طبیعت متناوب جریان‌های AC

بیشتر ما برخی از انواع شوک‌های الکتریکی را تجربه کرده‌ایم، جایی که الکتریسیته باعث درد یا آسیب در بدن ما می‌شود. اگر ما خوش شانس بوده باشیم محدوده آن تجربه حس خارش یا درد ناشی از تخلیه الکتریسیته ساکن از طریق بدن ما بوده است.


نشانه شوک الکتریکی: در فرانسه این نشان بسیار واضح‌تر از آمریکای شمالی به تصویر کشیده شده است


هنگامی که ما در حال کار بر روی مدارهای الکتریکی که قابلیت تحویل انرژی بالا به وسیله مصرفی را دارند، می‌باشیم، در صورت وقوع شوک الکتریکی مسئله بسیار خطرناک‌ می‌شود.

همانطور که می‌دانیم جریان الکتریکی از طریق یک ماده هدایت می‌شود و هر گونه مخالفت با آن جریان برق (مقاومت)، منجر به اتلاف انرژی می‌شود، که معمولا به صورت گرما خود را نشان می‌دهد. این اساسی‌ترین و ساده‌ترین تاثیر الکتریسیته بر روی بافت زنده می‌باشد یعنی جریان آنرا گرم می‌کند. اگر مقدار گرمای تولید شده به میزان کافی باشد باعث سوختن بافت زنده‌ می‌شود.

اثر فیزیولوژیکی الکتریسیته مثل آسیب ناشی از شعله آتش یا دیگر منابع گرما با درجه حرارت بالا است، به علاوه برق نه تنها قادر به سوختن بافت زیر پوست می‌باشد بلکه توانایی سوختن اندام‌های داخلی را نیز دارد.

یکی دیگر از اثرات جریان روی بدن که به مراتب خطرناک‌تر از سوختن است، تاثیر آن روی سیستم عصبی بدن می‌باشد. منظور از "سیستم عصبی"، شبکه سلول‌های خاصی در بدن است به نام "سلول‌های عصبی" یا "نورون‌ها"، که وظیفه پردازش و فرستادن پیغام‌های عصبی کنترل کننده‌ی اعضای انسان را بر عهده دارند. مغز، نخاع، اندام‌های حسی / حرکتی در بدن با هم کار می‌کنند تا انسان حس کند، حرکت نماید، پاسخ دهد، فکر کند و یادآوری نماید.

سلول‌های عصبی به وسیله "transducers" (مبدل‌ها) و ایجاد سیگنال‌های الکتریکی (ولتاژ و جریان‌های بسیار کوچک) در پاسخ به ورودی ترکیبات شیمیایی خاصی به نام انتقال دهنده‌های عصبی با هم ارتباط برقرار می‌کنند و هنگامی که از طریق سیگنال‌های الکتریکی تحریک می‌شوند، نوروترانسمیترها آزاد می‌شوند.

اگر جریان الکتریکی به اندازه کافی بزرگ باشد و از طریق یک موجود زنده (انسان یا غیره) هدایت شود، اثر آن بر خلاف سیگنال‌های الکتریکی کوچکی است که به طور معمول توسط نورون‌ها تولید می‌شود، در نتیجه کارکرد سیستم عصبی را مختل می‌کند و مانع از هرگونه ارسال سیگنال برگشتی خواسته و ناخواسته می‌شود که بتواند عضلات را فعال نماید. عضلات بوسیله شوک الکتریکی به طور غیر ارادی عمل می‌نمایند و فرد قربانی نمی‌تواند هیچ کاری را انجام دهد.

این مشکل به ویژه وقتی که فرد قربانی با دست‌های خود هادی حامل جریان برق را لمس می‌نماید بسیار خطرناک‌تر است. عضلاتی از ساعد که مسئول خم کردن انگشتان دست می‌باشند، قوی‌تر از عضلات مسئول بازنمودن انگشتان دست هستند و بنابراین اگر هر دو عضله در معرض جریان برقی که از بازو عبور می‌کند قرار گیرند، عضلات خم کردن که قوی‌تر می‌باشند برنده شده و انگشتان دست را، جمع نموده و به حالت مشت در می‌آورد.

اگر هادی‌ای که باعث عبور جریان برق از بدن قربانی شده به وسیله کف دست شخص گرفته شده باشد، این حالت باعث قفل شدن دست قربانی به سیم شده و وضعیت را بدتر و وخیم‌تر می‌نماید و قربانی توانایی رها کردن سیم برق را نخواهد داشت. از لحاظ پزشکی به این وضعیت انقباض غیر ارادی عضلانی" تشنج" گفته می‌شود. کسانی که با الکتریسیته سروکار دارند قربانی این نوع شوک الکتریکی را "فلج شده‌ی جریان برق" می‌نامند. شوک منجر به تشنج را تنها به وسیله قطع جریان برق از قربانی می‌توان متوقف کرد.

حتی زمانی که جریان برق قطع می‌شود قربانی شاید تا مدتی نتواند کنترل ارادی زیادی روی بعضی از حرکات خود داشته باشد. از این اصل در دستگاه‌های "تفنگ عصبی" مانند Tasers استفاده شده است. که بر اساس اصل اعمال ولتاژ بالا بین دو الکترود به یک نفر است. یک شوک که به خوبی به فردی اعمال شده باشد تا مدتی آنرا بی حرکت نگه می‌دارد.

