физика экзамен
.pdf
костнойпроводимости(колебаниявоздухагортаниполостирта непосредственнопередаютсякостямчерепа).Поэтомукаждыйчеловек воспринимаетсвойголоснетак, какслушающиееголюди; вэтомлегкоубедиться, записавсвойголоснамагнитнуюкассету(вэтомслучаепривоспроизведениизвук будетпередаватьсятолькочерезвоздухивспомогательныйаппаратуха).Как правило, человекприэтомнеузнаетсвойголос. Полостьулиткиделитсядвумя соединительнотканнымимембранамитриотсека.Нижнийверхнийсоединены вверхушкеулиткинебольшимотверстием.*)Вширокомконценижнеготсека расположеноовальноеокно, связывающеесреднееухосулиткой. Вширокомконце верхнеготсеканаходитсякруглоеокно, такжеоткрывающеесяполостьсреднего уха. Круглоеокно, какиовальное, затянутоэластичнойперепонкой. Еслибыне былокруглогокна, звуковыеволныотражалисьбыисоздавали интерференционныеэффекты, которыеискажалибы восприятиезвука. Верхний инижнийотсекиулиткизаполненыжидкостью, называемойперилимфой. Средний отсекзаполненболеевязкойжидкостью–эндолимфой. Основнуюрольв регистрациизвукаиграетбазилярнаямембрана.Нанейрасполагается рецепторныйаппаратуха–кортиеворган.
Работарецепторногоаппаратаорганаслуха
Перейдёмтеперькработевнутреннегоуха. Усиленныевсреднемухеколебания черезовальноеокнопередаютсяперилимфе–жидкости, заполняющейнаружные отделыулитки. Отперилимфыколебанияпередаютсянабазилярнуюмембрану, на которойрасполагаютсобственноярецепторныеэлементы–волосковыеклетки.
Волоскиупираютсяконцамиврасположеннуюнаднимипокровнуюмембрану. При колебанияхбазилярноймембраныволосковыеклеткиколеблютсявместеней; в тожевремяэндолимфапокровнаямембранаостаютсянеподвижными. В результатеволоскизгибаются. Этомеханическоевоздействиеп редаётся апикальнойчастимембраны, чтоприводиткоткрытиюнатриевыхканалов. В данномслучаеэтиканалыявляютсянепотенциалзависимыми, механозависимыми, тоесть
вместосенсоранапряженийвбелковыемолекулы, образующиеканал, входят структурныегруппы, реагирующиенамеханическоеусилие(изгиб). Открытие натриевыхканалов, какобычно, приводиткдеполяризациимембраны, нотаккакв мембраневолосковойклеткинетпотенциалзависимыхканалов, топотенциал действиянеможетвозникнуть, аразвиваетсяградуальныйсдвигпотенциала, которыйвданномслучаеназываютрецепторнымпотенциалом(РП).ВеличинаРП зависитотинтенсивностизвука. РПраспространяетсяпомембраневолосковой клетки. Набазальном(нижнем) концеэтойклеткимеетсясинапсокончанием волокнаодногоизбиполярныхнейронов. Черезэтотсинапспомощьюмедиатора возбуждениеп редаётсянанервноеволокно, вкоторомвозникает постсинаптическийпотенциал, преобразующийсядалеевпотенциалдействия (нервныйимпульс). Потенциалыдействияпослуховомунервупередаютсябез декрементавЦНС. Такимобразом, потипупередачинформациислуховые рецепторыотносятсяковторичночувствующим.
Волосковыеклеткиобладаюткрайневысокойчувствительностью: звуковые |
|
|
колебания, лежащиеоколопорогаслышимости |
, вызываютколебаниябазальной |
|
мембранысамплитудойпорядкананометра. Такогоничтожногосмещения |
|
|
оказываетсядостаточным, чтобысоздатьпотенциалдействия. |
|
|
Междусигналомшумоместьпринципиальнаяразница. Звуковыеколебания, |
|
|
поступающиеворганслуха, исходятотодногоисточника, поэтомуоникогерентны, |
|
|
тоестьпопадаютвовсерецепторыводинаковойфазе. Шум–этохаотические |
|
|
некогерентныеколебания; ониприходятвразныерецепторныеклеткивразных |
51 |
|
(случайных) фазах. Втеориисложенияколебанийдоказывается, чтоесли складываютсяNодинаковыхкогерентныхколебанийс амплитудойА, тообщая амплитудаАобщравна:
Аобщ= N*А,
а еслискладываютсянекогерентныеколебания, то
Возьмёмдляпримераприближённые, новполнереальныезначения. Пусть амплитударецепторноготенциалаводнойклетке1мкВ, амплитудашумового потенциала10мкВ, ивгруппесоединено2500волосковыхклеток. Дляодной клеткишумв 10разбольшефона; втакихусловияхразличениезвуковогосигнала нафонешумапрактическиневозможно. Длявсейгруппыобщийпотенциалсигнала будетравен1мкВ.2500 = 2 500мкВ= 2,5мВ; общийпотенциалшума10мкВ.
