1 Колебания. Гармонические колебания. Характеристика колебаний: амплитуда, период, частота, циклическая частота, фаза.

Колеба́ния — это повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия

Колебания – это движения или процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени Период колебаний T – интервал времени, в течение которого происходит одно полное колебание. Частота колебаний ν – число полных колебаний в единицу времени. В системе СИ выражается в герцах (Гц). Период и частота колебаний связаны соотношением:

— максимальное отклонение колеблющейся величины от положения равновесия (м)Циклическая (или круговая) частота ω = 2πν. Она связана с периодом отношением:

С мещение — отклонение тела от положения равновесия. Обозначение Х, Единица измерения — метр. Фаза колебаний — определяет смещение в любой момент времени, то есть определяет состояние колебательной системы. Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется по закону синуса или косинуса. Смещение определяется формулой:

где x0 – амплитуда, ω – циклическая частота, φ0 – начальная фаза колебания. Дифференциальное уравнение свободных гармонических механических колебаний имеет один и тот же вид для любых колебаний:

где а=х – ускорение тела. Величина ω0 называется собственной частотой свободных колебаний. Ускорение при гармонических колебаниях всегда направлено в сторону, противоположную смещению; максимальное ускорение равно  

электромагнитные волны в изотропном диэлектрике или магнетике; в этом случае поперечные колебания совершают векторы электрического и магнитного полей.  Примером продольных волн могут быть акустические (упругие) волны, в редких случаях существуют примеры продольных электромагнитных волн (в сильно диспергирующих средах). Примером продольной волны является звуковая волна в воздухе. Скорость волны - скорость, с которой фиксированное значение фазы волны перемещается в пространстве (фазовая скорость) Луч — линия, нормальная к волновой поверхности. Под направлением распространения волн понимают направление лучей. Если среда распространения волны однородная и изотропная, лучи прямые (причём, если волна плоская — параллельные прямые). Длина волны это расстояние, которое проходит волна за время, равное периоду колебаний. Волновым фронтом называется волновая поверхность, отделяющая часть пространства, уже вовлеченного в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли

2Характеристики волновых процессов: фронт волны, луч, скорость волны, длина волны. Продольные и поперечные волны; примеры. Волновые процессы -- вид колебательных процессов, согласованно происходящих в различных точках пространства. Физическая природа колебаний, обуславливающих волновые процессы, может быть различной, например это могут быть механические колебания частиц упругой среды или колебания напряженности электрического поля, однако закономерности, описывающие волновой процесс оказываются общими для разных видов колебаний. Различают два типа упругих волн в зависимости от направления колебаний частиц. Если колебания совпадают с направлением распространения волны, то волну называют продольной , если колебания перпендикулярны направлению ее распространения, волну называют поперечной . К поперечным волнам относят, например, волны в струнах или упругих мембранах, когда смещения частиц в них происходят строго перпендикулярно направлению распространения волн, а также однородные плоские электромагнитные волны в изотропном диэлектрике или магнетике; в этом случае поперечные колебания совершают векторы электрического и магнитного полей.  Примером продольных волн могут быть акустические (упругие) волны, в редких случаях существуют примеры продольных электромагнитных волн (в сильно диспергирующих средах). Примером продольной волны является звуковая волна в воздухе. Скорость волны - скорость, с которой фиксированное значение фазы волны перемещается в пространстве (фазовая скорость) Луч — линия, нормальная к волновой поверхности. Под направлением распространения волн понимают направление лучей. Если среда распространения волны однородная и изотропная, лучи прямые (причём, если волна плоская — параллельные прямые). Длина волны это расстояние, которое проходит волна за время, равное периоду колебаний. Волновым фронтом называется волновая поверхность, отделяющая часть пространства, уже вовлеченного в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли.

3Свободные и вынужденные колебания. Собственная частота колебаний системы. Явление резонанса. Примеры. Отличительным признаком гармонических колебаний является пропорциональность восстанавливающей силы отклонению (линейный закон силы). Отношение восстанавливающей силы к отклонению наряду с массой колебательной системы определяет собственную частоту.

