Активное и реактивное сопротивления в цепи переменного тока (импеданс). Импеданс тканей организма. Частотная зависимость импеданса. Эквивалентная электрическая схема тканей организма.
В широком смысле, переменный ток – любой ток, изменяющийся со временем. Но обычно под этим термином обозначают квазистационарные токи, зависящие от времени по гармоническому закону.
Квазистационарным называют такой ток, для которого время установления одинакового значеня по всей цепи значительно меньше периода колебаний.
Импеданс ( ) – это полное сопротивление переменного тока.
Омическое
сопротивление, т.е. подчиняющееся закону
Ома (
),
где ток линейно зависит от напряжения,
называется активным
(вызывает
нагревание элементов электрической
цепи). В свою очередь, разность между
индуктивным (величина, характеризующая
сопротивление, оказываемое переменному
току индуктивностью
(физическая
величина, характеризующая магнитные
свойства электрической цепи) цепи (её
участка)) и емкостным (величина,
характеризующая сопротивление,
оказываемое переменному току электрической
ёмкостью
(характеристика проводника, количественная
мера его способности удерживать
электрический заряд) цепи (её участка))
сопротивлениями (
)
называют реактивным
сопротивлением (НЕ вызывает нагревание
элементов электрической цепи).
Ткани организма проводят не только постоянный (как в случае с токовым диполем) ток, но и переменный. Опыт показывает, что в этом случае сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Следовательно, емкостное сопротивление тканей больше индуктивного.
Из этого следует, что моделировать биологическую ткань можно с помощью резистора, обладающего активным сопротивлением, и конденсатора – носителя емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей человека. Она представляет собой схему, состоящую из резисторов и конденстаторов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которых схожа с частотной зависимостью биологической ткани.
У биологической ткани существует две частотных зависимости импеданса:
Плавное уменьшение импеданса с увеличением частоты;
Наличие трех областей частот, в которых имеет место отклонение от общего хода зависимости импеданса от частоты: практически не изменяется. Они были названы областями
.
Диагностический метод, основанный на регистрировании изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности называют реографией. С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма) и др.
Электромагнитная волна. Уравнения электромагнитной волны. Интенсивность электромагнитной волны. Шкала электромагнитных волн.
Электромагнитная волна - это распространение единого электромагнитного поля в пространстве.
Электромагнитное поле – совокупность неразрывно связанных переменных электрических и магнитных колебаний.
Примеры ЭВМ:
- радиоволны;
- инфракрасное излучение;
- видимый свет;
- УФ-излучение;
- Рентгеновское излучение;
-
.
ЭМВ - плоские волны и могут быть описаны уравнениями, подобными таковым для плоской механической волны. Плоская волна – это такая волна, у которой фронтом является плоскость, перпендикулярная направлению распространения.
В
ЭМВ векторы
(электрических
колебаний)
и
(магнитных колебаний)
изменяются
(колеблются) в одинаковой фазе с одинаковой
частотой
по гармоническому закону (
)
Уравнения ЭМВ:
Где
– напряженность электрического поля,
– магнитная индукция,
и
– амплитудные значения,
– циклическая частота,
– скорость распространения волны,
– координата точки,
– время,
– фаза колебаний.
При распространении в среде ЭМВ переносят энергию (но не массу вещества). Интенсивность волны (плотность потока энергии) – энергия, которая переносится волной за единицу времени через единичную поверхность, для ЭМВ это:
Где
и
– амплитудные значения,
– магнитная проницаемость,
– магнитная проницаемость вакуума.
Шкала ЭМВ – совокупность ЭМВ, расположенных в порядке возрастания их длины волны или убывания частоты.
ЭМВ разбиты на 6 интервалов согласносвоей природе возникновения:
- радиоволны. Обусловлены (вызываются) переменными токами в проводниках или электронными потоками.
- инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение. Обусловлены внутриатомными и молекулярными процессами.
- рентгеновское излучение. Возникает при ускоренном движении заряженных частиц и внутриатомных процессах;
-
излучение.
Обусловлено внутриядерными процессами.
В медицине принято следующее условное разделение ЭМ колебаний на частотные диапазоны:
Низкие (НЧ) |
До 20 Гц |
Звуковые (ЗЧ) |
20 Гц – 20 кГц |
Ультразвуковые (УЗЧ) |
20 кГц – 200 кГц |
Высокие (ВЧ) |
200 кГц – 30 мГц |
Ультравысокие (УВЧ) |
30 мГц – 300 мГц |
Сверхвысокие (СВЧ) |
300 мГц – 300 ГГц |
Крайневысокие (КВЧ) |
Свыше 300 ГГц |