هزینه‌ها صرفه‌جویی میشود. این روش معمولاً در مناطق روستایی مورد استفاده قرار میگیرد تا خطرات ناشی از برگشت جریان زیاد در زمین موجب خسارت نشود.
یکی از نگرانی‌های خاص در طراحی پست‌های الکتریکی افزایش پتانسیل زمین است. زمانیکه جریان بسیار بزرگ ناشی از خطا در شبکه به زمین تزریق میشود ممکن است پتانسیل الکتریکی در مناطق مجاور محل تزریق جریان نسبت به مناطق دیگر بالا رود. این اتفاق به دلیل محدود بودن ضریب هدایت در لایه‌های خاک رخ میدهد. این تغییر پتانسیل در زمین میتواند آنقدر زیاد باشد که دو نقطه نزدیک به هم بر روی زمین دارای ولتاژی با اختلاف بالا باشند. این اختلاف ولتاژ میتواند خطراتی را برای افرادی که در آن منطقه بر روی زمین ایستاده‌اند ایجاد کند (به دلیل افزایش ولتاژ گام). همچنین لوله‌ها، نرده‌ها یا سیم‌های ارتباطی داخل پست نیز دچار اختلاف ولتاژ می‌شوند که میتواند ولتاژ تماس با این اشیا را تا حد خطرناکی بالا ببرد.
چاه ارت
برای حفاظت از برخورد آذرخش و اتصال الکتریسیته به بدنه یخچال و هر وسیله موجود در منزل و کارگاه که به برق وصل میشود و در اثر تماس انسان برای وی خطر ایجاد میکند معمولاً بهترین راه احداث چاه ارت (چاه زمین‌کاری) است.
نحوه احداث چاه ارت
سالهای قبل از ذغال و نمک برای چاه ارت استفاده می‌شد ولی پس از مدتی در اثر تماس نمک با مس صفحه مسی سولفاته می‌شد و عملاً چاه ارت از کار می‌افتاد ولی در حال حاضر یک حلقه چاه به عمق بین ۳ ال ۸ متر حفر می‌گردد و یک صفحه مسی به ابعاد ۷۰*۷۰ سانتیمتر و با ضخامت ۵ میلیمتر که به یک سیم مسی معمولاً نمره ۹۰ از طریق جوش و بست اتصال می‌یابد و از ماده‌ای بنام سوپر اکتیو بنتونیت استفاده می‌گردد این ماده را بهمراه ۱۰۰۰ لیتر آب بصورت دوغاب در آورده و درون چاه می‌ریزیم در بین کار صفحه مسی را بصورت عمودی و در وسط چاه قرار می‌دهیم و الباقی دوغاب را می‌ریزیم سپس خاک را سرند کرده داخل چاه می‌ریزیم و از طریق سیم کلیه بدنه دستگاهها شامل الکتروموتور بدنه لوازم آشپزخانه هر آنچه را که به برق وصل شده و قابلیت تماس با انسان را دارد به این سیم وصل می‌کنیم و حتی در بلندترین نقطه ساختمان یک میله فلزی نصب می‌کنیم و آنرا نیز به این سیم وصل می‌کنیم.
نتیجه: اگر صاعقه به ساختمان بزند از طریق این میله به زمین منتقل میشود اگر سیم لخت شده و به بدنه فریزر ماشین لباسشویی و غیره وصل شود قبل از اینکه برای انسان خطری ایجاد کند به زمین منتقل میشود و خلاصه با ایجاد سیستم زمینی کردن خطر برق گرفتگی از بین می‌رود ضمناً در دو شاخه‌های جدید و پریزها جدید بجز سیم نول و فاز یک سیم دیگر وجود دارد و آن همین سیم ارت است.
در اثر برخورد صاعقه به ساختمانی که سیستم ارتینگ ندارد معمولاً کامپیوتر تاسیسات ساختمان و غیره آسیب می‌بینند.