ω=D\m, где

D - жесткость (Ньютон / метр), m - масса колебательной системы (кг) Гармонические колебания бывают свободными и вынужденными Свободные (или собственные) — это колебания в системе под действием внутренних сил после того, как система выведена из состояния равновесия (в реальных условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити. Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Примеры: листья на деревьях, поднятие и опускание руки. При вынужденных колебаниях может возникнуть явление резонанса: резкое возрастание амплитуды колебаний при совпадении собственной частоты осциллятора и частоты внешнего воздействия\- частотно-избирательный отклик колебат. системы на периодич. внеш. воздействие, при к-ром происходит резкое возрастание амплитуды стационарных колебаний. В результате резонанса колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие внешней силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемой добротностью. При помощи резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Наиболее известная большинству людей механическая резонансная система — это обычные качели. Если подталкивать качели в соответствии с их резонансной частотой, размах движения будет увеличиваться, в противном случае движения будут затухать. Струны таких инструментов, как лютня, гитара, скрипка или пианино, имеют основную резонансную частоту, напрямую зависящую от длины, массы и силы натяжения струны. Длина волны первого резонанса струны равна её удвоенной длине.

4Физические и психофизические характеристики звука: интенсивность, акустическое давление, частота, громкость, высота тона, спектр, тембр. Их взаимное соответствие.

Звук — физическое явление, представляющее собой распространение в виде упругих волн механических колебаний в твёрдой, жидкой или газообразной среде. В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных и человека.

Интенсивность звука I — скалярная физическая величина, характеризующая мощность, переносимую звуковой волной в направлении распространения. (Вт/м2). Звуково́е давле́ние  p — переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Единица измерения — паскаль(Па). Частота звука - это количество появлений волны за единицу времени, то есть количество колебаний волны за секунду. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Громкость звука сложным образом зависит от эффективного звукового давления, частоты и формы колебаний, а высота звука — не только от частоты, но и от величины звукового давления. Спектром называется набор различных частот, образующих данный звуковой сигнал. Спектр может быть сплошным или дискретным. Сплошной спектр означает, что в данном наборе присутствуют волны, частоты которых заполняют весь заданный спектральный диапазон. Дискретный спектр означает наличие конечного числа волн с определенными частотами и амплитудами, которые образуют рассматриваемый сигнал. Громкость звука - качество слухового ощущения , которое позволяет располагать все звуки по шкале от тихих до громких. Сон - единица громкости звука.  Высота тона зависит от того , как часто колеблются источники звука. Чем больше частота колебаний тем громче звук. Высота звука определяется частотой его основного тона , если частота основного тона больше, то звук громче , если частота основного тона меньше , то и звук будет тише.  Те́мбр - (обертоновая) окраска звука. Оберто́ны  — призвуки, входящие в спектр музыкального звука; высота обертонов выше основного тона.

5Особенности восприятия звука. Закон Вебера-Фехнера. Децибельная шкала громкости.

Человек ощущает изменения звукового давления, происходящие с частотой 20-20 000 Гц. Звуки с частотой ниже 40 Гц сравнительно редко встречаются в музыке и не существуют в разговорной речи. На очень высоких частотах музыкальное восприятие исчезает и возникает некое неопределенное звуковое ощущение, зависящее от индивидуальности слушателя, его возраста. С возрастом чувствительность слуха у человека уменьшается и прежде всего в области верхних частот звукового диапазона.

Закон Вебера-Фехнера— эмпирический психофизиологический закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

В ряде экспериментов, начиная с 1834 года, Э. Вебер показал, что новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю.

На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», по которому сила ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S:

p=klnS/S0

где S— значение интенсивности раздражителя.S0— нижнее граничное значение интенсивности раздражителя: если ,S<S0раздражитель совсем не ощущается. k- константа, зависящая от субъекта ощущения.

Закон Вебера-Фехнера можно объяснить тем, что константы скорости химических реакций, проходящих при рецептировании, нелинейно зависят от концентрации химических посредников физических раздражителей или собственно химических раздражителей.

Децибельная шкала - основана на десятичных логарифмах, и введена она неспроста, поскольку тоже описывает ощущения человека. В децибельной шкале единица уровня громкости называется фон – это величина, равная количеству децибелов для уровня звукового давления тона 1000 Гц напр., громкость в 50 фон соответствует громкости тона 1000 Гц с уровнем 50 дБ над абсолютным порогом, причем за нулевой уровень принимается звуковое давление 20 микроПаскаль, примерно соответствующее порогу слышимости.

