Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Винницкий национальный медицинский университет им. Н.И.Пирогова

Предмет:

Биофизика

Файл:

Медична і біологічна фізика том-1 / Структура / Матеріал / Проэкт№04 / 4.ppt

Скачиваний:

Добавлен:

13.02.2015

Размер:

8.42 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 127 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Співвідношення між активною та реактивною складовими

опору може змінюватись при зміні фізіологічного стану та деяких патологіях. Наприклад, при запаленні на перших стадіях спостерігається збільшення активного опору тканин. Цей ефект обумовлений тим, що струм низької частоти йде переважно через міжклітинну рідину, яка володіє суто омічним опором. При запаленні клітини набухають і переріз міжклітинних ділянок зменшується, що й призводить до підвищення омічного опору. Ємнісний опір при цьому прак- тично не змінюється, оскільки не змінюється структура клітин. Очевидним є той факт, що за незмінного ємнісного опору збільшення омічного опору свідчить про набухання клітин, а зменшення омічного опору, навпаки, свідчить про зменшення об’єму клітин. Зворотний ефект спостерігається на ранніх стадіях онкологічних захворювань. Перетворення нормальних клітин у ракові супроводжується появою молодих клітин і підвищенням ємнісного опору.

4.1. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ

4.5.1. Струм зміщення

Повернемося ще раз до причини виникнення магнітного поля. Ми говорили про те, що причиною виникнення магне- тизму є рух електричних зарядів. А що ж відбувається у ви- падку розімкненого електричного кола, коли відсутній сам провідник (наявність конденсатора означає по суті розрив ко- ла)? Як пояснити наявність змінного струму в такому колі?

j	jпр
пр

jзм

ddtE 0

Мал. 4.39.

Фізичне пояснення дав видатний фізик Джеймс Кларк Мак-

свелл (1831–1879 рр). Це пояснення базується на понятті струмів зміщення, які є свого роду про довженням звичних струмів провідності. Максвелл припустив, що магнітне поле може збуд-

жуватись не тільки електричним струмом, а й змінним еле к- тричним полем.

Знайдемо вираз для сили струму зміщення. Для цього розгля- немо проходження змінного струму по колу, в яке увімкнений кон- денсатор (мал. 4.39). Конденсатор не перешкоджає протіканню змінного струму і можна вважати, що звичайний струм провідності Iпр замикається в конденсаторі струмом зміщення Iзм:

Iзм = Iпр = dq/dt.

а р

а д

а х

с к

г о

е н

с а т о

с и

с т р

з м

і щ

е н

а т о

зм

(

)

г у с т

с т

у м

з м

і щ

е н

(

j з м

з м / S

) :

j зм

εε

( 4

. 8

)

а б

а х

з в

’ я

з о

і ж

е к

т о

а м

а п

е н

с т і

і н

і ї

г о

( 4

. 3

) ,

j зм

( 4

. 8

)

т ж

е ,

г у с т

с т

у м

з м

і щ

е н

і в н

в и

с т

з м

і н

с о

і н

у к

і ї

е л

е к

г о

я .

І з

( 4

. 8

)

е к

т о

j з м

а п

а в

е н

т о

с а м

і к

/ d

t . Т

т о

з а р

є т ь с

( d

/ d

) , т о

е к

т о

р и

j з м

а ю

т ь

а к

а п

я к

/ d

, т о

е к

т о

j з м

т и

е ж

з а

а п

г а д

а є м

і е л

е к т р

е к

т о

і н

і ї

е к

т р

г о

’ я

з а

е к

т о

а м

а п

е н

т і

з а

і ї

с п

і в

і д

е н

я м

г у

с т и

с т р

з м

і щ

е н

і е л

е к

т р

с к

а д

а є т ь

і в

j зм

( 4

. 8

)

	П	е р	ш	и й	д	о д	а н	о	к	м	а є
р а к	т е р	и	з у	є	з м	і щ	е н	н	я	е л е
з у м	о в	л ю	є	н	а г р	і в	а н	н	я	д	і е л

і с

а к

і , д

г и

а -

т р

з а

і в

і е

л е

т р

к е

к т

а .

і н

і .

і щ

j п

t .

(

)

(

)

(

)

j з

;

(

t .

)

з м

(

100

Ом

)

і з

–

(

. 4

)

j зм

і с

і н

sin

, т

cos

(

. 8

)

і ч

sin

cos

(

)

і е

і л

і с

(

)

–

і ж

і ї

, й

–

і є

і в

–

і т

і .

