4.8. Переменный электрический ток

Если относительно магнитного поля перемещать проводник, то вследствие электромагнитной индукции в нем возникает э.д.с.

Рисунок 20.

Пусть проводник выполнен в виде рамки, (рис.20) которая имеет площадь S и может вращаться вокруг оси перпендикулярной однородному магнитному полю (В=Const). Контур пронизывается магнитным потоком

,

где α =ωt угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к плоскости расположения рамки.

При вращении рамки поток вектора магнитной индукции, пронизывающий контур, периодически изменяется и согласно закону Фарадея возникает э.д.с. индукции

.

То есть, в контуре проводника возникает переменная электродвижущая сила, изменяющаяся по закону синуса.

В замкнутой цепи возникает переменный ток

,

где R – сопротивление контура проводника и его внешней цепи.

Как и любой гармонический процесс, такой ток характеризуется амплитудой I_макс, круговой частотой ω и фазой ωt, а также периодом Т и частотой ν .

На этом способе получения переменного тока основаны электромашинные генераторы, в которых магнитное поле создается с помощью электромагнита, а вращающийся контор состоит из витков, расположенных на ферромагнитном сердечнике (ротор генератора).

Основу генератора переменного тока составляет катушка, вращающаяся в однородном магнитном поле, перпендикулярном оси вращения. Поток вектора магнитной индукции через катушку равен

.

Согласно закону Фарадея индуцируется э.д.с.

.

Или

где U₀=BSωn=U_макс – амплитуда э.д.с.

Если к генератору подключен резистор сопротивление R, то через него будет идти ток

То есть, напряжение и ток, протекающий через резистор, совпадают по фазе (рис.21).

Рисунок 21.

Для получения пульсирующего тока нужно концы катушки соединить с полукольцами.

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. При низких, звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток, как и постоянный, вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов, их разделением, изменением концентрации в различных частях клетки и межклеточного пространства.

Раздражение тканей также зависит от формы импульсного тока, длительности импульса и его амплитуды. Так, например, увеличение крутизны фронта импульса уменьшает пороговую силу тока, который вызывает сокращение мышц. Это свидетельствует о том, что мышцы приспосабливаются к изменению силы тока, наступают ионные компенсационные процессы.

Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной дарсонвализацией. Токи высокой частоты используют также для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют прижигать «сваривать» ткани (диатермокоагуляция) или рассекать их (диатермотомия).

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой электрическое поле? Назовите основные характеристики электрического поля.

2. Перечислите виды электрографии.

3. На каких физических основах базируется метод электрокардиографии?

4. От чего зависит электропроводимость тканей и органов?

5. При каких условиях газ является проводником электрического тока?

6. Какие виды аэроинонов бывают? Каково их воздействие на организм?

7. Что представляет собой магнитное поле? Назовите его основные характеристики.

8. В чем преимущество магнитокардиограммы?

9. Каким образом можно получить переменный электрический ток?

10. От чего зависит действие переменного тока на организм?