خطر برق: چگونه از شوک الکتریکی و سوختگی در امان باشیم؟
برق چگونه به ما آسیب میزند؟ (مقدمهای بر فیزیک خطر)
برق برای زندگی ما ضروری است، اما مانند یک شمشیر دو لبه عمل میکند. جریان برق از حرکت الکترونها در یک مادهی رسانا مانند سیم مسی ایجاد میشود. وقتی بدن انسان به عنوان بخشی از این مسیر قرار میگیرد، جریان برق از آن عبور میکند و باعث آسیب میشود. دو آسیب اصلی، شوک الکتریکی1 و سوختگی است.
میزان آسیب به عواملی مانند مقدار جریان (بر حسب آمپر)، مدت زمان تماس، مسیر عبور جریان در بدن و رطوبت پوست بستگی دارد. حتی یک جریان کوچک در حد 0.1 آمپر میتواند کشنده باشد اگر از قلب عبور کند. رابطهی بین ولتاژ، جریان و مقاومت بدن با قانون معروف اهم نشان داده میشود:
در این فرمول، V ولتاژ (بر حسب ولت)، I جریان (بر حسب آمپر) و R مقاومت (بر حسب اهم) است. مقاومت بدن انسان در شرایط خشک ممکن است حدود 100,000 اهم باشد، اما وقتی پوست خیس است، این مقاومت میتواند به زیر 1,000 اهم کاهش یابد. بنابراین، با یک ولتاژ ثابت (مثلاً 220 ولت برق شهر)، جریان عبوری از بدن خیس بسیار بیشتر و در نتیجه خطرناکتر خواهد بود.
دستهبندی خطرات و علل ایجاد آنها
خطرات برقی که ما را تهدید میکنند، به چند دستهی اصلی تقسیم میشوند. آشنایی با این دستهبندی به درک بهتر و پیشگیری کمک میکند.
| نوع خطر | شرح و علت | مثال ملموس | سطح خطر |
|---|---|---|---|
| شوک الکتریکی مستقیم | تماس مستقیم بدن با بخشهای دارای برق (فاز). مثلاً دستزدن به سیم لخت یا داخل پریز. | کودکی که سنجاق را داخل پریز میکند. تعمیر سیم لخت چراغ مطالعه بدون قطع برق. | خطر بسیار بالا |
| شوک الکتریکی غیرمستقیم | تماس با بدنهای که در حالت عادی بیبرق است، اما به دلیل اتصالی2 برقدار شده است. | دستزدن به بدنهی یخچال یا ماشین لباسشویی که سیم اتصال به زمین3 ندارد و دچار اتصالی داخلی شده. | خطر بالا |
| سوختگی حرارتی (قوس الکتریکی) | جرقه یا قوس ناگهانی بین دو نقطه با ولتاژ متفاوت که حرارت شدید تولید میکند. | بازکردن کلید اصلی برق تحت بار (مثلاً وقتی کولر روشن است). استفاده از فیوز نامناسب. | خطر بالا (سوختگی شدید) |
| سوختگی مقاومتی (جoule heating) | عبور جریان برق از بدن که باعث گرم شدن و سوختگی بافتها در نقطهی تماس و مسیر عبور میشود. | نگهداشتن سیم برقدار با دست خیس برای مدت چند ثانیه. | متوسط تا بالا |
| آتشسوزی | گرمای ناشی از اتصالی، اضافه بار4 یا اتصال ضعیف که به مواد اطراف سرایت میکند. | استفاده از چندین سهراهی و آدابتور برای وسایل پر مصرف مانند هیتر و سماور. | خطر جمعی |
ایمنی در عمل: از خانه تا آزمایشگاه مدرسه
حالا که با خطرات آشنا شدیم، بیایید ببینیم چگونه میتوانیم در محیطهای مختلف، ایمن عمل کنیم. این قوانین ساده اما حیاتی هستند.
قانون طلایی همیشه قبل از کار روی وسیلهای، برق آن را از پریز بکشید یا فیوز مربوطه را قطع کنید. فرض نکنید کلید خاموش، وسیله را بیبرق کرده است.
در خانه:
- هرگز با دست خیس یا در حالی که پایتان روی زمین مرطوب است، به پریز برق یا وسیلهای روشن دست نزنید. این کار مقاومت بدن را به شدت کاهش میدهد.
