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 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>

4.5.4. Шкала електромагнітних хвиль

Як відомо, залежно від частоти або довжини хвилі = = c/ елек- тромагнітні хвилі поділяють на радіохвилі, інфрачервоне ви- промінювання, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські хвилі, -випромінювання. У таблиці 4.7 наведена части- на спектра електромагнітного випромінювання. Розподіл електро- магнітного випромінювання на окремі діапазони недостатньо чіткий, тому що в дійсності сусідні діапазони в значній мірі перекриваються.

Таблиця 4.7.

Частота , Гц

Вид випромінювання

103–1012

Радіохвилі

Інфрачервоне випромінювання

1.5 10

–3.75 10

Видиме світло

(3.75–7.5) 10

Ультрафіолетове випромінювання

7.5 10

–3 10

Рентгенівське

3 10

–3 10

>3 10

-випромінювання

Таблиця 4.8.

Частота

, Гц

Вид випромінювання

Довжина хвилі , м

3–30

Крайньонизькі

108–107

30–300

Наднизькі (мегаметрові)

107–106

Інфранизькі (гекакілометро-

–10

(0.3–3) 10

ві)

Дуже низькі

–10

(3–30) 10

Низькі частоти (кілометрові)

–10

(30–300) 10

Середні частоти (гектометро-

–10

(0.3–3) 10

ві)

Високі частоти (декаметрові)

100–10

(3–30) 10

Дуже високі (метрові)

10–1

( 30–300) 10

Ультрависокі

(УВЧ)

(деци-

1–0.1

(0.3–3) 10

метрові)

Надвисокі

(НВЧ) (сантимет-

0.1–0.01

(3–30) 10

рові)

Крайньовисокі

(КВЧ)

(мілі-

0.01–0.001

(30–300) 10

метрові)

Гіпервисокі (ГВЧ) (децимілі-

–3

(0.3–3) 10

метрові)

(1–0.01) 10

Той факт, що різні діапазони частот випромінювання ма- ють свої назви, не повинен закривати основну особливість електромагнітних хвиль – всі вони мають однакову природу, а відрізняються лише частотою. Радіохвилі, які випромінюються антеною, повністю аналогічні за природою до - випромінювання, яке зароджується в атомному ядрі. Спосіб же взаємодії з речовиною визначальною мірою залежить від частоти. Наприклад, око чутливе лише до видимого світла, тоді як шкіра відчуває інфрачервоне випромінювання. Радіохвилі затримуються тонкою металевою пластинкою, тоді як -промені та рентгенівські проникають крізь неї. Величезна різноманітність проявів взаємодії електромагнітного поля з речовиною робить це випромінювання надзвичайно цікавим для використання у різних галузях, включаючи медицину.

Згідно з Міжнародним регламентом радіозв’язку радіо- хвилі ділять на дванадцять діапазонів (табл. 4.8).

З лікувальною метою в основному використовуються такі прояви взаємодії електромагнітного поля з біологічними сис- темами (див. табл. 5.1):

-збудження (електростимуляція); для цієї мети викор и- стовують, як правило, низькочастотні поля з імпульсами пря- мокутної, трапецієподібної, трикутної, експоненціальної фор- ми;

-лікувальне прогрівання високочастотними полями; його механізм найбільш досконало вивчений. Серед методів висо- кочастотної терапії розрізняють діатермію, індуктотермію, УВЧ, мікрохвильову терапію;

-специфічна дія; характерною особливістю її є реакція біологічних систем на надзвичайно низькі інтенсивності, котрі недостатні для збудження та прогрівання. Цей механізм дії охоплює весь діапазон довжин хвиль і характеризується висо-

кою селективністю (досить вузький діапазон частот для то- го чи іншого типу клітин).

До специфічної дії відносять: зміну структури біологічно ак-

тивних молекул (білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот), зміни в процесах переносу через мембрани (спотворення роботи іонних насосів, зміна локальних концентрацій іонів), зміни швидкості хімічних реакцій.

Електромагнітні поля можуть чинити як локальну, так і за- гальну дію на біооб’єкти залежно від частоти випромінювання. На частотах 300 МГц довжина хвилі перевищує 1 м. Дія та- кого випромінювання залежить від того, все тіло чи його частина знаходяться в полі. На більших частотах менша за розміри тіла людини, що й обумовлює лише локальну дію таких полів.