і з

і в

–

. Т

(

j n

)

(

)

–

і й

–

і н

ї .

t ,

(

і )

(

)

і ї

і д

і в

і х

і щ

, т

–

(

)

(

. 8

)

–

і я

і й

і ,

–

і т

і н

і ї .

і в

і м

і с

і н

і т

і н

і т

і н

і ї

і н

і ї

( п

і в

) ; в

і н

і т

і н

і ї

з а

і н

і ї

і т

( д

і в

) .

і в

–

і к

і н

і в

і д

і т

і в

і к

і т

і н

і ї

і в

і ю

і т

г н

і т

і д

і с

і е

і т

і в

і д

і в

і а

і .

Рівняння Максвелла описують величезне коло явищ (елек-

тродинаміка, оптика, електротехніка, радіотехніка, аст- рофізика, фізика плазми тощo). Теорія Максвелла не тільки пояснила вже відомі факти, а й передбачила нові і важливі явища. Абсолютно новим у цій теорії було припущення Мак- свелла про магнітні поля струмів зміщення. На основі цього припущення Максвелл предбачив існування електромагнітних хвиль, тобто змінного електромагнітного поля, яке поши- рюється в просторі з певною швидкістю. Теоретичне дослідження властивостей електромагнітних хвиль привело згодом Максвелла до створення електромагнітної теорії світла. Пізніше експериментально вдалося отримати електромагнітні хвилі і провести досліди, які блискуче підтвердили електро- магнітну теорію світла, а з нею і всю теорію Максвелла.

4 .5 .3 . П л о с к і е л е к т р о м а г н іт н і х в и л і. В е к т о р У м о в а - П о й н т ін г а

П е р іо д и ч н і з м ін и е л е к т р и ч н о г о ч и м а г н іт н о г о п о л я в д е я к ій о б л а с т і п р о с т о р у д а ю т ь п о ч а т о к с у к у п н о с т і п о с л ід о в н и х в з а є м о п о в ’ я з а н и х п е р е т в о р е н ь ц и х п о л ів , к о т р і о х о п л ю ю т ь в с е н о в і о б л а с т і п р о с т о р у . О б и д в а ц і п о л я є в и х р о в и м и , п р и ч о м у в е к т о р и Е т а Н р о з м іщ е н і у в з а є м н о п е р п е н д и к у л я р н и х п л о щ и - н а х . Е л е к т р о м а г н іт н е п о л е , я к е п е р іо д и ч н о з м ін ю є т ь с я , п о ш и - р ю ю ч и с ь у п р о с т о р і, у т в о р ю є е л е к т р о м а г н іт н у х в и л ю .

Д л я із о т р о п н о г о д іе л е к т р и к а , в я к о м у н е м а є в іл ь н и х е л е к -

т р и ч н и х з а р я д ів , з р ів н я н ь М а к с в е л л а в и п л и в а є :

2 E

( 4 .9 0 )

t 2

Т а к е

р ів н я н н я

м о ж н а

о т р и м а т и

і д л я

н а п р у ж е н о с т і

м а г н іт н о г о п о л я H . Р ів н я н н я ( 4 . 9 0 ) с в ід ч и т ь , щ о н а п р у ж е н іс т ь

е л е к т р и ч н о г о E (а з н а ч и т ь , і м а г н іт н о г о

H ) п о л я з а д о в о л ь н я є

х в и л ь о в о м у р ів н я н н ю , і ш в и д к іс т ь п о ш и р е н н я е л е к т р о м а г н іт н и х х в и л ь

			= 1 /		,	( 4 .9 1 )
			= 1 /	0 0	,	( 4 .9 1 )
д е		– 1 2	Ф /м – е л е к т р и ч н а с т а л а ,				– 7	Г н /м	–
д е	0 = 8 ,8 5 4 1 0		Ф /м – е л е к т р и ч н а с т а л а ,			0 = 4 1 0		Г н /м	–
м а г н іт н а с т а л а ,		і	– в ід н о с н і д іе л е к т р и ч н а т а м а г н іт н а п р о -

н и к н о с т і с е р е д о в и щ а . У в а к у у м і ш в и д к іс т ь п о ш и р е н н я е л е к т р о -


м а г н іт н и х х в и л ь д о р ів н ю є c = 1 /					8	м /с , т о д і я к в с е -
		0	0
				3 1 0
р е д о в и щ і = с /	c n . В е л и ч и н у n =					н а з и в а ю т ь а б с о -

л ю т н и м п о к а з н и к о м з а л о м л е н н я с е р е д о в и щ а . В ін п о к а з у є , у

с к іл ь к и	р а з ів ш в и д к іс т ь е л е к т р о м а г н іт н о ї х в и л і в с е р е д о в и щ і
м е н ш а ,	н іж у в а к у у м і.