با این حال، جریان الکتریکی در یک شوک، نه تنها روی عضلات اسکلتی تاثیر می‌گذارد بلکه روی عضله دیافراگم ریه‌ها هم اثر می‌گذارد و قلب (که خود عضله‌ای است) با جریان الکتریکی در حالت "فلج " قرار می‌گیرد. حتی جریان‌هایی که دامنه‌ی کمی دارند برای ایجاد اغتشاش در عملکرد سلول‌های عصبی کافی بوده و اغلب می‌توانند سیگنال‌های سلول عصبی را به اندازه کافی منحرف نمایند و قلب نمی‌تواند به طور صحیح ضربان نموده و به حالت "فیبریلاسیون" می‌رود.

در فیبریلاسیون، قلب به جای ضربان منظم و پمپاژ خون به ارگان‌های حیاتی بدن لرزش‌هایی بی فایده را تولید می‌کند. در هر صورت، مرگ و میر ناشی از خفگی یا ایست قلبی به علت عبور جریان الکتریکی (در صورت وقوع) بسیار محتمل است. در این حالت، کادر پزشکی از یک ابزار آهنی استفاده می‌نمایند که داخل آن جرقه قوی جریان الکتریسیته در سراسر قفسه سینه قربانی وارد نموده تا قلب دچار فیبریلاسیون مجددا "شروع به ضربان " طبیعی و نرمال نماید.

جریان‌های AC و DC هر کدام خطرات خاص خود را دارند. اگرچه مطالعات اولیه ما بیشتر روی جریان‌های DC متمرکز بوده اما درحال حاضر جریان‌های AC بیشتر مرسوم هستند. خطرات خاص هر دو نوع می‌طلبد که رعایت ایمنی جزو اصول اولیه کار با هر دو نوع جریان باشد.

اثر جریان AC در بدن بیشتر به فرکانس بستگی دارد. در شبکه‌های برق از فرکانس‌های پایین (50 و 60 هرتز) استفاده می‌شود، در ایالات متحده فرکانس 60 هرتز و در اروپا فرکانس 50 هرتز استفاده می‌شود؛ این فرکانس‌های پایین خیلی خطرناکتر از فرکانس‌های بالاتر AC بوده و همچنین بین 3 تا 5 برابر از جریان DC با ولتاژ و جریان برابر خطرناک‌تر می‌باشند. جریان در فرکانس‌های پایین AC احتمال انقباض ماهیچه‌ای را افزایش داده و ممکن است باعث قفل شدن دست به منبع جریان شود و مدت در معرض جریان بودن را طولانی‌تر نماید .

جریان DC بیشتر باعث ایجاد یک تکان و انقباض می‌شود و اغلب قربانی را از منبع جریان دور می‌کند.

طبیعت متناوب جریان AC بیشتر تمایل دارد تا نورون‌های ضربان ساز قلب را به حالت فیبریلاسیون ببرد، در حالیکه جریان DC تمایل دارد فقط قلب را ثابت نگه دارد.

هنگامی که جریان شوک متوقف می‌شود، قلب "بی حرکت شده " نسبت به یک قلب فیبریلاسیون شانس بالاتری برای بازگشت به ضربان عادی دارد. به همین دلیل است که تجهیزات "Defibrillation" (آنتی فیبریلاسیون) که توسط پزشکان اورژانس استفاده می‌شود، با جریان DC کار می‌کنند. منبع جریانی که توسط دستگاه Defibrillator تامین می‌شود، فیبریلاسیون را متوقف کرده و فرصتی برای بهبود به قلب می‌دهد.

در هر صورت، جریان‌های الکتریکی با دامنه بزرگ، که باعث ایجاد فعالیت عضلانی غیر ارادی می‌شوند، خطرناک هستند و به هر قیمتی باید از آنها اجتناب شود.

بنابراین، بیایید نتیجه بگیریم که:

  • جریان الکتریکی می‌تواند سوختگی عمیق و شدید در بدن ایجاد کند که به علت اتلاف جریان در سراسر مقاومت الکتریکی بدن است.
  • تشنج شرایطی است که عضلات به صورت غیر ارادی به علت عبور جریان الکتریکی خارجی از بدن روی می‌دهد. هنگامی که انقباض غیر ارادی عضلات کنترل انگشتان دست روی می‌دهد، موجب می‌شود که یک قربانی نتواند هادی برق را از دستش بیرون بیاورد، گفته می‌شود که قربانی "با جریان خشک شده " است.
  • دیافراگم (ریه) و ماهیچه‌های قلب به طور مشابه تحت تاثیر جریان الکتریکی قرار دارند. حتی جریان‌هایی با دامنه بسیار کم، می‌توانند به اندازه کافی قوی باشند تا موجب تداخل در کار نورون‌های ضربان ساز قلب شوند و به جای آن که قلب با شدت و قدرت ضربان بزند باعث می‌شوند تنها لرزش‌های کوچکی را شاهد باشیم.
  • جریان مستقیم (DC) بیشتر باعث ایجاد تشنج عضلانی نسبت به جریان متناوب (AC) می‌شود، یعنی جریان DC بیشتر احتمال دارد که قربانی را در حالت شوک، بی حرکت کند. با این حال، جریان AC بیشتر احتمال دارد که قلب قربانی را به فیبریلاسیون ببرد، که پس از اینکه جریان برق گرفتگی قطع شد وضعیتی خطرناک‌تر برای قربانی می‌باشد. 


منبع: Lessons In Electric Circuits, Volume I – DC