طبیعت متناوب جریانهای AC

بیشتر ما برخی از انواع شوک های الکتریکی را تجربه کرده ایم، جایی که الکتریسیته باعث درد یا آسیب در بدن ما می شود. 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 واضح تر 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 دارا هستند، می باشیم، در صورت وقوع شوک الکتریکی مسئله بسیار خطرناکتر می شود.

همانطور که می دانیم جریان الکتریکی از طریق یک ماده هدایت می شود و هر گونه مخالفت با آن جریان برق (مقاومت)، منجر به اتلاف انرژی می شود، که معمولا به صورت گرما خود را نشان می دهد. این اساسی ترین و ساده ترین تاثیر الکتریسیته بر روی بافت زنده می باشد یعنی جریان آنرا گرم می کند. اگر مقدار گرمای تولید شده به میزان کافی باشد باعث سوختن بافت زنده می شود.

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 می باشد بلکه توانایی سوختن اندام های داخلی را نیز دارد.

یکی دیگر از اثرات جریان روی بدن که به مراتب خطرناکتر از سوختن است، تاثیر آن روی سیستم عصبی بدن می باشد. منظور از "سیستم عصبی"، شبکه سلولهای خاصی در بدن است به نام "سلول های عصبی" یا "نورون ها"، که وظیفه پردازش و فرستادن پیغامهای عصبی کنترل کننده ی اعضای انسان را بر عهده دارند. مغز، نخاع، اندام های حسی / حرکتی در بدن با هم کار می کنند تا انسان حس کند، حرکت نماید، پاسخ دهد، فکر کند و یادآوری نماید.

سلول های عصبی به وسیله  "transducers"( مبدل ها) و ایجاد سیگنال های الکتریکی (ولتاژ و جریان های بسیار کوچک) در پاسخ به ورودی ترکیبات شیمیایی خاصی به نام انتقال دهنده های عصبی با هم ارتباط برقرار می کنند و هنگامی که از طریق سیگنال های الکتریکی تحریک می شوند، نوروترانسمیترها آزاد می شوند.

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 نورون ها تولید می شود، در نتیجه کارکرد سیستم عصبی را مختل می کند و مانع از هرگونه  ارسال سیگنال برگشتی خواسته و ناخواسته می شود که بتواند عضلات را فعال نماید. عضلات بوسیله شوک الکتریکی به طور غیر ارادی عمل می نمایند و فرد قربانی نمی تواند هیچ کاری را انجام دهد.

این مشکل بویژه وقتی که فرد قربانی با دستهای خود هادی حامل جریان برق را لمس می نماید بسیار خطرناکتر است. عضلاتی از ساعد که مسئول خم کردن انگشتان دست می باشند، قویتر از عضلات مسئول بازنمودن انگشتان دست هستند و بنابراین اگر هر دو عضله در معرض جریان برقی که از بازو عبور می کند قرار گیرند، عضلات خم کردن که قویتر می باشند برنده شده و انگشتان دست را، جمع نموده وبه حالت مشت در می آورد.

اگر هادی ای که باعث عبور جریان برق از بدن قربانی شده بوسیله کف دست شخص گرفته شده باشد، این حالت باعث قفل شدن دست قربانی به سیم شده و وضعیت را بدتر و وخیم تر می نماید،  قربانی توانایی رها کردن سیم برق را نخواهد داشت .

از لحاظ پزشکی این وضعیت انقباض غیر ارادی عضلانی" تشنج" نامیده می شود. کسانی که با الکتریسیته سروکار دارند قربانی این نوع شوک الکتریکی را "فلج شده ی جریان برق " می نامند. شوک منجر به تشنج را تنها بوسیله قطع جریان برق از قربانی می توان متوقف کرد.

حتی زمانی که جریان برق قطع می شود قربانی شاید تا مدتی نتواند کنترل ارادی زیادی روی بعضی از حرکات خود داشته باشد. این اصل در دستگاه های "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 شود تامدتی آنرا بی حرکت نگه می دارد.

با این حال، جریان الکتریکی دریک شوک، نه تنها روی عضلات اسکلتی تاثیر می گذارد بلکه روی عضله دیافراگم ریه ها هم اثر می گذارد و قلب (که خود عضله ای است) با جریان الکتریکی در حالت "فلج " قرار می گیرد. حتی جریانهایی که دامنه ی کمی دارند برای ایجاد اغتشاش در عملکرد سلول های عصبی کافی بوده و اغلب می توانند سیگنال های سلول عصبی را به اندازه کافی منحرف نمایند و قلب نمی تواند به طور صحیح ضربان نموده و به حالت "فیبریلاسیون" می رود.

 در فیبریلاسیون، قلب به جای ضربان منظم و پمپاژ خون به ارگان های حیاتی بدن لرزش هایی بی فایده را تولید می کند. 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 می نمایند 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 هرکدام خطرات خاص خود را دارند. اگرچه مطالعات اولیه ما بیشتر روی جریانهای DC تمرکز بوده اما درحال حاضر جریانهای AC بیشتر مرسوم هستند. خطرات خاص هر دو نوع می طلبد که رعایت ایمنی جزو اصول اولیه کار با هر دو نوع جریان باشد.

اثر جریان AC در بدن بیشتر به فرکانس بستگی دارد. فرکانس های پایین (50 و 60 هرتز) در دنیا استفاده می شوند، در ایالات متحده فرکانس 60 هرتز و در اروپا فرکانس 50 هرتز استفاده می شود؛ این فرکانس های پایین خیلی خطرناکتر از فرکانس های بالاتر AC بوده وبین 3 تا 5 برابر از جریان DC با ولتاژ و جریان برابر خطرناکتر می باشند. جریان در فرکانس های پایین AC احتمال انقباض ماهیچه ای را افزایش داده و ممکن است باعث قفل شدن دست به منبع جریان شود و مدت در معرض جریان بودن را طولانی تر نماید .

جریان DC  بیشتر باعث ایجاد یک تکان و انقباض می شود و اغلب قربانی را از منبع جریان دور می کند.

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 می شود، 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 می شود، با جریان DC کار می کنند. منبع جریان که توسط دستگاه Defibrillator تامین می شود، فیبریلاسیون را متوقف می کند و فرصتی برای بهبود به قلب می دهد.

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

بنابراین، بیایید نتیجه بگیریم که :

  • جریان الکتریکی می تواند 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 می دهد. هنگامی که انقباض غیر ارادی عضلات کنترل انگشتان دست روی می دهد، موجب می شود که یک قربانی نتواند هادی برق را از دستش بیرون بیاورد، گفته می شود که قربانی "با جریان خشک شده " است.
  • دیافراگم (ریه) و ماهیچه های قلب به طور مشابه تحت تاثیر جریان الکتریکی قرار دارند. حتی جریانهایی که با دامنه بسیار کم، می تواند به اندازه کافی قوی باشد تا موجب تداخل در کار نورونهای ضربان ساز قلب شود و به جای آن که قلب با شدت و قدرت ضربان بزند تنها لرزش های کوچکی را شاهد باشیم.
  • جریان مستقیم (DC) بیشتر باعث ایجاد تشنج عضلانی نسبت به جریان متناوب (AC) می شود، 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 یک وضعیت خطرناک تر برای قربانی می باشد. 

منبع: Lessons In Electric Circuits, Volume I – DC