Elettrofisiologia e rischio elettricoGoal 3 - agenda 2030
Iannone Giulia V A OSA
Gli effetti della corrente elettrica
Gli effetti dell'elettricità sul corpo umano
I limiti di pericolosità della corrente elettrica
Dati statistici
INDICE
ELETTROFISIOLOGIA E RISCHIO ELETTRICO
Formula intensità di corrente
GLI EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA
Come già sappiamo, se a un conduttore solido applichiamo una differenza di potenziale costante, nel conduttore si genera un flusso ordinato di cariche elettriche negative. Questo flusso verrà denominato corrente elettrica e la sua intensità (i) assumerà valore costante, perciò parleremo di corrente continua.L'intensità di corrente esprime la quantità di carica che fluisce attraverso una sezione del conduttore nell'unità di tempo:
Prima legge di Ohm
La differenza di potenziale e l'intensità di corrente nel metallo sono tra loro legate dalla prima legge di Ohm, in cui la costante di proporzionalità R è la resistenza elettrica del conduttore:
Per un fissato valore di V l'intensità di corrente è tanto minore quanto maggiore la resistenza del conduttore e viceversa.Una corrente elettrica può fluire non solo in un solido ma anche in un liquido o in un gas: mentre in un metallo si ha movimento solo di cariche negative, in un liquido o un gas contribuiscono anche le cariche positive.
Si parla di rischio elettrico in relazione alla probabilità che si produca un evento dannoso a seguito di contatto fisico con elementi sotto tensione: se questi sono progettati per essere sotto tensione, si ha contatto diretto; se l'elettrocuzione avviene per contatto che non sono sotto tensione, si parla di contatto indiretto.
Se la differenza di potenziale applicata ai capi del conduttore non è costante ma varia sinusoidalmente nel tempo anche l'intensità varia: la corrente è alternata e le cariche oscillano con una certa frequenza.In caso di intensità o tensioni variabili sinusoidalmente da istante a istante, si parla di valori medi, chiamati valori efficaci. In un circuito puramente resistivo la relazione tra differenza di potenziale e intensità è espressa dalla legge di Ohm. Una corrente elettrica può avere diversi effetti:
effetto Joule, dove il corpo attreversato dalla corrente si riscalda.
effetto magnetico, quando una corrente elettrica genera nello spazio un campo magnetico.
effetto chimico, quando l'energia elettrica associata alla corrente si trasforma in energia chimica, o viceversa.
effetto biologico, una corrente elettrica che fluisce in un organismo vivente può interferire con le funzioni vitali, potendo procurare addirittura la morte.
dati statistici
Alcuni dati statistici danno l'idea di quale possa essere la pericolosità dell'energia elettrica: secondo l'ISTAT, in Italia avvengono mediamente ogni anno circa 400 infortuni mortali per elettrocuzione. Dei circa 4 milioni di incidenti domestici annui, circa 240 mila sono di origine elettrica. Inoltre si stima che circa il 10-15% degli incendi abbia origine da malfunzionamenti dell'impianto elettrico.L'immagine di fianco mostra i limiti convenzionali di pericolosità della corrente elettrica sia alternata che continua, in funzione del tempo per cui fluisce attraverso il corpo umano, riassunti in un grafico tempo-corrente.
Gli effetti dell'elettricitÀ sul corpo umano
Gli effetti della corrente elettrica sul corpo umano sono studiati nell'ambito dell'elettrofisiologia.
La struttura cellulare prevede che esista una differenza di potenziale tra interno ed esterno, pari a circa 70 mV, che permette l'espulsione degli ioni sodio e l'ingresso nella cellula degli ioni potassio. Al processo di pompaggio biochimico che si viene a creare ci si riferisce con il termine di pompa metabolica
La membrana cellulare può quindi essere schematizzata come un condensa-tore. Non essendo perfettamente isolante, attraverso di essa avviene il transito di un certo numero di ioni: alla membrana è dunque associabile un valore non solo di capacità, ma anche di resistenza elettrica.L'applicazione di una differenza di potenziale di durata e ampiezza opportune determina un'inversione delle polarità di tale condensatore, con andamento oscillante smorzato; l'andamento del potenziale, anche detto potenziale d'azione, è rappresentativo dello stato di eccitazione della cellula.L'ampiezza dello stimolo in grado di eccitare la cellula è tanto maggiore quanto minore è la sua durata. Se si considera una corrente alternata come un susseguirsi di impulsi, si deduce che una corrente ad alta frequenza è meno pericolosa rispetto a una a bassa frequenza. Infatti, al crescere della frequenza, e dunque al diminuire del periodo, aumenta l'intensità dello stimolo necessario per produrre l'eccitamento della cellula.
I segnali elettrici connessi con l'attività biologica, che controllano il funzionamento dei vari organi, sono trasmessi dai neuroni del sistema nervoso; pertanto, stimoli elettrici esterni e di intensità tale da eccitare la cellula possono risultare pericolosi, venendo a influenzare le funzioni vitali. La pericolosità dipende dall'intensità, dalla frequenza e dalla natura della corrente elettrica (continua o alternata), dalla durata del contatto nonché dalla costituzione fisica del soggetto.Tra gli effetti del passaggio della corrente elettrica nel corpo umano si possono ricordare, in quanto particolarmente pericolosi:
la tetanizzazione, che determina la contrazione dei muscoli interessati al passaggio della corrente, a seguito della quale risulta difficile staccarsi dalla parte in tensione: c'è quindi rischio che il contatto si prolunghi, con aumento del danno all'organismo.
l'arresto della respirazione, conseguente alla paralisi dei centri nervosi che controllano la respirazione. Se la corrente elettrica attraversa i muscoli che permettono il movimento dei polmoni, viene alterato il normale funzionamento del sistema respiratorio e il soggetto rischia la morte per soffocamento o traumi dovuti all'asfissia.
la fibrillazione ventricolare rappresenta l'effetto più pericoloso: le correnti provenienti dall'esterno si sovrappongono a quelle fisiologiche, che normalmente regolano il ritmo di contrazione e rilassamento dell'organo. I muscoli cardiaci non si contraggono più in modo coordinato e il cuore entra in fibrillazione, perdendo la capacità di pompare il sangue nell'organismo. Il normale funzionamento del cuore può essere ripristinato sottoponendo l'organo a una violenta scarica elettrica, che dovrebbe ristabilire la sincronia delle contrazioni muscolari.
le ustioni possono infine essere prodotte dall'energia termica sviluppata per effetto Joule dalla corrente elettrica che fluisce attraverso il corpo.
i limiti di pericolositÀ della corrente elettrica
I limiti convenzionali di pericolosità della corrente elettrica in funzione della durata del passaggio della corrente attraverso il corpo umano, come stabiliti dallo IEC, sono riassunti in grafici tempo-corrente come quello della figura, relativo a correnti alternate con frequenze nell'intervallo 15 ÷ 100 Hz.