= 10мкВ.50 = 500мкВ= 0,5мВ. Теперьпотенциалсигналавпятьразбольше потенциалашума, итакойзвукбудетуверенновоспринят.
Вслучаезвуковобычнойибольшойгромкостиамплитудасигналамногобольше
амплитудышума, поэтомунетнадобностивобъединениирецепторов. Вэтомслучае работают, восновном, волосковыеклеткивнутреннейполоски.
35Энергия, переносимаяволной. Интенсивностьволныипоток.
Приобразованииволныэнергияотисточникаволннепрерывнопереходитв энергиюсамойволны(вэлектромагнитныхволнах-в энергиюэлектрического магнитногополей; взвуковойволне-вэнергиюупругихколебаниймолекулвоздуха ит.д.).Поэтомуможносказать, чтолюбаяволнапереноситэнергию. Энергия, которуюсодержитэлектромагнитноеполев расчётенаединицуобъёма, равна:
ПервыйчленотображаетэнергиюэлектрическойсоставляющейЭМП, второйэнергиюмагнитнойсоставляющей. Таккаквэлектромагнитнволнейэнергия электрическогополяпостояннопереходитвэнергиюмагнитногополяинаоборот, средниезначенияэнергииобоихполейбудутодинаковы:Wэл=Wмагн.Отсюда следует,что
или
(длявакуумаН~E/0.377)
потокомэнергиилипростопотокомиобозначаютбуквойФ.
W
Ф= ─── [Bт] |
(7) |
52
t
Энергия, переносимаяволнойна единицуплощадиза единицувремени называетсяинтенсивностьюволны(илипростоинтенсивностью).Применяют такжетерминплотностьпотокаэнергии(ППЭ).Очевидно, что
W Ф Р
I = ───── = ─── = ─── [Вт/м 2]
tS |
S |
S |
(Р -мощность, переносимаяволной).Интенсивностьпростовыражаетсячерез характеристикиполя-напряжённостиЕ Н: I =Emax*Hmax/2,гдеЕmaxиНmax - амплитудныезначениянапряжённостейвданнойточке. ВеличинуI=Е*Нназывают векторомУмова-Пойнтинга .ТаккакЕиНепрерывноколеблютсяпомодулю, то векторУмова-ПойнтингаIтожеколеблетсявпределахот0доImax.Интенсивность I равнасреднемузапериодзначениювектораУмова-Пойнтинга. Легкопонять, что интенсивность-этоважнейшаяхарактеристикаволны, определяющаяеё взаимодействиесосредойиразличнымиприборами. Скажем, качествоидаже самавозможностьрадиосвязинапрямуюзависятотинтенсивностидоходящей
радиоприёмникаэлектромагнитнволный.
36.Излучениеэлектромагнитныхволн. ШкалаЭМВ. Зонысформировавшейся несформировавшейсяволны. Диаграмманаправленностиизлучения. Поток излученияинтенсивностьизлучения.
Электромагнитныеволны(ЭМВ ) -этораспространяющиесявпространстве возмущенияэлектрическогомагнитногополей. Вотличиеотзвуковыхимногих другихволн, ЭМВмогутраспространятьсянетольковкаких-тосредах, ноив пустоте(вакууме). ДляописанияЭМВобычнопользуютсявекторами напряжённостиэлектрическогомагнитногополей, тоестьвекторамиЕиН.