Розв’язок (4.90) має вигляд плоскої хвилі:

Е = Еmcos (t– x/ ), (4.92)

або, якби хвильове рівняння було записано для маг нітної компоненти поля Н, то

Н = Нmcos (t– x/ ),

де E i H – миттєві, а Em та Hm – амплітудні значення напруже- ності електричного та магнітного полів, – циклічна частота коливань, υ – швидкість поширення хвилі. Вектори Е і Н од- ночасно досягають максимуму і одночасно перетворюються в нуль, тобто коливаються в однаковій фазі; вони взаємно пер- пендикулярні і перпендикулярні до вектора швидкості , тобто електромагнітна хвиля поперечна (мал. 4.40).

Мал. 4.40.

Електромагнітна хвиля в напрямку свого поширення перено-

сить певну енергію. Енергія електромагнітного поля в одиниці об’єму (густина енергіїелектромагнітного поля)дорівнює

	E2		H2
w=	0		0	.	(4.93)
	2
		2

			П	е	р	ш	и й
д	р	у	г и	й		–	м
д	о	в	і л	ь	н	и й	м

	д о д а н	о к	– г у с т и н а
а	г н і т н о	г о .	З р і в н я н ь
о	м е н т ч а с у		м а є м і с ц е

е н е р г і ї	е л е к т р и ч н о г о		п о л я	,
М а к с в е л л а		в и п л и в а є ,	щ о	в
р і в н і с т	ь

0 E

0 H 2

а б о

H .

( 4 . 9 4 )

Т а к и м

ч и н о м ,

е л е к т р о м а г н і т н і й

х в и л і

н а п р у ж е н о с т і

е л е к т р и ч н о г о

м а г н і т н о г о

п о л і в

п р о п о р ц і й н і

о д н а

о д н і й :

H .

М н о ж н и к

п е р е д

Н н а з и в а ю т ь

х в и л ь о в и м

о п о р о м

с е р е д о в и щ а . Д л я

в а к у у м у

(

1 ,

1 ) х в и л ь о в и й

о п і р

д о р і в н ю є

п р и б л и з н о

3 7 7

О м . К р і м

т о г о ,

( 4 . 9 4 )

в и д н о ,

щ о

е л е к т р и ч н а

м а г н і т н а

с к л а д о в і

е л е к т р о м а г н і т н о г о

п о л я

р і в н о п р а в н і .

В и к о р и с т а в ш и

( 4 . 9 4 ) , в и р а з

д л я

г у с т и н и

е н е р г і ї

( 4 . 9 3 ) м о ж н а

п е р е п и с а т и

в и г л я д і :

w =

Е 2 =

Н 2

H .

( 4 . 9 5 )

Г у с т и н а

п о т о к у

е н е р г і ї е л е к т р о м а г н і т н о г о

п о л я

I д о р і в н ю є

д о б у т к у

г у с т и н и

е н е р г і ї w і ш в и д к о с т і

п о ш и р е н н я

х в и л і

І =

( 1 /

) =

H .

( 4 . 9 6 )

В е к т о р

г у с т и н и

п о т о к у

е н е р г і ї е л е к т р о м а г н і т н о г о

п о -

л я д о р і в н ю є

[ E

H ] , н а п р я м о к

ї ї п е р е н е с е н н я

з б і г а є т ь с я з

в е к т о р н и м

д о б у т к о м

[ E

H ] , а

з н а ч и т ь , і з

ш в и д к і с т ю

п о -

ш и р е н н я

х в и л і , т о б т о

в и з н а ч а є т ь с я

з а

п р а в и л о м

п р а в о г о

г в и н -

т а . Ц е й

в е к т о р

н о с и т ь

н а з в у в е к т о р а У м о в а - П о й н т і н г а .

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 127 8 9 10 11 12 > Следующая >>>