6Звуковые методы исследования в медицине: перкуссия, аускультация. Фонокардиография.

Перкуссия- метод исследования больного посредством постукивания по его телу и оценки возникающих при этом звуков, метод врачебного исследования внутренних органов. Получил признание и был внедрён в медицину в начале 19 века. Метод основан на том, что при постукивании по поверхности тела в лежащих под местом выстукивания органах возникают колебательные движения, вызывающие звуки определённой громкости, продолжительности, высоты и звучания. Например, лёгкие содержат воздух и дают громкий (ясный) звук; сердце, печень, мышцы, как плотные органы, дают тихий (тупой) звук и т.д.

Различают перкуссию топографическую (определение границ органа) и сравнительную, которой выявляют изменения в органе. Появление участка притупленного звука в лёгком может быть признаком воспаления лёгких, плеврита, тимпанический звук свидетельствует о повышенной воздушности лёгочной ткани (эмфизема лёгких), о наличии в лёгком полостей (каверна, киста); по тупому перкуторному звуку констатируют наличие свободной жидкости в полости брюшины (асцит), по тимпаническому — чрезмерное скопление газов в кишечнике (метеоризм) и т.п.

Аускультация (выслушивание) - один из основных методов исследования внутренних органов выслушиванием звуковых явлений, возникающих в них. При аускультации пользуются чаще фонендоскопом, состоящим из полой капсулы с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу больного; от неё идут резиновые трубки к уху врача.

При аускультации лёгких выслушивают дыхательные шумы, различные хрипы, характерные для определенных заболеваний. По изменению тонов сердца и появлению шумов судят о состоянии сердечной деятельности, о появлении заболеваний сердца и т. п. Артерии выслушивают при измерении кровяного давления. При аускультации живота устанавливают наличие перистальтики желудка или кишечника, у беременных — сердцебиение плода.

В ветеринарии аускультацию применяют при диагностике заболеваний сердечно-сосудистой, дыхательной, желудочно-кишечной систем животных.

Фонокардиография— это один из методов диагностического исследования сердца. Он основан на графической регистрации звуков, сопровождающих сердечные сокращения, с помощью микрофона, который преобразует звуковые колебания в электрические, усилителя, системы частотных фильтров и регистрирующего устройства. Регистрируют в основном тоны и шумы сердца. Получаемое при этом графическое изображение называют фонокардиограммой. Фонокардиография существенно дополняет аускультацию и дает возможность объективно определить частоту, форму и продолжительность регистрируемых звуков, а также их изменение в процессе динамического наблюдения за больным. Используется фонокардиография главным образом для диагностики пороков сердца, фазового анализа сердечного цикла. Это особенно важно при тахикардии, аритмиях, когда с помощью одной аускультации трудно решить, в какой фазе сердечного цикла возникли те или иные звуковые явления.

7Ультразвук: получение и регистрация ультразвука на основе обратного и прямого пьезоэлектрического эффекта.

Ультразвук - упругие волны высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16 000 колебаний в секунду (Гц). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до нескольких миллиардов герц. Хотя о существовании ультразвука ученым было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. По скорости распространения звука в среде судят о ее физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах производятся с очень большой точностью; вследствие этого с весьма малыми погрешностями определяются, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоемкости газов, упругие постоянные твердых тел.

Способы получения ультразвука:

1. магнитострикционный (получают ультразвук до 200кГц). Магнитострикция – это изменение формы и объёма ферромагнетика (железо, его сплавы с никелем) при помещении его в переменное магнитное поле. Переменное магнитное поле – это поле, вектор магнитной индукции которого изменяется во времени по гармоническому закону, т.е. изменение указанного параметра характеризуется определённой частотой. Это поле действует как вынуждающая сила, заставляющая стержень из железа сжиматься и растягиваться в зависимости от изменения величины магнитной индукции во времени. Частота сжатий и растяжений будет определяться частотой переменного магнитного поля. При этом в воздухе у концов стержня возникают деформации сжатия, которые распространяются в виде УЗ – волн.