Есливкакой-тоточкепроизошлоизменениеэлектрическогополя, этовызывает возникновениевокругданнойточкимагнитногополя. Направление вектораНперпендикулярновекторуЕ, авеличинанапряжённости
пропорциональнаскоростизмененияЕ: H≈ε 0* ε *(dE/dt) (*)Номагнитноеполев
волнетожепеременное; переменноемагнитноеполепо законуФарадеясоздаёт ЭДСиндукции, тоестьэлектрическоеполе(тожепеременное); оносоздаёт магнитноеполеи т.д. ТакимобразомвозмущениеЭМПраспространяетсяв пространстввидеэлектромагнитнволный. Дляплотнойэлектромагнитной волныколебанияэлектрическоймагнитнойеёсоставляющейописываютсятак
E=Emax*Cosw(t-x/v);H=Hmax*cos w(t-νx/)
Изосновныхзаконовэлектромагнитгогополя(теорииМаксвелла) следует, что вектораЕиНперпендикулярныдругдругуиперпендикцлярнынаправлению распространенияволны.Такимобразом, электромагнитныеволны всегдапоперечные.СкоростьэтихволнпотеорииМаксвелларавна:
υ=1/ \/ε 0εμμo (3) |
|
Этаформулаподтверждаетсяиэкспериментально. Ввакууме |
|
υ =с = 1/\/ε 0μo ~ 3*108 м /с. |
53 |
Шкалаэлектромагнитныхволн
Спектрэлектромагнитныхволноченьширок: длинаволныразличных. ЭМВ
лежитвпределахотмиллионовкилометровдо10 -15 м. ПринятоделитьЭМВна диапазоны, чтовесьмагрубопредставленотаблице:
длинаволны(м) названиедиапазона
от до
109 |
104 |
сверхнизкочастотные |
|
104 |
103 |
длинные |
|
103 |
100 |
средние |
|
100 |
10 |
короткие |
радиоволны |
10 |
1 |
ультракороткие(УКВ) |
|
1 |
0,01 |
сверхвысокочастотные(СВЧ) |
|
0,01 |
0,001 |
крайневысокочастотные(КВЧ) или( миллиметровые) |
|
0,001 0,76*10-6 инфракрасноеизлучение
0,76*10-6 0,4*10-6 видимыйсвет
0,4*10-6 10-9 ультрафиолетовоеизлучение
менее10-9 |
рентгеновскоеигамма-излучение |
|
Излучениеэлектромагнитныхволн |
|
|
Электромагнитныеволныизлучаютсязарядами(чащевсегоэлектронами),если |
|
|
этизарядыдвигаютсяускорением. Равномернодвигающийсязарядсоздаёт |
|
|
вокругсебяпостоянноеполе. Еслижезаряддвигаетсяускоренно(илизамедленно), |
|
|
скоростьменяется, инапряжённостьмагнитнойсоставляющейтожеменяется |
|
|
(напряжённостьпропорциональнаскоростизаряда).Изменениемагнитгогополя |
|
|
вызоветпоявлениеэлектрическогополя, тожепеременного. Изменение |
|
|
электрическогополя-этотоксмещения, которыйсоздаётмагнитноеполе, ит.д. |
|
|
Чащевсегоколебаниязарядовгармонические, тогдаиускорениеменяетсяпо |
|
|
синусоидальномузакону, иЭМВбудутсинусоидальными.Зонысформировавшейся |
|
|
несформировавшейсяволны. Прираспространенииволныотисточникаонане |
|
|
сразуприобретаеттесвойства, которыехарактерныдляэтойжеволнына |
|
|
относительноб льшомрасстоянииот меставозникновения. Говорят, что |
|
|
поблизостиотисточникаволнанесформировалась. Этазона |
|
|
несформировавшейсяволныпростираетсянарасстояниеводну-дведлины |
|
|
волныотисточника. Набольшемрасстоянииволнаприобретаетправильныйвид, |
|
|
итолькотамможнохарактеризоватьеёприведеннымиранееформулами; такая |
|
|
зонаназываетсязонойсформировавшейсяволны. Такоеразделениеимеет |
|
|
большоепрактическоезначение. Вчастности, тольковзонесформировавшейся |
|
|
волныимеютсмыслпонятияпотокаиинтенсивности, толькотамихможно |
|
|
измерятьсоответствующимипр борами. Вближнейзонехарактеристикиволны |
|
|
сильнозависятотконкретнойконструкцииизлучателя; вчастности, не |
54 |
|
соблюдаетсяоотношениемеждувеличинамиЕиН(Н=ε 0/μo). Например, если
излучательвыполненвидекатушки,внёмбудетвозникатьмагнитноеполе, ив зоненесформировавшейсяволныбудетзначительнопреобладатьмагнитная составляющаяполя. Поэтомуприизмеренияхвближнейзоненельзямерять интенсивностьволны, анеобходимоспециальнымиприборамиизмерятьсами величинынапряжённостиполейЕиН. Несоблюдениеэтогоправиламожет привестиксерьёзнымошибкамприоценкебезопасностинахождениялюдейв зонедействиярадиолокаторовпрочихгенератороврадиоволн( другихволн).