کلید محافظ جان
کلید محافظ جان که با RCCB[واژه‌نامه ۱] یا RCD نیز شناخته میشود، نوعی کلید است که با مقایسهٔ جریان سیم‌های رفت و برگشت، در صورتی که اختلافی بین جریان رفت و برگشت وجود داشته باشد مدار را قطع میکند. در حالت عادی مدارهای الکتریکی، جریان رفت با جریان برگشت برابر است، اما اگر به هر دلیلی جریان بین سیم فاز و نول (در مدارهای تکفاز) اختلاف داشته باشد کلید محافظ جان عمل خواهد کرد. وجود این اختلاف ممکن است بر اثر اتصال بدنهٔ یکی از دستگاه‌های الکتریکی باشد که در آن جریان الکتریکی به جای برگشتن از راه سیم نول از راه زمین به منبع برمی‌گردد که اصطلاحاً می‌گویند جریان نشت پیدا کرده است. این دستگاه جریان‌های نشتی کوچکی را که توسط فیوز شناسایی نمی‌شوند اما میتوانند زمینه‌ساز آتش‌سوزی یا برق‌گرفتگی شوند شناسایی و مدار را در چند دهم یا صدم ثانیه قطع میکند.
جریان نشتی ممکن است از راه بدن فردی که با زمین تماس دارد و تصادفاً دستش با قسمت برقدار مدار تماس پیداکرده است به وجود آید، کلیدهای محافظ جان به گونه‌ای طراحی می‌شوند که پیش آسیب‌رسیدن به فرد مدار را قطع میکنند. این کلیدها برای قطع مدار در برابر اضافه‌بار و اتصال‌کوتاه طراحی نشده‌اند. گونهٔ دیگری از این کلیدها که افزون بر جریان نشتی به اضافه‌بار هم واکنش نشان می‌دهند RCBO نامیده می‌شوند. RCD ممکن به در اشاره به کلیدهای RCCB و RCBO به کار رود اما نباید آنها را با کلیدهای ELCBکه به ولتاژهای سرگردان حساس است اشتباه گرفت.
شوک الکتریکی
در حالت شوک الکتریکی،برق گرفتگی یا فره‌گرفتگی، گذشتن گردش الکتریکی از تن آدم مایه دریافت درد یا آسیب دیدگی در تن میشود. اگر خوش بخت بوده باشید گستره فره گرفتگی به دریافت خارش یا لرزش بسنده میکند. اما زمانی که در حال کار کردن بر روی خطوط توان بالا هستیم، نشانه ها فره گرفتگی میتوانند خیلی جدیتر باشند بگونه ای که درد، کم ارزش‌ترین آنها به شمار میآید. شناسایی گذرگردش از تن به عامل های گوناگونی مانند ولتاژ، گردش، زمان گذر گردش، راه گردش در تن, بسامد و... بستگی دارد. اما روی هم رفته آستانه شناسایی برای گردش DC ، اگر از دست بگذرد بین ۵ تا ۱۰ میلی آمپر و برای گردش AC با فرکانس ۶۰ هرتز بین ۱ تا ۱۰ میلی آمپر است.
بررسی دانشی رخداد برق گرفتگی
چرخه الکتریکی از یک سرچشمه توان ، راه گذر، بار الکتریکی و توانگیر تشکیل شده . راه گذر گردش از یک منبع تغذیه آغاز و به زمین پایان مى گیرد. همیشه الکتریسیته یا گردش الکتریکى ، کوتاه ترین راه را براى رسیدن به زمین پیدا مى کند . از آنجا که 70 درصد تن ما را آب تشکیل داده و آب رساناى بسیار خوبى براى گذر گردش الکتریکى مى باشد پس هنگامی که انگشت ما با یک چرخه تماس دار تماس پیدا مى کند یعنى کوتاه ترین راه براى گذر گردش پیدا شده است.
آثار برق گرفتگی
عبور جریان الکتریکی از بافتهای زنده با توجه به جریان عبوری، نوع برق گرفتگی، مدت زمان برق گرفتگی و... میتواند آثار مختلفی را در پی داشته باشد و عمق آثار نیز با توجه به هر کدام از عوامل، متفاوت خواهد بود.