З підвищенням частоти зменшується глибина проникнення електромагнітного поля в біологічні тканини (як і у всякі інші се- редовища). Глибиною проникнення Lе електромагнітного поля називають відстань, на якій амплітуда коливань зменшується в е = 2.718 разів. Цій відстані відповідає зменшення інтенсивності на 87 відсотків. Глибина проникнення електромагнітних хвиль в и- значається не тільки частотою цих хвиль, а й здатністю даної тканини поглинати енергію, яка, в свою чергу, залежить від бу- дови тканини. Визначальним, в більшості випадків, є вміст моле- кул води. Для жирової та кісткової тканин глибина проникнення на порядок (у десятки разів) більша, ніж для м’язової. Враховую- чи складний характер біологічних тканин, вважають, що для хвиль сантиметрового діапазону Lе 3–0.5 см, а дециметрового діапазону 10 см.

Якщо опромінення електромагнітними хвилями ведеться дистанційно, то має місце часткове (яке може сягати 75%) відбивання хвилі від поверхні біологічної тканини. Ступінь відбивання залежить від різниці хвильових опорів середовища (повітря) та біологічної тканини. При контактному опроміненні втратами потужності на відбиванні можна знехтувати.

4.1. СЕМІНАР “МЕТОДИКА ОДЕРЖАННЯ, РЕЄСТРАЦІЇ ТА ПЕРЕДАЧІ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ”

Мета семінару: знайомство з принципами дії приладів, які дозволяють проводити виміри різноманітних електричних параметрів.

Контрольні питання для підготовки до семінару

1.Електричне поле і його основні характеристики (напруженість Е, потенціал , зв’язок між ними).

2.Електричний диполь (дипольний момент, диполь в однорідному і неоднорідному електричному полі).

3.Електричне поле в речовині (поляризація та її види, відносна діелектрична проникність і поляризованість речовини, діелектрич- на проникність біологічних тканин, сегнетоелектрики).

4.П’єзоелектричний ефект і його застосування.

5.Основні характеристики електричного струму (сила та густина струму, закони Ома та Джоуля–Ленца, питома електропровідність, рухливість вільних носіїв).

6.Магнітне поле і його основні характеристики (індукція В і напруженість Н магнітного поля). Закон Біо–Савара–Лапласа.

7.Дія магнітного поля на провідники зі струмом та рухомі електричні заряди (сила Ампера, сила Лоренца).

8.Магнітні властивості речовини (намагніченість, магнітна проник- ність). Діа, пара- і феромагнетики.

Додаткова література

1.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1996.

2.Ливенцев Н.М. Курс физики, ч. II. – М.: Высшая школа, 1978. – Гл. 6–10, с. 108–181.

3.Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1987. – Разд. 4–5, с. 245–441.

Типові задачі з еталонами розв’язків

Після вивчення теоретичного матеріалу слід ознай- омитися з еталонами розв’язку задач і перевірити свою підготовку до семінару.

Задача 1.

Знайти густину струму в електроліті, якщо

концентрація іонів у ньому n = 1010 cм–3, їх рухл и- вості b– = 4,65 10–4 см2/В с, b = 6,55 10–4 см 2/В с. Н а-

пруженість електричного поля Е = 103В/см. Вва- жаючи густину струму однаковою, знайти силу струму, якщо площа кожного електрода S = 4 см2. Іони одновалентні.

Розв’язок.

Згідно із законом Ома в диференціальній формі густина струму дорівнює j = E, де – питома еле к- тропровідність.У випадку електролітів з (4.37) маємо:

= n z e (b+ + b–).

За умовою задачі валентність z = 1. Остаточно от- римаємо:

j = ne(b+ + b–)E.

За означенням j = I/S, тобто сила струму I = jS. Виконаємо обчислення:

j = 1010 cм–3 1.6 10–19 Кл (4.65 + 6.55) 10–4 см2/Вс 103

В/см =

= 1.78 10–9 А/см2.

I = 7.1 10–9 A.

і а

–

і с

і .

і д

l , в

cм

’

(

. 1

)

cos

–

і е

і с

(

)

–

Кл

. 5

. 04

і у

і .

і с

і т

’

і с

і н

)

(м

. 4

)

(

М а л . 4 . 4 1 .

–

і д

а н

і д

а .

н і с

т ь

т в

е н

г о

л о

с т р

і д

( 4

. 4

) , д

і в

с т а в

с ь

а в

с в

е р

н а

т о

і в

з б

і г а

т ь

с я

т о

г е

т р

з а м

і н

т и

а р

е т и

Теоретичні питання, що розглядаються на семінарі

1.Вимірювальні прилади та їх класифікація:

а) класифікація приладів за принципом їх дії; б) чутливість приладів.