Диаграмманаправленностиизлучателя
Подавляющеебольшинствоизлучателейсоздаютразнуюинтенсивностьизлучения вразныхнаправлениях. Длятого, чтобыохарактеризоватьизлучениевэтом отношении, строятдиаграммунаправленностиизлучателя. ИзначальнойточкиО проводятвектораразныхнаправлениях, причёмдлинакаждоговектора определённоммасштаберавнаинтенсивностиизлучениявданномнаправлении. Затемконцывсехвекторовсоединяютнепрерывнойлинией; эталинияи представляетдиаграммунаправленности. Например, нарис.1представлена диаграмманаправленностипростейшеготелевизионногоизлучателя(диполь Герца), состоящегоиздвухпроводников(штырей) KLи MN,ккоторымподводится напряжениевысокойчастотыотгенератора. Вдольштырейизлучениянет, а
максимальнаяинтенсивностьдостигаетсявнаправленияхАиВ, составляющих угол90ºсосьюдиполя. Нарис. 2изображенадиаграмманаправленности терапевтическогоаппарата"Луч-2";видно, чтоосновнаячастьизлученияидётв сравнительноузкомпучке, направленномбольного. Ещёболееузкийлучу радиолокато(риса.3),новэтомслучаекромеосновного
пучкаимеютсяслабыедополнительныемаксимумыизлучения("вторичные лепестки" диаграммынаправленности).Этоимеетбольшоезначениесточкизрения безопасностиработы: человек, незнающийобэтихдополнительныхлучах, не будетсоблюдатьмерыпредосторожности, чтоприведёткопасномуоблучению.
37ОсновныевидывоздействияЭМВнаорганизмчеловека
РазличаюттриосновныхвидавоздействияэлектрическоготокаиЭМВ:
1)Электротравма,основнымкомпонентомкоторойявляетсяраздражающее действиетока, вызванноевозбуждениемнервнойи мышечнойткани. Приочень сильномвоздействиивозбуждениеможетперейтивторможение, сопровождающеесяпараличёмнервныхцентров.
2)Тепловоедействие-нагреваниетканейтокомпроводимостиилитокомсмещения.
3)Такназываемое"специфическоед йствие" -различныепатологическиереакции наоблучениеэлектромагнитнымиволнамивысокихчастот.
38Раздражающеействие. Механизмэлектротравмы
Проходяпотканям, электрическийтоквызываетперераспределение
ионовпообестороныклеточныхмембран. Врезультатенамембранахпроисходит сдвигпотенциала. Еслионпревыситпороговоезначение, внервныхимышечных волокнахбудутвозникатьпотенциалыдействия. Этопроявится, во-первых, в субъективныхощущениях(боль, чувствожжения),во-вторых, всудорожных сокращенияхмышц. Пороговоезначениетокасоставляетоколо10миллиампер; при меньшейсилетокав большинствеслучаевчеловекнеиспытываетнеприятных
ощущений. Присилетокавомногоразвышепороговойвозбуждениеможет
55
перейтивторможение.(этоявление, характерноетолькодлятока, ноидля самыхразныхраздражителей, называютзапредельнымторможением).Наиболее чувствительнымикдействиюэлектрическоготокаявляютсяклеткидыхательного центра; врезультатеихторможенияможетнаступитьостановкадыхания. Поэтому припоражениитокомчастонеобходимоделатьискусственноедыхание. Большую опасностьпредставляеттакжеперевозбуждениепейсмейкера, приводящеек выраженнойаритмии, вконечномитоге- к остановкесердца. Приэтом существенноезначениеимеетпуть, покоторомуидётосновнаячастьтокавнутри тела. Так, оченьопасно, когдаконтактынаходятсянаобеихруках-вэтомслучае значительнаячастьтокапроходитчерезпредсердиедействуетна синоаурикулярныйузеливообщенапроводящуюсистемусердца. Поэтому опытныеэлектрикиработаюттолькодной(правой) рукой, еслиестьопасность попастьподнапряжение. Практическиважно, чтоопределяющуюрольприоценке опасностиэлектротравмыиграетименносилатока, аненапряжение. Делов том, чтосопротивлениелачеловекаможетменятьсявоченьширокихпределахв зависимостиотхарактераирасположенияконтактовиот функционального состоянияорганизма. Особеннобольшоезначениеимеетсостояниекожи. Чистая сухаякожаобладаетзначительнымсопротивлением, ноономожетснизитьсяв сотниитысячираз, есликожавлажная(потная).