- از سیمهای فرسوده یا رابطهای شکسته استفاده نکنید. سیمها را زیر فرش یا محل عبور و مرور قرار ندهید.
- پریزهای نزدیک به سینک ظرفشویی، حمام یا هر منبع رطوبت باید از نوع حفاظدار (GFCI)5 باشند که در صورت نشتی جریان، بلافاصله برق را قطع میکنند.
- هیچگاه چند وسیلهی پر مصرف (مانند مایکروویو، سماور برقی، توستر) را همزمان به یک چند راهی وصل نکنید. این کار باعث اضافه بار و داغ شدن سیمکشی میشود.
در آزمایشگاه فیزیک یا کارگاه:
- حتماً از وسایل حفاظت فردی مانند کفش عایق و زیرانداز عایق استفاده کنید.
- هنگام کار با مدارهای آزمایشگاهی، ابتدا اطمینان حاصل کنید منبع تغذیه خاموش است و سپس اتصالات را انجام دهید. پس از اتمام اتصالات، منبع را روشن کنید.
- از سالم بودن سیمهای رابط و پروبهای مولتیمتر مطمئن شوید.
با استفاده از قانون اهم: $I = \frac{V}{R} = \frac{220}{50,000} = 0.0044 \, A$ یا 4.4 میلیآمپر. این جریان ممکن است باعث یک شوک قابل احساس و انقباض عضلانی شود. حالا اگر پوست خیس باشد و مقاومت به 1,000 اهم برسد، جریان به 0.22 آمپر یا 220 میلیآمپر میرسد که میتواند بسیار خطرناک و کشنده باشد.
پرسشهای متداول و باورهای نادرست
پاسخ: در شرایط معمولی، ولتاژهای پایین (زیر 50 ولت برای جریان متناوب) به دلیل مقاومت پوست، جریان خطرناکی ایجاد نمیکنند. اما اگر این ولتاژ مستقیماً از طریق یک زخم یا در محیطی کاملاً مرطوب به بافتهای داخلی بدن برسد، میتواند آسیبزا باشد. همچنین، اتصال کوتاه6 باتریهای قوی (مانند باتری خودرو) میتواند باعث سوختگی شدید یا آتشسوزی شود.
پاسخ: این یک باور نادرست و خطرناک است. چوب خشک عایق نسبتاً خوبی است، اما اگر رطوبت داشته باشد (که اغلب دارد) یا آلوده به گرد و غبار و نمک باشد، میتواند جریان را عبور دهد. بهترین و ایمنترین کار، قطع برق از فیوز اصلی قبل از دستزدن به سیمها است. برای کار اضطراری، فقط از ابزارهای عایقبندی شدهی استاندارد استفاده کنید.
پاسخ: هرگز مستقیماً به بدن فرد دست نزنید، زیرا شما هم به مدار برق وصل میشوید. فوراً برق را از طریق قطع کلید اصلی (کنتور) یا بیرون کشیدن دو شاخه از پریز با استفاده از یک شیء عایق خشک مانند چوب خشک یا پلاستیک سخت قطع کنید. سپس با شمارههای اورژانس (115 و 125) تماس بگیرید و کمکهای اولیه را آغاز کنید.
پاورقی و واژهنامه
1شوک الکتریکی (Electric Shock): اثر فیزیولوژیکی عبور جریان الکتریکی از بدن موجود زنده.
2اتصالی (Short Circuit یا Fault): اتصال ناخواستهای با مقاومت بسیار کم بین دو نقطهای که باید ولتاژ متفاوتی داشته باشند.
3سیم اتصال به زمین (Ground Wire یا Earth): سیم حفاظتی که بدنهی فلزی وسایل را به زمین متصل میکند تا در صورت اتصالی، جریان به زمین منتقل شود و از برقدار شدن بدنه جلوگیری کند.
4اضافه بار (Overload): زمانی که جریان کشیده شده از یک مدار، از مقدار مجاز طراحی شده برای آن بیشتر شود.
5GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter): یک کلید حفاظتی بسیار حساس که اختلاف جریان بین سیم فاز و نول را اندازهگیری کرده و در صورت تشخیص نشتی (مثلاً عبور جریان از بدن فرد به زمین)، در کسری از ثانیه برق را قطع میکند.
6اتصال کوتاه (Short Circuit): حالت خاصی از اتصالی که مقاومت بین دو نقطه تقریباً صفر است و جریان بسیار بزرگی به طور ناگهانی جاری میشود.
