4. Понятие о дипольном электрическом генераторе (токовом диполе).

При изучении механизма возникновения электрической активности органов и тканей их представляют в виде эквивалентного электрического генератора, являющегося источником электрического поля. Эквивалентный электрический генератор – это модельная физическая система. Почти во всех существующих физических моделях электрическую активность органов и тканей сводят к определённой совокупности токовых электрических генераторов, находящихся в объёмной токопроводящей среде. Эквивалентная схема токового генератора в проводящей среде представлена на рис.7. В этой схеме Е – ЭДС источника; резистор R является эквивалентным сопротивлением провод ящей среды. Сопротивление r – это внутреннее сопротивление токового генератора. Сопротивление r во много раз превышает сопротивление R проводящей среды (r>>R). По закону Ома , где I₀ и I сила тока в генераторе и суммарного тока в среде. Но так как r>>R, то . Из последней формулы можно сделать вывод, что сила тока во внешней среде будет оставаться постоянной, т.к. ток не зависит от R – сопротивления внешней среды.

В схеме, приведённой на рис.7 клемы К₁ и К₂ источника напряжения можно представить как диполь, т.е. эквивалентный электрический генератор – это токовый электрический диполь или система, состоящая из положительного полюса (истока электрического тока) и отрицательного полюса (стока), расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Пространственная структура электрического поля, создаваемая таким генератором (токовым диполем) во внешней среде, определяется положением его полюсов.

Важнейшим параметром токового электрического диполя является токовый дипольный момент , который является векторной величиной. В приведённой формуле I – ток в диполе (равный суммарному току во внешней среде), l – расстояние между полюсами. Направление вектора дипольного момента принимается от отрицательного полюса к положительному (совпадает с направлением тока внутри диполя).

С ердце человека можно уподобить токовому диполю (рис.8). Ток I₀ внутри диполя-сердца течёт от минуса к плюсу, а во внешней среде от плюса к минусу. Ток I₀ равен суммарному току, протекающему через среду, окружающую диполь. В сердце-диполе отрицательным полюсом будет область мышц, где возникает возбуждение. Эта область синусового узла. Токовый диполь подобно зарядовому диполю создаёт в проводящей среде электрическое поле. Линии напряжённости электрического поля зарядового диполя одинаковы с линиями напряжённости электрического поля токового диполя (они же совпадают с линиями тока).

Диполи в зависимости от их размера разделяются на два типа: точечные и конечные. Точечным называют диполь, который занимает бесконечно малый объём пространства с l0. Теоретически рассматривают также электрическое поле отдельных полюсов диполя, которые в этом случае называют униполями.

Потенциал поля токового конечного диполя в очке А можно выразить формулой аналогичной формуле (7), если в последней q (P=q·l) заменить на I, а на : , (9)

где α – это угол между направлением регистрации потенциала и направлением вектора дипольного момента ( ). Разность потенциалов между двумя точками А и В:

. (10)

Из формул (9) и (10) следует, что, как и для зарядового диполя, разность потенциалов токового диполя пропорциональна дипольному моменту и обратно пропорциональна квадрату расстояния r от отрицательного полюса диполя. Такие разности потенциалов, создаваемые сердцем-диполем, проектируются на поверхность кожи человека, снимаются с помощью электродов и регистрируются электрокардиографом.