Соответственно, первомслучае дажеприотносительновысокомнапряжениитокне достигнетопаснойвеличины, авовтором-опасныможетоказатьсянебольшоенапряжение. Известныслучаи смертельногоп раженияпринапряжении36идаже12вольти, наоборот, иногда благополучнок нчаетсяконтактсисточникомнапряжениявнесколькотысяч вольт. Кромедействияна нервнуюимышечнуюсистему, прохождениетокачерез телочеловекаможетвызватьожоги, особенно-вместахконтактов. Раздражающеействиетокасильнозависитотегочастоты. . Постоянныйток относительноменееопасен, таккаквследствиесильнойполяризациис латока оченьбыстропадаетвомногораз(хотябываютслучаитяжёлыхидаже смертельныхпоражений постояннымтоком). Наиболееопасентокнизкой частоты(донесколькихсотенгерц),втомчисле–отгородскойсети(50Гц).При дальнейшемповышениичастотыворотныймеханизмпотенциалзависимыхканалов неуспеваетзаполпериодасреагироватьнавозникшуюразностьпотенциалов, в следующиеполпериодапотенциалменяетзнакиуженеможетвызвать возбуждение. Поэтомусростомчастотыпороговоезначениетока, способного вызватьвозбуждение, возрастает, иначастотахвышенесколькихдесятков килогерцчеловекполностьюперестаётощущатьпрохождениетока, дажеесли силатокадостигаетнесколькихампер. Поэтому, например, плетизмографы другиедиагностическиеприборы, связанныепропусканиемтокачерез организм,работаютначастотахнеменее100кГц-вэтомслучаегарантировано полноеотсутствиенеприятныхощущенийпациента.
№39 Тепловоедействиеэлектромагнитногополя. Электрическоепрогревание тканей. УВЧ-терапияиндуктотермия.ОсобенностивыделениятеплаволнамиСВЧ диапазона
ПривоздействииволнамиСВЧдиапазонавыделениетепла(притойже |
|
интенсивностиизлучения) больше, таккактепловаямощностьпропорциональна |
|
квадратучастоты. Поэтомуспомощьюсверхвысокочастотногоизлучения(сдлиной |
|
волныединицыилидесяткисантиметров) можнодобитьсяболееинтенсивного |
|
прогревания, чемвдиапазонеУВЧ. Вместетем, этосвязаноисопределёнными |
|
опасностями. ЕслиприиспользованииаппаратовУВЧпрактическинеизвестны |
|
случаиожоговилиперегреватканей, топрииспользованииволнСВЧтакиеслучаи |
|
бывают, чтотребуетсоблюдениярядамерпредосторожности. Особенноопасно |
|
СВЧ-облучениеглаз. Деловтом, чтовбольшинстветканейвыделяющееся |
|
облучаемомучасткетепловзначительноймереуноситсякровью. Внутриглаза |
|
кровеносныхсосудовнет(ониимеютсятольконапериферииглазногояблока),а |
56 |
теплопроводносредтьглазаоченьмала. Отводтеплаидёткрайнемедленно, и глазноеяблокоперегревается. Впервыегодыразвитиярадиолокациибыло, к сожалению, немалослучаевслепотыврезультатепопадания
лучейвзонуСВЧизлучения. Сейчасвсеработы, гдеестьподобнаяопасность, выполняютсяобязательновзащитныхочках.*В последнеевремявместо аппаратовдиатермиидляподобныхоперацийчастоиспользуютспециальные хирургическиелазеры. Лучлазераразрезаеттканьиодновременновызывает коагуляциюбелков. Внастоящеевремясчитается, чтостепловымвоздействием СВЧизлученияможнонесчитаться, еслиегоинтенсивностьнепревышает210 милливаттнаквадратныйсантиметр(100ваттнакв.метр).Это, кстатисказать, в 10 разменьшеинтенсивностипрямогосолнечногосвета. Другаяособенность излученияСВЧ-егозначительноболеесильноепоглощениев тканяхорганизма. Например, поглощениенадлиневолны12,3см(терапевтическийаппарат"Луч-2") примернов 3000разбольше, чемнадлиневолны7,4м (аппаратУВЧ).Поэтому волныУВЧпроходятчерезвсётелочеловекалишьнемногослабляясь, СВЧ излучениенепроникаетглубоковткани; прогреваниеполучаетсяповерхностное (наглубинудо5-7см).Этонеобходимоучитыватьприиспользовании сверхвысокочастотныхЭВМ. Врядеслучаевнарезультатоблученияможет существенноевлияниеоказатьинтерференцияволн. ВолныСВЧхорошо отражаютсяграницразделаразныхтканей, например, отслояжира. Приэтом отражённаяволнанакладыываетсяпадающую, ипроисходитихинтерференция.