آثار جدی و مهم برق گرفتگی بر روی بدن جانداران و به ویژه انسان دو دسته هستند:
سوختگی
گذر گردش از تن به اندازه 1 میلى آمپر را آستانه پایین دریافت برق گرفتگى مى گویند . یک حس قلقلک پیدایش مى کند اما این گردش اگر از 100 میلى آمپر بیشتر باشد و ولتاژ تغذیه نیز به اندازه کافى بسیار باشد تن دچار ازدست دادن پاره تن مى گردد . اگر ولتاژ چیزى بین 500 تا 1000 ولت باشد ، به دلیل اُهم کم تن گردش بسیارى پیدایش مى شود.اما همان اندازه کم ایستادگی در تن در برابر گذر گردش ، مایه پیدایش گرماى بسیار و در پایان سوختگى بیرونى و درونى مى شود.
تأثیر بر روی دستگاه عصبی
اثر دیگر عبور جریان الکتریکی از بدن که از نظر مهلک بودن میتوان آن را پر اهمیت‌ترین اثر جریان الکتریکی بر روی بدن دانست، اثار آن بر روی سیستم عصبی است. منظور از سیستم عصبی، شبکهی بین سلولهای عصبی یا همان نرونهاست، که وظیفه آنها تنظیم فرایندهایی است که در اعضای بدن انجام میپذیرد. از جمله بخشهای مهم سیستم عصبی میتوان از مغز, نخاع و سلولهای حسی بدن را نام برد.
ارتباط بین سلولهای عصبی به وسیله جریان الکتریکی انجام میپذیرد. این سلولها برای برقراری ارتباط از سیگنالهای الکتریکی با جریان و ولتاژ بسیار پایین استفاده میکنند. به وسیله این سیگنالها دستور از سیستم عصبی به قسمتهای مختلف بدن مانند ماهیچهها یا غدد درون ریز میرسد. حال اگر جریان برق در بدن یک موجود زنده به اندازه کافی زیاد باشد، سیگنالهای الکتریکی فرستاده شده به وسیله مغز را خنثی خواهد کرد، بنابراین از ایجاد عکس العمل در بدن مصدوم جلوگیری خواهد کرد. همچنین عبور جریان الکتریکی از رگهای عصبی موجب به وجود آمدن حرکات غیر ارادی در بدن مصدوم خواهد شد به طوری که مصدوم نمیتواند هیچ اقدامی در مدت برق گرفتگی انجام دهد. این حالت زمانی که مصدوم هادی برق دار را به وسیله دست خود گرفته، میتواند خیلی خطرناک تر باشد چراکه ماهیچههای قرار گرفته بر روی ساعد که مسئول خم کردن انگشتان هستند از ماهیچههایی که مسئول صاف کردن انگشتها هستند قویترند. هنگام برق گرفتگی هر دونوع ماهیچه تلاش میکنند تا منقبض شوند اما در این حالت به علت قوی تر بودن ماهیچههای خمکننده پیروزی با آنهاست. اتفاقی که در این لحظه رخ میدهد این است که دست با تمام قوا مشت میشود، اگر زمانی که این اتفاق رخ میدهد هادی حامل جریان کف دست مصوم باشد، با مشت شدن دست هادی به دست چسبیده و هدایت الکتریکی بهتر برقرار خواهد شد. این میتواند موقعیت مصدوم را بیش از پیش خطر ناک کند. باید به این نکته اشاره کرد که در این حالت ول کردن هادی برای مصدوم غیر ممکن است.
افرادی که تجربه برق گرفتگی دارند احتمالاً با تشنجهای به وجود آمده در این حالت آشنا هستند. این تشنجها تنها در حالتی از بین خواهند رفت که عبور جریان از بدن متوقف شود. البته حتی پس از قطع برق نیز تا مدتی کنترل بعضی ماهیچهها برای مصدوم غیر ممکن است و همچنین عملکرد انتقال دهندههای عصبی تا مدتی مختل خواهد شد. از این قابلیت برای ساخت سلاحهای بی حرکت کننده استفاده میشود (توضیحات بیشتر در انتهای صفحه).
