一场暴风雪造成了重大的损失,树枝被压断,乡村盖上了厚厚的雪。此时最大的危险也许是来自于街上仍闪着电火花的掉落在地上的高压电线。居民被警告远离高压线。是什么使得高压线那么可怕呢?
输电线有时会发出电火花,提示你存在的危险。来自电力公司的两条输电线,其中一条是“火线”,发电厂通过它把电能输送过来;另一条线从用户处返回到发电厂,叫做“零线”。一根火线可以与大地构成一个回路,一个人若碰到掉落在地上的火线,电流会通过这个人的身体与大地之间形成短路。短路(shortcircuit)时电流没有按预定的路径通过零线,而是通过人体流动。
短路中的非预定电路比预定电路的电阻小,因此短路的电流可能更大,结果会造成生命危险。
不只是掉落在地上的高压输电线会造成触电事故,普通的家庭电路同样会造成触电伤亡事故。如果你的手接触到220伏的电路,电势差(电压)就在你与地面之间产生。只要存在电压就有电流流过,电流就会通过你的身体。
家中电器设备的电线是用绝缘层保护起来的。有时绝缘层破损了,出现外露的金属线。如果碰到这样的金属线,人体就成了电路的一部分,轻者会感到疼痛,重者会受到伤害。
许多电器内部都有裸露的金属线,如烤箱。如果这样的金属线和烤箱的金属外壳相接触,整个烤箱就导电。你只要碰到烤箱外壳,就会触电。
有没有办法来保护自己,使自己在成为电路的一部分时免受伤害呢?鞋底通常为你的脚与地面之间提供大电阻,这样,电流就不足以使你严重受伤。如果你赤着脚或站在浴缸里接触火线,那会发生什么现象?赤着脚时,人体的电阻变小了。普通自来水不是电的良导体,站在浴缸中,水能减小你的人体电阻。人体电阻变小后,同样大的电压会产生强电流,从而使你受到严重伤害。
附加的接地线保护人们免遭电击。如果一个电器里出现短路,电流就通过低电阻接地线直接流入大地。这种情况下,人们碰到电器也不会触电。
你有没有注意到有些插头上有三个触头,两个扁平的触头把电器设备连接到家庭电路中,第三个圆形的触头把电器设备的金属外壳连接到建筑物的地线上。
为了使人们避免触电,电路系统都应该接地。电路接地时,电荷能直接从电路流入大地。
受上述思想的启发,富兰克林发明了避雷针。避雷针(LightningRod)是为了保护建筑物而安装在建筑物顶部的金属杆。回想一下第一节中讲的雷雨期间地面上电荷的感应。
闪电是由带电云层和地面上带相反电荷的物体之间的电荷移动引起的。富兰克林认识到,尖状物体比平面状物体更容易聚集电荷。因此,雷电中的电子易被避雷针一类尖尖的物体吸引。
避雷针和地线相连接,当闪电击中金属杆尖端时,电荷通过金属杆流入导线,然后流到地面。这样就保护了建筑物。
了解了避雷针的原理,你就会懂得在雷雨期间呆在哪里更安全。呆在高大的导体下,如在高大潮湿的大树下是不安全的。
手中有尖的金属物体如雨伞等那就更糟。如果雷雨时你在室外,保护自己的最好办法是呆在干燥的地势低的地方。
一根导线,若通过的电流比它设计通过的电流大时,导线会发热。如果导线过热,就会熔化导线的绝缘外层。热的导线和建筑物墙上的易燃材料接触,容易引起火灾。
如果电路超负荷,电流就变得很大。回想一下,当你在并联电路中增加一条支路时,总电阻减小,电流增大。如果你同时使用太多的设备,电路就会变得很危险,超负荷的电路可能导致火灾。为了防止电路发热过强,导线温度过高,通常需要在电路中安装保险丝和电路断路器。
保险丝是细条状的金属线,如果太大的电流通过它,它就会熔化。当这根金属线熔化或“烧断”时,电路就被断开,电流停止。如果你同时接入太多的设备,保险丝就会烧断,从而使电路断开。一旦电路超负荷得到纠正,换上新的保险丝,电路就又恢复工作。
保险丝烧断后,不能再次使用。为了避免换保险丝所带来的麻烦,新建楼房中的电路由一种叫电路断路器(circuitbreaker)的设备来保护电路。电路断路器是一种安全装置,当电流太大时,它利用电磁铁装置来断开电路。重新接通电路断路器很容易,只要推回一个触头即可。但只有在关闭引起电路电流过大的设备之后才可行。
为什么保护人体免遭电击那么重要?人体依赖于电信号。例如,微弱的电脉冲,控制着你心脏的跳动,同样,电信号控制着你的呼吸和肌肉的运动。如果你的身体得到来自外部的电流,这种电流就会干扰你体内正常的工作程序。
在干燥的空气中走过地毯在门上感到的由静电放电引起的电击,与你接触到掉落在地的输电线引起的触电是不同的。触电的严重程度取决于电流大小。
小于001安培的电流几乎是感觉不到的。然而到了01~02安培之间,电流就可能对人体有危险。这样的电流可能引起你心跳不规则及血液循环混乱,流入你手的电流会通过你的手臂,穿过你的心脏。大于02安培的电流就会引起烧伤,甚至使心脏停止跳动。
触电电流跟电压和人体电阻有关,电压由电源决定。你能安全地握着给收音机供电的15伏电池,但碰到几千伏的高压线就会身亡。
电压一定,电流大小就取决于人体电阻。人体电阻受多个因素的影响。一个因素是人体组织的导电能力。对电流而言,活细胞的电阻很小。因为人体细胞中的液体含有离子,它们是导电的带电粒子。
另一个因素是你皮肤的干燥程度。如果你皮肤很干燥,那么你的人体电阻就很大。但是,当你皮肤潮湿时,你的电阻就要降低几百倍。因此,同样的电压,你皮肤潮湿时比干燥时造成的触电更严重。