Врезультатеводнихместахволныусилятдругдруга, вдругихослабят, и выделениеэнергииможетоказатьсяоченьнеравномерным: одниучасткиткани перегреются, адругиеостанутсяхолодными.
№40 Нетепловое("специфическое")воздействиеэлектромагнитныхволн |
|
Практикаширокогоиспользованиярадиоизлучения(впервуюочередь-в |
|
Вооружённыхсилах) показала, чтодажеприинтенсивностях, невызывающих |
|
никакоготепловогоэффекта, облучениерадиоволнамиожетнеблагоприятно |
|
влиятьназдоровьелюдей. РеакцияорганизманавоздействиеЭМВможетбыть |
|
весьмаразнообразной: нарушениясна, потеряаппетита, повышенная |
|
утомляемость, раздражительност.ьп. Могут, особеннопридлительном |
|
воздействии, наблюдатьсяиболеесерьёзныенарушениясосторонысистемы |
|
кровообращенеия(например, подъёмАКД) ижелудочно-кишечноготракта, атакже |
|
нервнойсистемы. Вмедицинеподобныесостоянияназываютастеническим |
|
синдромом. Впринципе, неблагоприятныепоследствиямогутвызватьЭВМвсех |
|
диапазонов, но практическинаиболееактуальновэтомсмыслеизлучение |
|
сверхвысокихкрайневысокихчастот. Этообъясняется, однойстороны, тем, |
|
чтоаппаратураСВЧиКВЧчастоимееточеньвысокуюмощность; другойстороны, |
|
излучениеСВЧиКВЧгораздосильнеепоглощаетсяворганизме, значит, |
|
передаёторганизмузначительнобольшуючастьсвоейэнергии-вомногихслучаях |
|
до 100 %вспомните( соответствующиерассуждения, которыемыпроводилипри |
|
рассмотрениипонятиядозыионизирующейрадиации).Запоследниеполстолетия |
|
общаямощностьисточниковрадиоизлученияколоссальноувеличилась. (Еслигде- |
|
товГалактикеестьрадиоастрономы, онимоглибызарегистрироватьвспышку |
|
необычайномощнойрадиозвезды).ВсябиосфераЗемли-ичеловектомчисле- |
|
неожиданностолкнулисьвоздействиемновогомощногоэкологического |
|
фактора, ккоторомунаснетадаптациивпроцессеэволюции. Покаещётрудно |
|
предсказать, каковбудетвглобальныхмасштабахрезультатэтоговоздействия, но |
|
ужесейчасясно, чтонеобходимопредохранитьлюдейибиосферувцеломот |
|
нежелательныхпоследствийоблученияЭМВ. Сэтойцельюбылиразработаны |
|
нормыдопустимогооблучения(кстатисказать, большойвкладвэтуработувнесли |
57 |
учёныенашейакадемии).Взонесформировавшейсяволнынормируется
интенсивностьЭМВ. Допустимойсчитаетсяинтенсивностьменее0,1Вт/м 2 (или10 микроваттнасм).Многочисленныеисследованияподтвердили, чтопритакой интенсивностиизлучениядажепридлительномвоздействииненаблюдается никакихпатологическизмененийх. Значительносложнеенормированиезоне несформировавшейсяволны, тоестьвнепосредственнойблизостикизлучателю (ситуация, нередкая, например, накорабле).Здесьприходитсяизмерять напряжённостиэлектрическоймагнитнойсоставляющейиучитыватьдругие условияоблучения. Влюбомслучаеконтрользасоблюдениемнормоблучения являетсяважнойзадачеймедицинскойслужбывовсехродахвойск. Хотясамфакт вредноговоздействияэлектромагнитныхволнначеловеканевызываетсомнений, механизмихдействиядосихпоростаётсянеясным. Существующиегипотезы противоречивынеслишкомубедительны. Заметнотличаетсяпосвоему воздействиюизлучениеКВЧ(миллиметровогодиапазона).Преждевсего, это излучениеоченьсильнопоглощаетсявтеле; практически, всепадающиена организмиллиметровыеволныпоглощаютсякожей. Поэтомуна внутренние органыэтоизлучениеможетдействоватолькорефлекторно. Темнеменее, действиеКВЧизлучениявыраженодостаточноотчётливо: номожетвызывать серьёзныепатологическизменения, вчастности-состороны сердечнососудистойсистемы. Втожевремя, врядеслучаевоблучениеКВЧ используютвлечебныхцелях. Например, хорошийэффектдаётприменениеКВЧ
облучениядлявоздействияна"активные" точкивзамениглоукалывания. Приэтом, соднойстороны, полностьюисключаетсявозможностьзаражения, втомчисле, СПИД-ом, сдругойстороны, нередкодостигаетсяболеевыраженный терапевтическийэффект. Естьмногоидругихпримеров.