2. обратный пьезоэлектрический эффект (получают ультразвук более 200кГц). Пьезоэлектрики – вещества кристаллического строения, имеющие пьезоэлектрическую ось, то есть направление, в котором они легко деформируются (кварц, сегнетова соль, титанат бария и др.) Когда такие вещества помещают в переменное электрическое поле (по гармоническому закону колеблется напряжённость электрического поля), пьезоэлектрики начинают сжиматься и растягиваться вдоль пьезоэлектрической оси с частотой переменного электрического поля. При этом вокруг кристалла возникают механические возмущения – деформации сжатия и разряжения, которые распространяются в виде УЗ-волн. В достижении нужной амплитуды играют роль резонансные явления.

Эффект назван обратным, поскольку исторически раньше был открыт прямой пьезоэлектрический эффект – явление возникновения переменного электрического поля при деформации пьезоэлектриков.

Наличие прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта очень важно для работы УЗ- диагностических приборов. Для того чтобы направить УЗ-волну на тело пациента, необходимо получить её, что делают с помощью обратного пьезоэлектрического эффекта. Для того чтобы зарегистрировать и визуализировать отражённую УЗ-волну, необходимо её превратить в электрическое поле, чего достигают с помощью прямого пьезоэлектрического эффекта.

8Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине.

Физические процессы, обусловленные воздействием УЗ, вызывают в биологических объектах следующие основные эффекты: микровибрации на клеточном и субклеточном уровне, разрушение биомакромолекул, перестройку и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран, тепловое действие, разрушение клеток и микроорганизмов.

Механические колебания звуковых частот оказывают массирующее действие, способствующее улучшению местного кровообращения. Размеры массируемых областей соизмеримы с длиной волны, а она для ультразвука мала.

Чем больше интенсивность УЗ, тем больше перепад давления на единицу длины, называемый градиентом давления. Большие градиенты давления могут представлять угрозу для клеток. Разрушительные действия больших градиентов давления в УЗ большой интенсивности можно использовать для подавления и разрушения клеток злокачественных опухолей.

Если интенсивность УЗ в жидкости превосходит пороговый уровень, в ней появляется еще один фактор разрушительного действия – кавитация – явление возникновения в жидкости пустот в виде пузырьков, заполненных газом, в условиях, когда в жидкости возникает пониженное давление.

Медико-биологические приложения УЗ можно разделить на:

1. Методы диагностики

Эхоэнцефалография – определение опухолей и отека головного мозга, ультразвуковая кардиография – измерение размеров сердца в динамике, ультразвуковая локация в офтальмологии – для определения размеров глазных сред.

С помощью УЗ эффекта Доплера изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока.

2. Методы воздействия

УЗ физиотерапия (первичный механизм – тепловое воздействие на ткань), при хирургических операциях применяют УЗ скальпель, способный рассекать и мягкие, и костные ткани (Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества), «сваривание» поврежденных костных тканей.

9Ультразвуковые методы исследования (УЗИ) в медицинской диагностике.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн. Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой — числом колебаний в единицу времени; длиной — расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. См. пункт 8

10 Эффект Доплера; его применение для измерения скорости кровотока и в эхокардиографии.

Эффект Доплера, изменение частоты колебаний или длины волн, воспринимаемых наблюдателем (приёмником колебаний), вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Основная причина — изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником и приёмником. При сохранении длины волн, испускаемых источником, это приводит к изменению числа волн, достигающих приёмника в каждую секунду, т.е. к изменению частоты принимаемых колебаний.

νприемн.=νист.*(1±Vприемн/Vист.)

Где vприемн – частота волн, воспринимаемых приемником, vист – частота волн, испускаемых источником, Vприемн – скорость движения приемника волн, Vист – скорость движения источника волн.

Математическое описание.

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:

λ=(с-υ)/ ω0

где ω0 — частота, с которой источник испускает волны, с — скорость распространения волн в среде, υ — скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и отрицательная, если удаляется).

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется - длина волны увеличивается.