2.Вимірювання сили струму і напруги та інших електричних величин.

3.Вимірювання опорів за допомогою місткової схеми.

4.Вимірювання невідомої ЕРС компенсаційним методом. Дільники напруги.

5.Осцилограф і його основні характеристики.

6.Електроди та датчики медико-біологічної інформації.

7.Підсилення і генерація електричних сигналів.

8.Структурна схема кола для одержання, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації.

Додаткові теоретичні відомості

4.6.1. Прилади для вимірювання електричних пара- метрів та їх класифікація

Електровимірювальні прилади – це пристрої, за допом о- гою яких здійснюють порівняння деякої фізичної величини з еталоном, прийнятим за одиницю вимірювання. Для цього ви- користовують різні прояви дії електричного струму. Найбільш широко застосовуються прилади, принцип роботи яких ба- зується на механічних проявах електромагнітної взаємодії, в результаті яких рухома частина приладу обертається, пе- реміщуючи покажчик вздовж шкали. В сучасній техніці все більш широко використовуються електровимірювальні прила- ди з цифровою індикацією.

Мал. 4.42.

Мал. 4.43.

а)Уприладахмагнітоелектричноїсистемивикористовуєть

діямоментусилнарамкузі струмом, яказнаходитьсявпо постійноманіту(мал.4.42). МоментсилMпрямопропорційноа лежитьвідсилиструмуІ, томуікут,наякийповертаєтьсярам прямопропорційнийІ. НапрямокМзалежитьвіднапрямкустру Жорсткозв’язанийзрамкоюпокажчиквідзначаєнапрорадуйовані шкалічисловізначенявимірюваноївеличини.Приладицієїсистем високочутливі,достатньоточні,маютьрівномірнушкалу. Викор стовуютьсядлявимірюванялишепостійнихелектричнихвеличи Належністьприладудоцієїсистемипозначаєтьсясимволом.


б ) П р и л а д и е л е к			т р о м а г н і т н о		ї с и с т е м и б а з у ю т ь с я н а я в и щ і в т я -
г у в а н н я з а л і з н о г о		с е р д е ч		н и к а в м	а г н і т н е п о л е с о л е н о ї д а ( м а л . 4 . 4 3 ) .
С и л а , з я к о ю с е	р д е ч н и к в т я г у є т ь с я в с о л е н о ї д , з а л е ж и т ь в і д в е л и ч и н и					і
н е з а л е ж и т ь в і д	н а п р		я м к у	с и л и с т р у м у . С е р д е ч н и к з а к р у ч у є п р у ж и н у		і

п е р е м і щ у є п о к а ж ч и к в з д о в ж ш к а л и . П р и л а д и ц і є ї с и с т е м и п р о с т і , н а д і й н і , д е ш е в і , а л е м а л о ч у т л и в і , м а ю т ь н е р і в н о м і р н у ш к а л у і н е в и с о -

к у

т о ч н і с т ь .

В о н и

п р и д а т н і

д л я

в и м і р ю в а н н я

я к

п о с т і й н и

х , т

а к

з м і н н и

е л е к т р

и ч

н и х в е л и ч и н .

П о з н а ч а ю т ь с я з н а к о м

в )

У п р и л а

д а х е л е к т р о д и н а м і ч н о ї с и с т е м и д л я в и

м і

ю в

а н н я в и -

к о

р и с т

в у є т ь с я о

б е р т а н н я р а м

к и

з і с т р у м о м

м а г н і т н

о м у

п о л і с

о л е -

н о ї д а . К у т п о в о р	о т у р а м к и з а л е ж и т ь	в і д с и л и с т р у м у я к в р а м ц і , т а к і в
с о л е н о ї д і . Н а п р я	м о к п о в о р о т у з а л е ж	и т ь в і д н а п р я м к у о б о х с т р у м і в . Ц і

п р и л а д и

д о с т а т н ь о

т о ч н і , м а ю т ь

н е р і в н о м і р н у

ш к а л у , п р и д а т н і

д л я

в и м і р ю в а н н я п о с т і й н и х і з м і н н и х в е л и ч и н .