41.Индуцированноеизлучение. Принципустройстваидействиялазера. Особенностилазерногоизлучения. Применениелазероввмедицине.
Квантоваяэлектроникаизучаетметодыусилениягенерацииэлектромагнитных колебанийсиспользованиемвынужденногоизлученияквантовыхсистем. Это вынужденноеизлучениеназываютиндуцируемым. Принемчислопереходов, совершаемыхсекунду, зависитотчислафотонов, попадающихввеществозаэто жевремя. Крометого, этипереходыбудутопределятсязаселенностью соответствующихвозбужденныхэнергетическихсостояний. Дляотдельной частицыравновероятновынужденноепоглощение. Есличастицанаходитсяв основномсостоянии, излучение, сличастицавозбуждена . Поэтомудажеесли числовозбужденныхчастицввеществеравночислуневозбужденных, усиления падающейэлектромагнитнволныйнебудет. Распределениечастицпо энергетическимуровнямописываетсязакономБольцмана. Явлениевынужденного излученияиспользуютв квантовыхгенераторах(усилителях). Первый такойгенераторв диапазонеСВЧ(мазер) былсконструирован1955г. независимосоветскимиученымиН.Г.Басовыми А.М.Прохоровыми американскимиЧ. Таунсомидр. В I960г. былсозданпервыйквантовыйгенератор
видимогодиапазонаизлучения— лазер срубиномвкачестверабочеговещества. В
томжегодубылсозданразовыйгелий-неоновыйлазер, возбуждениекотором |
|
|
возникалоприэлектрическомразряде. Излучающимиявляютсяатомынеона, |
|
|
атомыгелияиграютвспомогательнуюроль. Приэлектрическомразрядечасть |
|
|
атомовнеонапереходитсосновногоуровня |
1 навозбужденный 3. Длячистого |
|
неонавремяжизнинаэтомуровнемалоиатомыпереходятнауровни1или2, |
|
|
реализуетсябольцмановскоераспределение. Длясозданияинверсной |
3 и |
|
населенностинужнокаким-тообразомувеличитьнаселенностьуровня |
||
уменьшитьнауровне 2. Атомыгелияспособствуютувеличениюнаселенности |
||
уровня 3. Первыйвозбужденныйуровеньгелиясовпадаетуровнем |
3 неона, |
|
58
поэтомуприсоударениивозбужденногоатомагелиясневозбужденныматомом
неонапроисходитпередачаэнергии.Дляразгрузкиуровня |
S подбираюттакой |
|
размергазоразряднойтрубки, чтобыприсоударенииеестенкамиатомнеона |
||
отдавалэнергию, переходясуровня |
2 на 1. Такобеспечиваетсястационарная |
|
инверснаянаселенностьуровней |
2 и 3 неона. Основнымконструктивнымэлементом |
|
гелий-неоновоголазераявляетсягазоразряднаятрубка |
1, обычнокварцевая, |
|
диаметромоколо7мм. Втрубке |
придавленииоколо150Панаходитсясмесьгелия |
|
инеона. Втрубкувмонтированыэлектродыдлясозданиягазовогоразряда. На концахтрубкирасположеныплоскопараллельныезеркала, одноизних полупрозрачное. Фотоны, возникающиепривынужденномизлучении, в зависимостиотнаправленияхдвижениялибовылетаютизбоковойповерхности трубки, либо, многократноотражаясьзеркал, самивызываютвынужденные переходы. Такимобразом, пучок, перпендикулярныйзеркалам, будетиметь наибольшееразвитиевыходитнаружучерезполупрозрачноезеркало.
Применениелазеровоснованонасвойствахихизлучения: строгая монохроматичность, достаточнобольшаямощность, узостьпучкаи когерентность.ЛазерыиспользуютдляизмерениярасстояниямеждуЗемлейи Луной(получаемаяточность—околодесятковсантиметров),дляголографии, для прожиганиямалыхотверстий, каксредствосвязиит.д.