اثرات عبور جریان الکتریکی در بدن تنها به ماهیچههای حرکتی بدن محدود نمیشود. قلب و ششها دارای دیافراگمها یا دریچههایی هستند که عملکرد آنها را کنترل میکند. با عبور جریان از بدن سیگنالهای الکتریکی مغز برای این ماهیچهها خنثی خواهد شد و بدین ترتیب این ماهیچهها دچار عارضه "fibrillation" یا انقباض بی نظم عضلانی خواهد شد (در صورت AC بودن جریان). در این حالت قلب با سرعت بیشتر و با فشار کمتری میتپد به طوری که نمیتواند عمل رساندن خون به قسمتهای حساس بدن را انجام دهد. در هر حال نتیجه یک برق گرفتگی با شدت بالا، چه ایست قلبی باشد و چه خفگی مرگبار خواهد بود.
جریان الکتریکی از جهت نوع AC یا DC نیز میتواند آثار متفاوتی بر روی بدن داشته باشد. جریان DC همواره دارای مقداری ثابت است این خاصیت جریان DC میتواند موجب شود مصدوم در هنگام برق گرفتگی کاملاً فلج شود. بر عکس در جریان AC به خاطر تغییرات دائمی در بین هر سیکل، امکان فرار از حالت بیحرکت شدن بیشتر است. بنابر این از نظر بیحرکت کنندگی جریان DC از AC خطرناک تر است. اما تأثیرات جریان AC بر روی قلب میتواند مرگبارتر باشد چراکه جریان AC به راحتی قلب دچار حالت ضربان نا منظم (fibrillation) میکند و این در حالی است که جریان DC تنها موجب ایست قلبی میشود. در اینجا باید به این نکته اشاره کرد که امکان بازگشت برای قلبی که دچار ایست شده باشد از قلبی که دچار ضربان نامنظم شده باشد بیشتر است.
روشهای معالجه به وسیله شوک الکتریکی
از شوک الکتریکی در برخی روشها برای معالجه بیماریهای خاص و با درنظر گرفتن ملاحظات استفاده میشود. بعضی از این روشها عبارت‌اند از:
برای معالجه برخی بیماریهای روانی در روانپزشکی: از شوک الکتریکی امروزه در روش ECT یا درمان با تشنج الکتریکی (Electroconvulsive therapy) استفاده میشود. هدف از معالجه در این روش به وجود اوردن یک حمله صرعی مصنوعی است، نه ایجاد شوک و یا تشنج فیزیکی. در ضمن باید به نکته اشاره کرد که به علت بیهوشی بیمار دردی در هنگام حمله احساس نخواهد کرد. امروزه از این روش بیشتر در مورد بیماران مبتلا به افسردگی شدید استفاده میشود از این روش همچنین برای درمان بیماریهای روانی دیگر مانند شیدایی (mania)، کاتاتونی (catatonia) و روان‌گسیختگی (schizophrenia) نیز استفاده میشود. درانتها باید به این نکته اشاره کرد که آثار درمانی این روش برای تقریباً نصف استفاده کنندگان زودگذر است.
به عنوان معالجه برای بیمارانی که دچار ضربان نامنظم قلب یا fibrillation هستند: در این روش از دستگاهی به نام defibrillator استفاده میکنند. دستگاه defibrillator یک درمان قطعی برای بیمارانی است که دچار ضربان نامنظم قلب هستند. این دستگاه یک جریان DC با مقدار مناسب را از قفسه سینه عبور داده و با خنثی کردن ضربان به قلب اجازه میدهد تا به طور طبیعی به ضربان منظم برسد.
به عنوان روشی برای کاهش درد: در این روش از دستگاهی با نام TranscutaneousElectrical Nerve Stimulator) TENS) استفاده میشود. این دستگاه یک شبیه ساز سیگنالهای عصبی است که آنها را از راه پوست به بدن انتقال میدهد. انتقال سیگنالها به وسیله دو یا چند الکترودها صورت میگیرد. این دستگاه به ویژه درمورد کاهش درد زایمان مورد استفاده قرار میگیرد. با این وجود عدهای از متخصصان زایمان استفاده این دستگاه را در کاهش درد زایمان بی اثر میدانند.