г ) П р и л а д и т е п л о в о ї с и с т е м и . П р и н ц и п р о б о т и б а з у є т ь с я н а т е п -

л о в і й

д і ї с т р у м у

і н а

т е р м і ч н о м у

р о з ш и р е н н і

м е т а л і в . П р и л а д и

ц і є ї

с и с т е м и

п р и д а т н і д л я в и м і р ю в а н н я я к

п о с т і й н и х , т а к і з м і н н и х

в е л и -

ч и н ( д і а п а з о н ч а с т о т д о с и т ь

ш и р о к и й ) . Н а л е ж н і с т ь п р и л а д у

д о

д а н о ї

с и с т е м и п о з н а ч а є т ь с я з н а к о м

S .

В и в ч е н н я п р и н ц и п у р о б о т и е л е к т р о н н и х ц и ф р о в и х п р и л а д і в в и -

х о д и т ь з а р а м к и ц ь о г о к у р с у .

К р і м

п о з н а ч е н н я

с и с т е м и

п р и л а д у , н а

й о г о

ш к а л і в к а з у є т ь с я

х а -

р а к т е р в и м і р ю в а н о ї в е л и ч и н и – з м і н н а “

” , п о с т і й н а “ = ” , о б и д в і “

” і

к л а с т о ч н о с т і п р и л а д у .

Т о ч н і с т ь в и м і р ю в а л ь н и х п р и л а д і в

Н а в с і х е л е к т р о в и м і р ю в а л ь н и х п р и л а д а х в к а з а н о ї х к л а с т о ч н о с т і

(ц и ф р а

н а ш к а л і , я к

п р а в и л о , в к о л і ) . К л а с

т о ч н о с т і п о к а з у є

м а к с и -

м а л ь н	у в і д н о с н у п о х и б к у в и м і р ю в а н ь п р и п о в н о м у в	і д х и л е н н і с	т р і л к и
п р и л а	д у , в и р а ж е н у у в і д с о т к а х . Н а п р и к л а д , а м п е р м е	т р к л а с у т о	ч н о с т і

1 . 5 з в е р х н ь о ю м е ж е ю	в и м	і р ю в а н н			я 1	А д а є п р и п о в н о м у в і д х и л е н н і
с т р і л к и а б с о л ю т н у п о х и б к у
	I = ( 1		А / 1 0	0	) 1 . 5 = 1 5 м А .
Ц я а б с о л ю т н а п о х и б к		а	о д н а	к о в а		п р и	р і в н о м і р н і й	ш к а л і , а д л я
н е р і в н о м і р н о ї з б і л ь ш у є т ь с я			в н а п р я м к у д о				п о ч а т к у ш к а л и . В і д н о с н а

п о х и б к а з а в ж д и з р о с т а є п р и з м і щ е н н і д о п о ч а т к у ш к а л и . Т о м у п р и л а д

н е о б х і д н	о в и б и р а т и т а к , щ о б в и м і р ю в а н н я в і д б у в а л о с ь у д р у г і й п о л о -
в и н і ш к а	л и .

4.6.2. Вимірювання сили струму, напруги, ЕРС, опо- ру в електричному колі

За призначенням електровимірювальні прилади поділяють

на:

а) Прилади для вимірювання сили струму: амперметри (А), міліамперметри ( мА), мікроамперметри ( мкА) і гальвано- метри (G), шкали яких проградуйовані у відповідних оди ни- цях. На пристроях для комутації (клеми, гнізда, перемикачі границь вимірювання) вказані верхні межі вимірювання при відповідній комутації. Межі вимірювання розширюють за до- помогою шунтів – спеціальних резисторів, які вмикаються па- ралельно до приладу.

б) Прилади для вимірювання напруги – вольтметри, мілі- вольтметри, кіловольтметри, а також гальванометри. На шкалі позначають одиниці вимірювання чи назву приладу. Межі вимірювання розширюють за допомогою резисторів, які підключають послідовно; верхні межі вимірюваної величини вказані на пристроях для комутації.

На всіх приладах, перерахованих в пунктах а) та б), вка- зані і значення величини їх опору, а на гальванометрах також ціна поділки і чутливість.

в) Прилади для вимірювання потужності – ватметри – виконують множення сили струму на напругу. Ці прилади, як правило, електродинамічної системи.

Комбіновані прилади, призначені для одночасного вимі- рювання сили струму, напруги й опору, є приладами магніто- електричної системи, мають декілька шкал і додаткових опорів, систему комутації, джерела струму та випрямляч.

Крім перерахованих приладів, які вимірюють основні електричні величини, існує ще ряд приладів спеціального при- значення – частотоміри, фазоміри, вимірювачі ємності, індуктивності, добротності контурів тощо.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 128 9 10 11 12 > Следующая >>>