Лазернаходитприложениевмедицине. Первое-свойстволазеровразрушать биологическиеткани, чтосовместнокоагуляциейбелкапозволяетпроизводить
некоторыебескровныерассечения.
Второенаправлениесвязаноголографией. Так, например, наосновегелийнеоновоголазерасиспользованиемволоконнойоптикиразработаны гастроскопы, которыепозволяютголографическиформироватьобъемноеизображение внутреннейполостижелудка.
42сравнениетепловыхэффектовэлектромагнитногополяУВЧ- и СВЧдиапозонов проводникедиэлектрике
КрадиодиапазонуотносятсясамыедлинныеЭМволны: = 3*10-до7 1метра-
длинные, средние, короткиеУКВдиапазоны, |
lРадиоволны.1до10-5метра– |
|
микроволновыйдиапазон. Радиоволны, взаимодействуябиологическими |
|
|
структурамимогуттерятьчастьэнергиипеременногоэлектрическогополя, |
|
|
превращающейсятеплоту, засчетгенерациитоковпроводимостиэлектролитах |
|
|
(крови, лимфецитоплазмеклеток) изасчетполяризациидиэлектриковтканей |
|
|
организма. l= 3*10-7до1метра- длинные, средние, короткиеУКВдиапазоны, |
|
|
lРадиоволны. КрадиодиапазонуотносятсясамыедлинныеЭМволны: |
|
|
УВЧ-терапия. -методэлектролечения, основанныйнавоздействиинаорганизм |
|
|
больногопреимущественноультравысокочастотногоэлектромагнитногополя. При |
|
|
проведениилечебнойпроцедурыучастоктела, подвергаемыйвоздействиюэ. п. |
|
|
УВЧ, помещаютмеждудвумяконденсаторнымипластинами-электродамитаким |
|
|
образом, чтобымеждутеломбольногоиэлектродамиимелсявоздушныйзазор, |
|
|
величинакоторогонедолжнаменятьсявтечениевсейпроцедуры. Физическое |
|
|
действиеэ. п. УВЧзаключаетсявактивномпоглощенииэнергииполятканями |
|
|
преобразованииеевтепловуюэнергию, атакжевразвитииосцилляторного |
|
|
эффекта, характерногодлявысокочастотныхэлектромагнитныхколебаний. |
|
|
ТепловоедействиеУВЧ-терапиименьшевыражено, чемприиндуктотермии. |
59 |
|
Основноетеплообразованиепроисходитвтканях, плохопроводящих электрическийток(нервная, костнаяит.д.).Интенсивностьтеплообразования зависитотмощностивоздействияособенностейпоглощенияэнергиитканями.
Сверхвысокочастотнаятерапия(СВЧ-терапия) —методэлектролечения, основанныйнапримененииэлектромагнитныхизлученийсчастотойот300МГцдо 30кГц. НапрактикедляС. т. используютсядвавидаСВЧ-волн—сантиметровые дециметровые.Привоздействиинаповерхностьела(контактнымпутемили дистанционно) энергияСМВ-излучениявнаибольшейстепенипоглощаетсятканями смаксимальнымсодержаниемводы(кровь, лимфа, мышцы),всвязисчемглубина еепроникновениятелосоставляет3—5см. Поглощеннаяэнергиявызывает образованиетканяхтепла(главнымобразомвмышцах, атакжевкожеи подкожнойклетчатке),котороеявляетсяосновнымдействующимфакторомэтого лечебногометода. Локальноеповышениетемпературысоздаетпотокафферентной импульсациивсоответствующиесегментыспинногомозга, вегетативныеганглии таламогипофизарныецентры. Врезультатевоздействиямикроволнпроисходит расширениекровеносныхсосудовувеличениемпонимкровотока; при гипертоническойболезниI—IIАстадииснижаетсяАД, улучшаетсякоронарноеи центральноекровообращение, функциявнешнегодыханияприхроническом бронхите; повышаетсяодержаниевкровиАКТГ, соматотропногогормона, кортизола, тироксина, инсулина, уменьшаетсяодержаниетрийодтиронина (чрезмернаяинтенсивностьСМВ-воздействияоказываетобратныйэффект). Большиезначениевмеханизмелечебногодействиямикроволнимеетвыделениеиз связанногосостояниякортикостероидныхгормонов, серотонина, гистамина другихактивнодействующихвеществ.
60