ЯГМА

Медицинская физика

Фармацевтический факультет

1 Курс

2 семестр

Лекция № 9,10.

« Переменный электрический ток

и его применение в медицине »

Составил: Крайнова Е.Ю.

2003 г.

I. Переменный электрический ток, его виды и

основные характеристики.

Переменный ток - это такой ток, величина и направление которого меняются с течением времени.

На практике чаще всего под переменным током подразумевают периодический переменный ток, где имеют место периодически повторяющиеся изменения электрических параметров: заряда, тока, напряжения и др.

Виды тока:

1. Ток проводимости – обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.

2. Ток смещения – обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).

Виды токов по форме кривой тока:

• Синусоидальный

• Прямоугольный

• Треугольный

• Трапециевидный

• Игольчато-экспотенциальный

На практике чаще всего используется синусоидальный ток, т. к. он легко описывается математически и графически и его форма не искажается в электрических цепях.

Основные характеристики синусоидального тока.

1. Период Т (с) – время одного цикла изменения тока по направлению и величине.

2. Частота  (Гц) – число циклов изменения тока в единицу времени ν = 1/Т

3. Циклическая (круговая) частота  (рад/с) -  = 2 = 2/Т  рад/с

4. Амплитудное значение тока и напряжения I_мах и U_мах – максимальное значение этих величин за полупериод.

5. Фаза  (рад) – величина, определяющая во времени взаимоотношения тока и напряжения.

6. Мгновенное значение тока и напряжения “I” и “u” – значение этих величин в данный момент времени.

7. Эффективные значения тока и напряжения I_эфф, U_эфф – действующее значение силы переменного тока и переменного напряжения равные значениям силы постоянного тока и постоянного напряжения, эквивалентных данному переменному току по своему тепловому действию.

I_эфф = I_мах/  2; U_эфф = U_мах/  2.

II. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью емкостью и их особенности.

Электрическая цепь – совокупность физических элементов, обеспечивающих передачу электрической энергии от одной точки пространства к другой.

Элементы электрической цепи: проводники,

резисторы конденсаторы , катушки индуктивности

Виды электрических цепей:

1. Простые – содержат только единичные элементы (резисторы, емкости, индуктивности).

2. Сложные – содержат эти элементы в разных количествах и сочетаниях.

Резисторы обладают активным сопротивлением R, т. к. при прохождении по ним тока происходят потери энергии в виде выделения тепла.

Конденсаторы (емкости) и катушки (индуктивности) обладают реактивным сопротивлением, т. к. при прохождении тока на них не происходит потерь энергии.

Сопротивление катушки – индуктивное.

ХL = L = 2L

L – индуктивность Гн генри.

Оно не потребляет энергии, т. к. эта энергия запасается в магнитном поле катушки, а затем отдается в электрическую цепь (мнимое сопротивление).

Сопротивление конденсатора – емкостное.

Х_С = 1 /  С = 1 / 2С

С – электроемкость конденсатора Ф фарада.

Оно не потребляет энергии, т. к. эта энергия запасается в электрическом поле конденсатора, а затем отдается в электрическую цепь (мнимое сопротивление).

Особенности простых идеальных цепей.

Идеальная простая цепь обладает одним видом сопротивления, что удобно для теоретических расчетов.

1. Простая идеальная цепь с активным сопротивлением.

R  0

L _R = 0

C _R = 0

R

Ее особенности:

А) Выполняется закон Ома для участка цепи ( I = U / R)

Б) Активное сопротивление «R» не зависит от частоты  тока.

R

0 

В) В цепи нет сдвига фаз между током и напряжением.

Г) На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.

2. Простая идеальная цепь с индуктивным сопротивлением.

Ее особенности:

А) Соблюдается закон Ома для внешнего участка цепи ( I = U / X_L)

Б) Х_L – индуктивное сопротивление линейно возрастает с увеличением частоты, т. к. Х_L = 2L.

X_L



В) В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током. Его причины: по правилу Ленца направление E_i в катушке препятствует изменениям тока внешней цепи, что задерживает изменение тока по сравнению с изменением напряжения на  / 2.

Г) «Х_L» не потребляет энергии. Она запасается в магнитном поле катушки и называется энергией магнитного поля.(WM

3. Простая идеальная цепь с емкостью.

Ее особенности:

А) Соблюдается закон Ома для внешнего участка цепи ( I = U / X_C)

Б) Х_С – емкостное сопротивление уменьшается с возрастание частоты

( Х_С = 1 / 2С)

В) В цепи есть сдвиг фаз между током I и напряжением U. Его причина: по мере зарядки конденсатора напряжение на его обкладках постепенно возрастает. На обкладках конденсатора накапливается заряд и колебания силы тока опережают колебания напряжения на  / 2.

Г) «Х_С» не потребляет энергии. Она запасается в электрическом поле конденсатора и называется энергией электрического поля.