Сущность эффекта Доплера, применяемого в медицинской практике. К кровеносному сосуду прижимается источник и приемник УЗ волн. По достижении границы между 2 средами, характеризующимися различным акустическим сопротивлением, часть энергии переходит во вторую среду, а часть ее отражается от границы раздела сред.. Если объект движется с определенной скоростью по направлению к источнику ультразвуковых импульсов, то его отражающая поверхность соприкасается с ультразвуковыми импульсами чаще, чем при неподвижном положении объекта. В результате этого частота отраженных колебаний превышает частоту генерируемых ультразвуковых импульсов. Напротив, при движении отражающих поверхностей от источника излучения частота отраженных колебаний становится меньше испускаемых импульсов. Разница между частотой генерируемых и отраженных импульсов называется допплеровским сдвигом. Отражающей поверхностью в данном случае являются в основном эритроциты.

Эхокардиография, ультразвуковая кардиография, метод исследования сердца при помощи импульсного ультразвука. Основан на регистрации ультразвуковых волн, отражённых на границе структур сердца, имеющих различную плотность. В нормальных условиях последовательно записываются кривые отражения от стенок аорты и левого предсердия, передней и задней створок митрального клапана, межжелудочковой перегородки, задней стенки левого желудочка. Эхокардиография применяется в диагностике приобретённых и некоторых врождённых пороков сердца.

11 Ударная волна. Получение и использование ударных волн в медицине.

Ударная волна – скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. Ударные волны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел, при мощных электрических разрядах и т.д.

Скорость распространения ударной волны в среде превышает скорость звука в данной среде. Превышение тем больше, чем выше интенсивность ударной волны (отношение давлений перед и за фронтом волны): (руд.волны – рсп.среды)/рсп.среды

В медицине ударные волны чаще всего генерируются с помощью механического образования, базирующегося на принципах баллистики. Сжатый воздух придает ускорение снаряду, который толкает аппликатор, размещенный на коже, придавая ему большую кинетическую энергию. Главная особенность аппарата, использующего такой принцип, заключается в том, что увеличение крутизны волны происходит намного медленнее по сравнению с приборами, фокусирующими ударную волну, поэтому фокусирующие технологии применяют в лечении глубоких слоев тканей (например, для дробления камней в почках и др.).

Другой метод образования ударных волн – использование электромагнитных токов. В тонкой медной фольге под воздействием электромагнитных токов происходит взрывоподобная деформация. При этом столбик связанной воды смещается пропорционально давлению. Генерированный таким образом импульс давления связывается и передается другой среде.

Различные дополнительные приспособления, такие как акустические отсекающие линзы, способны фокусировать волны давления на заданном расстоянии и передавать их в более глубокие участки тела, а акустические рефлекторы – корректировать точность фокусировки.

Электропневматический принцип – наиболее старый метод генерирования ударных волн, в соответствии с которым запальная свеча располагается в первичном фокусе. Высокие температуры во время искрового разряда заставляют окружающую жидкость испаряться с образованием плазменных пузырьков. Радиальные ударные волны из первичного фокуса благодаря овальному акустическому зеркалу собираются во вторичный фокус. Передача ударных волн в заданные участки обеспечивается с помощью соответствующих связывающих сред. Один из недостатков этого процесса заключается в нестабильности ударной волны, необходимости частой замены дорогостоящих электродов.

Пьезоэлектрический принцип. Небольшой импульс давления, создаваемый локальными электрическими импульсами отдельных пьезокристаллов, испускается в центр шаровидной чашки. Поскольку кристаллы располагаются в продольно разрезанной трубке, волны давления собираются в один фокус.

Электромагнитные колебания и волны.

12 Электрическое поле. Характеристики электрического поля: напряженность, разность потенциалов. Силовые линии электрического поля.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Характеристики электрического поля:

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Е(вектор)=F(вектор)/q

Разность потенциалов равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. В СИ измеряется в вольтах. Разность потенциалов электрического поля Земли между двумя уровнями, отстоящими друг от друга на величину роста человека, > 200 В. Однако человек не чувствует этой разности потенциалов и его не поражает током, поскольку он является хорошим проводником и как любой проводник искажает электрическое поле так, что все точки его поверхности находятся под одинаковым потенциалом.

Силовые линии электрического поля

Электрическое поле наглядно изображается с помощью силовых линий. Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. Силовые линии проводятся с такой густотой, чтобы число линий, пронизывающих воображаемую площадку 1м2, перпендикулярную полю, равнялось величине напряженности поля в данном месте. Тогда по изображению электрического поля можно судить не только о направлении, но и о величине напряженности поля. Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках напряженность Е одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

При положительном заряде, образующем поле, вектор напряженности направлен вдоль радиуса от заряда, при отрицательном - вдоль радиуса по направлению к заряду. Исходя из положительного заряда (или входя в отрицательный заряд) силовые линии теоретически простираются до бесконечности.

