Билет 7

1. Охарактеризуйте основные методы высокочастотного прогрева тканей – диатермию, индуктометрию, УВЧ- и МКВ-терапию. Какие ткани лучше прогреваются при этих процедурах? Зачем нужен терапевтический контур?

Диатермия заключается в прогревании тканей человека высокочастотным током (v=1,5-2МГц) большой величины (до I=2А), проходящим между двумя контактно наложенными на поверхность тела металлическими электродами. Ток, возникающий между ними, проходит последовательно через кожу, подкожно-жировую клетчатку, мышцы и другие ткани, нагревая их. Терапевтический эффект состоит в тепловом действии тока, которое определяется в основном выделением тепла, происходящем при колебательном движении ионов.Удльная тепловая мощность q=Q/Vt=I²Rt/Vt=I²pl/StS=I²p/S²=j²p. Наибольшим сопротивление р=2002-5000 Ом*см обладают бедные электролитами жировая, костная (обходят) ткани и сухая кожа. Преимущественный нагрев поверхностных слов тканей и возможность местных ожогов – существенный недостаток диатермии.

Индуктометрия. На биоткань воздействуют высокочастотным магнитным полем с частотой 13,56МГц. В=В₀sin2πvt.В ткани образуются вихревые токи Фуко, которые вызывают прогрев проводящих тканей. Лучше прогреваются ткани с малым удельным сопротивлением, т.е. жидкие проводящие среды (кровь, лимфа, тканевая жидкость) и ткани, богатые сосудами (мышцы, селезёнка), слабее прогреваются ткани с высоким удельным сопротивлением. Тепловой эффект ∆t=1,5-2⁰С.

УВЧ-терапия. Воздействие на ткань пациента электрическим полем ультравысокой частоты 40,68МГц, с целью их прогрева. Участок между двумя электродами, подключённые к терапевтическому контуру аппарата УВЧ-терапии.

В проводящих тканях закон Джоуля-Ленца, который здесь удобно выразить через эффективную напряжённость электрического поля и удельное электрическое сопротивление ткани: q_пр=E²_эф/p.

Для диэлектриков: q_диэл=2πvEE₀ E²_эфtgδ, Е – относительная диэлектрическая проницаемость среды, Е₀ – электрическая постоянная вакуума, tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.

При процедуре УВЧ тепло выделяется и в проводящих электрический ток тканях, и в диэлектриках.

На частоте 40,68МГц эффективнее прогреваются диэлектрические ткани.

Никаких металлических предметов на теле пациента при УВЧ не должно быть, т.к. они будут интенсивно нагреваться, что приведет к ожогу. Пациента помещают в терапевтический контур, который изолирован от опасных для жизни пациента низкочастотных напряжений питания технического контура аппарата УВЧ-терапии.

МКВ-терапия, (микроволновая). Для прогрева пациента используется электромагнитное излучение с частотой 2375 МГц. Длина электромагнитной волны в вакууме L₀=C/v=12 см, в жировой ткани = 7 см. МКВ-излучение проникает в ткани организма на глубину 3-4 см, поглощается тканями с большим содержанием жидкости (кровь, лимфа, мышцы). Часть МКВ-энергии отражается от кожных тканей, образуются стоячие волны и создаются опасность локального перегрева. Тепловые рецепторы находятся на поверхности тела, кожа нагревается незначительно, пациент не чувствует повышения температуры внутри организма.

2. Значение ускоряющего напряжения в электронном микроскопе 50кВ. Найдите длину волы де-Бройля и предел разрешения микроскопа, если числовая апертура А=10^-3.

L_Бр=h/(2meU)=6,63*10^-34/(2*9,1*10^-31*1,6*10^-19*50*10³)=0,055*10^-10м; Z=0,5L_Бр/A=2,75*10^-9 Ответ:2,75нм.

3. Какие электрические методы измерения температуры вам известны? Укажите принципы устройства параметрических датчиков температуры.

Датчик –устройство, преобразующее измеряемую не электрическую величину в электрический сигнал, удобный для дальнейшего усиления, преобразования, передачи и регистрации.

Генераторные (активные) датчики под воздействием измеряемого параметра (температуры, давления) генерируют электрическое напряжение и ток.

Температурные датчики – в технике, медицине. К ним относится ТЕРМОПАРА, действие которой основано на эффекте Зеебека: в цепи, состоящей из двух спаянных концами разнородных металлов, возникает ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур спаев. Эти металлы отличаются концентрацией n в них свободных электронов, допустим n_A>n_B. Из А электроны будут переходить в В. Равновесие между этими двумя потоками электронов будет достигнуто при некоторой разности потенциалов: U=(RT/F)*ln(n_A/n_B) или U=(kT/e)*ln(n_A/n_B), R=kN_A, F=eN_A. Если отношение n_A/n_B постоянно, то контактная разность потенциалов зависит только от температуры спая: U=αT, где α=(k/e)*ln(n_A/n_B) – величина, постоянная для данной пары металлов.

Если спаять и вторые концы этих металлов, то в образовавшейся цепи возникнет ЭДС, пропорциональная разности температур спаев: ЭДС=U₁-U₂=α(T₁-T₂). Для измерения температуры один спай помещают в этот объект, а второй – в термостат с известной температурой. Эффект Пельтье: если в цепь включить источник постоянного напряжения, то в ней возникнет постоянный ток, то один спай будет нагреваться, а второй – охлаждаться. Будет выделяться и поглощаться теплота пропорциональная силе тока: Q=ПIt, П – зависит от природы металлов.

Параметрические (пассивные) датчики под действием измеряемой величины не генерируют электрический сигнал, но изменяют свои электрические параметры.

Резистивные под действием измеряемого параметра изменяют свое сопротивление. Вводят ТКС (температурный коэф. сопротивления): ТКС=(1/R₀)*(dR/dT). Чем больше ТКС, тем чувствительнее датчик.

Сопротивление металлического проводника линейно зависит от температуры: R=R₀(1+αt). Зависимость R(t) линейна в широком диапазоне температур, t_кр указывает на переход в сверхпроводящее состояние (R=0). Угол β (в точке пересечения ОУ и линии проводим параллель с ОХ) определяет быстроту изменения сопротивления с температурой, определяет чувствительность датчика: tgβ=(dR/dt)αR₀.

Термисторы – полупроводниковые температурные пассивные датчики. Сопротивление уменьшается с увеличением их абсолютной температуры по закону: R(T)=Ae^B/T, где А (Ом) и В (град) – константы, зависящие от материала полупроводника. Зависимость нелинейна, с ростом температуры падает и сопротивление, и ТКС=(-B/T²).

4. Какая часть потока естественного света пройдет через поляризатор и анализатор, если угол между их главными плоскостями составляет 60⁰?

I=(I₀/2)cos²60=(I₀/2)*(1/4)= I₀/8. Ответ: 1/8

5. Какой характер имеет течение в гладкой трубе при числе Рейнольдса Re=2700?

Турбулентное течение, т.к. 2700>2300 (для ламинарного).

6. Совпадают ли положения максимумов спектральной плоскости энергетической светимости абсолютно черного и серого тел, имеющих одинаковую температуру? Обоснуйте ваше утверждение.

Абсолютно черные тела (сажа, Солнце, специальная модель ) полностью поглощают любое излучение а=1; серые тела (кожа человека а=0,9)поглощают не полностью, но одинаково на всех длинах волн а<1.

Закон Кирхгофа: при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от природы тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:

(r_L/a_L)₁= (r_L/a_L)₂=…=Е_L/1= Е_L.

Следствия: 1.чем больше тело поглощает, тем больше излучает энергии; 2.при одинаковой температуре наиболее интенсивным источником теплового излучения является абсолютно черное тело, т.к. а<1.