برای شرطی سازی: در این روش از شوک الکتریکی به عنوان یک تنبیه و برای شرطی سازی افراد دچار عقب ماندگی ذهنی استفاده میشود. این روش از جمله روشهای بحث انگیز در استفاده از شوک الکتریکی است و تنها در یک موسسه با نام Judge Rotenberg در ایالات متحده مورد استفاده قرار میگیرد. این موسسه همچنین از شوک الکتریکی به عنوان تنبیه برای کودکان میتلا به مشکلات رفتاری نیز استفاده میکند.
استفاده از شوک الکتریکی به عنوان سلاح
تفنگ شوک الکتریکی یا Taser نوعی اسلحه خاص برای ایجاد اغتشاش ماهیچهای و در نتیجه بی حرکت کردن فرد است. این اسلحه بر طبق اصول برق گرفتگی به طور ناگهانی و برای مدت بسیار کوتاهی ولتاژ بسیار بالا اما با جریان کم را بین دو الکترود خود ایجاد میکند. حال اگر فردی در تماس با اسلحه قرار داشته باشد سیستم انتقال عصبی او دچار اختلال شده و به این ترتیب فرد اختیار کنترل ماهیچههای خود را برای مدتی از دست خواهد داد این عملکرد با درد شدیدی برای فرد مورد حمله قرار گرفته همراه خواهد بود. برای اکثر مردم حداقل دو تا سه ثانیه طول میکشد تا تعادل خود را از دست بدهند. ولتاژ بین الکترودها وابسته به نوع سلاح بین ۵۰ kV تا ۱ MV خواهد بود اما ولتاژهای رایج برای این اسلحه بین۲۰۰ kV تا ۳۰۰ kV هستند.
تاریخ الکتریسیته
الکتریسیته شاخه‌ای از فیزیک می‌باشد که به مطالعهٔ ویژگی‌های آثار و انتقال بارهای الکتریکی می‌پردازد. الکتریسیته از واژهٔ یونانی الکترون، به معنی کهربا گرفته شده است. نخستین بار، تالس، دانشمند یونانی در نوشته‌های خود خاصیت کهربا را معرفی کرده است. در زمان تالس در طی تحقیقات او مشخص شده بود که هرگاه کهربا را با پارچهٔ پشمی مالش دهند، اجسام سبک مانند کاه را به خود جذب میکند.
دو هزار سال پیش، اطلاعات انسان دربارهٔ الکتریسیته به همان خاصیت کهربا محدود می‌شد تا آنکه ویلیام گیلبرت، پزشک انگلیسی با انتشار کتابی با نام درباره مغناطیس به شرح تفاوت میان نیروهای مغناطیسی و نیروهای الکتریکی پرداخت و فصل جدیدی را با انتشار این کتاب در در دنیای الکتریسیته باز نمود.
در سال ۱۶۶۳، اتوفون گوریکه اولین ماشین مولد الکتریسیته را ساخت و ۱۵۰ سال بعد از او شارل دوفی، به وجود دو نوع بار الکتریکی پی برد و بنجامین فرانکلین دو اصطلاح بار مثبت و بار منفی را برای آنها به کار برد.
الساندر ولتا، فیزیکدان ایتالیایی، در سال ۱۷۷۵ الکتروفور را برای انتقال الکتریسیته ساکن ایجاد نمود و در سال ۱۸۰۱ پیل الکتریکی را پس از آن اختراع کرد. با اختراع پیل الکتریکی امکان ایجاد جریان برق فراهم گشت و در نتیجه آن امکان آزمایش‌های گونانی فراهم شد که از حاصل آن میتوان به کشف اثر مغناطیسی جریان الکتریکی توسط هانس کریستیان ارستد اشاره کرد که بعدها توسط آندره آمپر مورد مطالعه بسیار قرار گرفت.
کمی بعد مایکل فارادی شیمی‌دان و فیزیکدان برجسته انگلیسی، مولد مغناطیسی الکتریسیته را اختراع نمود. در سال ۱۸۸۰ نخستین نیروگاه مولد برق توسط توماس ادیسون در نیویورک، راه اندازی شد و توانست بخشی از شهر نیویورک را روشن کند. نیروگاه برق ادیسون جریان مستقیم تولید می‌کرد، در نتیجه مشکل انتقال جریان وجود داشت، تا آنکه در سالهای بعد، نیروگاه جریان متناوب به کار افتاد و الکتریسیته اهمیت ویژه‌ای در علم و صنعت پیدا نمود.