13Магнитное поле. Характеристики магнитного поля: индукция, поток индукции. Линии магнитного поля.

Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля. 

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля. 

Характеристики магнитного поля:

Магнитная индукция— векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силойF(вектор) магнитное поле действует на зарядq, движущийся со скоростьюv(вектор) .

Также магнитная индукция может быть определена как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

В системе СИ магнитная индукция поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ — в теслах (Тл)

1 Тл = 104 Гс

Поток магнитной индукции 

Поток Ф вектора магнитной индукции В через поверхность. Магнитный поток dФ через малую площадку dS, в пределах которой вектор В можно считать неизменным, выражается произведением величины площадки и проекции Bn вектора на нормаль к этой площадке, т. е. dФ=BndS. Магнитный поток Ф через конечную поверхность S определяется интегралом: Ф=SBndS. 

Для замкнутой поверхности этот интеграл равен нулю, что отражает соленоидальный характер магнитного поля, т. е. отсутствие в природе магнитных зарядов — источников магнитные поля (магнитные поля создаются электрическими токами). Единица магнитного потока в Международной системе единиц (СИ) — вебер, в СГС системе единиц — максвелл; 1 Вб=108 Мкс.

Силовые линии магнитного поля

Силовыми линиями магнитного поля называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. 

Силовые линии магнитного поля не пересекаются.

Силовые линии магнитного поля не имеют изломов.

По определению направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки.

14Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электромагнитная волна. Скорость электромагнитных волн.

Вместе, магнитное и электрическое поляобразуютэлектромагнитное поле,проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Электромагнитное поле— фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты.

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны)— электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Электромагнитное излучение подразделяется на

-радиоволны (начиная со сверхдлинных),

-инфракрасное излучение,

-видимый свет,

-ультрафиолетовое излучение,

-рентгеновское излучение и жёсткое ( гамма- излучение )

Скорость электромагнитных волнравна: n = 1/v(ee_omm_o)=с/v(em), где e_oиm_o— электрическая и магнитная постоянные, e и m — электрическая и магнитная проницаемость среды. В вакууме эта скорость равна скорости света, так как e= 1 и m= 1. В веществе скорость распространения электромагнитных волн всегда меньше, чем в вакууме.

В вакууме скорость электромагнитной волны равна скорости света: с = 299792458±1,2 м/с.

Уравне́ния Ма́ксвелла — система уравнений в дифференциальной или интегральной форме, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.

(Девочки,это сложное уравнение , не думаю что это нужно полностью , этого достаточно, так как это система уравнений с интегралами )

15Шкала электромагнитных волн. Классификация частотных интервалов, принятая в медицине.

Длины электромагнитных волн, которые могут быть зарегистрированы приборами, лежат в очень широком диапазоне. Все эти волны обладают общими свойствами: поглощение, отражение, интерференция, дифракция, дисперсия. Свойства эти могут, однако, проявляться по-разному. Различными являются источники и приемники волн.

Радиоволны

ν=105- 1011 Гц, λ=10-3-103 м.

Свойства. Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами. Применение Радиосвязь, телевидение, радиолокация. В природе радиоволны излучаются различными внеземными источниками (ядра галактик, квазары).

Инфракрасное излучение (тепловое)

ν=3-1011- 4.1014 Гц, λ=8.10-7 - 2.10-3 м.

Излучается атомами и молекулами вещества.

Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре.

Применение. Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.

Видимое излучение

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):

Свойства. Воздействует на глаз.

Ультрафиолетовое излучение 

Свойства. Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.

Рентгеновские лучи

Излучаются при большом ускорении электронов, например их торможение в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной. Свойства: Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь. Применение. В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов), в промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов).

γ-излучение (гамма-излучение)

Источники: атомное ядро (ядерные реакции). Свойства. Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие. Применение. В медицине, производстве (γ-дефектоскопия). Применение. В медицине, в промышленности.

В медицине принято следующее условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны (Условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны):