13.3. Токовый диполь
Рис.
13.6. Экранирование
диполя в проводящей среде
В непроводящей среде электрический диполь может сохраняться сколь угодно долго. Но в проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает смещение свободных зарядов, диполь экранируется и перестает существовать (рис. 13.6).
Для сохранения диполя в проводящей среде необходима электродвижущая сила. Пусть в проводящую среду (например, в сосуд с раствором электролита) введены два электрода, подключенные к источнику постоянного напряжения. Тогда на электродах будут поддерживаться постоянные заряды противоположных знаков, а в среде между электродами возникнет электрический ток. Положительный электрод называют истоком тока, а отрицательный - стоком тока.
Двухполюсная система в проводящей среде, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.
Расстояние между истоком и стоком тока (L) называется плечом токового диполя.
На рис. 13.7,а сплошными линиями со стрелками изображены линии тока, создаваемого дипольным электрическим генерато-
Рис.
13.7. Токовый
диполь и его эквивалентная электрическая
схема
ром, а пунктирными линиями - эквипотенциальные поверхности. Рядом (рис. 13.7, б) показана эквивалентная электрическая схема: R - сопротивление проводящей среды, в которой находятся электроды; r - внутреннее сопротивление источника, ε - его э.д.с.; положительный электрод (1) - исток тока; отрицательный электрод (2) - сток тока.
Обозначим сопротивление среды между электродами через R. Тогда сила тока определяется законом Ома:
Если
сопротивление среды между электродами
значительно меньше, чем внутреннее
сопротивление источника, то I = ε/r.
|
Для того чтобы сделать картину более наглядной, представим себе, что в сосуд с электролитом опущены не два электрода, а обычный элемент питания. Линии электрического тока, возникшего в сосуде в этом случае, показаны на рис. 13.8.
Рис.
13.8. Токовый
диполь и созданные им линии тока
Электрической характеристикой токового диполя является векторная величина, называемая дипольным моментом (РT).
Дипольный момент токового диполя - вектор, направленный от стока (-) к истоку (+) и численно равный произведению силы тока на плечо диполя:
Здесь
ρ - удельное сопротивление среды.
Геометрические характеристики такие
же, как на рис. 13.2.
Таким образом, между токовым диполем и электрическим диполем существует полная аналогия.
Теория токового диполя применяется для модельного объяснения возникновения потенциалов, регистрируемых при снятии электрокардиограмм.
13.4. Физические основы электрографии
Живые ткани являются источником электрических потенциалов. Регистрация биопотенциалов тканей и органов называется электрографией.
В медицинской практике используют следующие диагностические методы:
• ЭКГ - электрокардиография - регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении;
• ЭРГ - электроретинография - регистрация биопотенциалов сетчатки глаза, возникающих в результате воздействия на глаз;
• ЭЭГ - электроэнцефалография - регистрация биоэлектрической активности головного мозга;
• ЭМГ - электромиография - регистрация биоэлектрической активности мышц.
Примерная характеристика регистрируемых при этом биопотенциалов указана в табл. 13.1.
Таблица 13.1 Характеристики биопотенциалов
При
изучении электрограмм решаются две
задачи: 1) прямая - выяснение механизма
возникновения электрограммы или расчет
потенциала в области измерения по
заданным характеристикам электрической
модели органа;
|
2) обратная (диагностическая) - выявление состояния органа по характеру его электрограммы.
Почти во всех существующих моделях электрическую активность органов и тканей сводят к действию определенной совокупности токовых электрических генераторов, находящихся в объемной электропроводящей среде. Для токовых генераторов выполняется правило суперпозиции электрических полей:
Потенциал
поля генераторов равен алгебраической
сумме потенциалов полей, создаваемых
генераторами.
Дальнейшее рассмотрение физических вопросов электрографии показано на примере электрокардиографии.