ظرفیت خازنی
در الکترومغناطیس و الکترونیک، ظرفیت خازنی (به انگلیسی: Capacitance) به توانایی نگه‌داری بار الکتریکی توسط یک پیکر گفته میشود.ظرفیت همچنین مقدار انرژی الکتریکی اندوخته شده یا جدا است که پتانسیل الکتریکی نامیده می‌گردد.همگانی‌ترین گونه از دستگاه انبارش انرژی، خازن‌هایی با صفحه‌های موازی است.در خازن‌های صفحه موازی، ظرفیت با اندازه مساحت سطح صفحه (A) رابطه مستقیم و با فاصله میان دو صفحه موازی (d) رابطه عکس دارد.اگر بارهای الکتریکی روی صفحه‌ها را با Q+ و Q- و ولتاژ اعمال شده به میان دو صفحه را با V نشان دهیم، داریم:
C = \frac{Q}{V} \, .
در اس‌آی یکای ظرفیت فاراد است و هر فاراد برابرست با ۱ کولن بر ولت.
انرژی (با یکای ژول) اندوخته شده در یک خازن با کار انجام شده برای باردار کردن آن خازن برابر است.ظرفیت C را در نظر بگیرید که در آن بار q+ در یک صفحه و بار q- در دیگری موجود هستند؛ اگر یک بار الکتریکی از یک صفحه بر خلاف جهت پتانسیل به سمت صفحه دیگر حرکت کند طبق V=q/C، تغییرهای کار (dW) برابرست با:
\mathrm{d}W = \frac{q}{C}\,\mathrm{d}q
که در اینجا:
W کار انجام شده است که با ژول
q اندازه بار است و با کولن
C ظرفیت است و با فاراد اندازه‌گیری میشود.
اندازه انرژی اندوخته شده در یک خازن با استفاده از یک معادله انتگرالی بدست میآید.کار (W) انجام شده برای باردار کردن یک خازن بدون بار (q = ۰) که در آن برای باردار شدن، بارها از صفحه‌ای به صفحه دیگر می‌جهند تا هر یک از بارهای Q+ و Q- در صفحه‌هایی جدا قرار گیرند،
ولتاژ بالا
واژه ولتاژ بالا یا فشارقوی به مدارهای الکتریکی‌ای اطلاق میشود که به خاطر میزان ولتاژ بالای موجود در آنها نیازمند تدبیرات ایمنی ویژه یا عایق‌بندی مناسب هستند. مدارهای ولتاژبالا در انتقال انرژی الکتریکی، لامپ اشعه کاتد، اشعه ایکس به کار می‌روند.
ولتاژ بالا به معنی ولتاژی بیش از ۱٬۰۰۰ ولت است بدین معنی که ولتاژهای بیش از هزار ولت را ولتاژ بالا و زیر هزار ولت را ولتاژ پایین می نامند.
تاثیرات خطوط فشار قوی بر سلامتی
گفته میشود زندگی در نزدیکی خطوط فشار قوی احتمال بیماری‌هایی نظیر سرطان، ناباروری و برخی بیماریهای روانی را افزایش میدهد. یک راه حل مبارزه با این مشکل استفاده از خطوط زیرزمینی است.
حریم خطوط فشار قوی
برای حفظ مردم از اثرات سوء میدان‌های الکترومغناطیسی ناشی از خطوط فشارقوی، برای خطــوط برق ۲۰ کیلوولت ۵ متر، ۶۳ کیلوولت ۱۳ متر، ۱۳۲ کیلوولت ۱۵ متر، ۲۳۰ کیلوولت ۱۷ متر و ۴۰۰ کیلوولت ۲۰ متر حریم درنظر گرفته شده است.
ولتاژ پایین
ولتاژ پایین یک اصطلاح نسبی است که در متون مختلف تعریف متفاوتی دارد.
keywords : یورد،یورد نیوز،قرمز
