- •Вопросы теории (исходный уровень):
- •Исследования электрического поля аппарата увч, свч
- •Воздействие переменными токами
- •Аппаратура электрохирургии
- •Аппарат электрохирургии высокочастотный
- •Терапевтический контур
- •15.3. Воздействие переменным магнитным полем
- •15.4. Воздействие переменным электрическим полем
- •15.5. Воздействие электромагнитными волнами
- •Физиотерапевтические аппараты высокочастотнойтерапии. Аппараты индуктотермии и увч-терапии. Терапевтический контур.
- •Вопрос 3. 15 минут. Генераторы синусоидальных колебаний с самовозбуждением
- •В подобном генераторе в колеба-тельном контуре почти не происходит потерь энергиии и ток Jк в нем является только возбудителем переменного потенциала на сетке лампы, к которой он подключен.
- •Двухтактный генератор
- •. Магнитные свойства тканей организма. Понятие о биомагнетизме и магнитобиологии
15.4. Воздействие переменным электрическим полем
Втканях, находящихся в переменном электрическом поле (см. схематическое изображение на рис. 15.7, здесь электродыне касаются ткани), возникают токи проводимости в проводниках и частично в диэлектрике, а также имеет место изменение поляризации диэлектрика. Обычно для лечебной цели используют электрические поля ультравысокой частоты,поэтому соответствующий физиотерапевтический метод получил названиеУВЧ-терапии.
Для того чтобы оценить эффективность действия поля УВЧ, необходимо рассчитать количество теплоты, выделяющееся в проводниках и диэлектриках.
Пусть тело, проводящее электрический ток, находится в переменном электрическом поле. В данном случае электроды не касаются тела. Поэтому выделяющееся в теле количество теплоты целесообразно выразить не через плотность тока на электродах [см. (15.2)], а через напряженностьЕ электрического поля в проводящем теле.
Выполним достаточно простые преобразования: Р = U2/R = E2l2S/(l) = E2Sl/. Разделив это равенство на объем SI тела, получим количество теплоты, выделяющееся за 1 с в 1 м3ткани:
q = P/(Sl) = E2/, (15.6)
где Е — эффективная напряженность электрического поля.
Рассмотрим теперь диэлектрик с диэлектрической проницаемостью, находящийся в переменном электрическом поле.
Среднее значение мощности в цепи переменного тока выражается формулой:
Р = (UmIm/2) cos = UI cos , (15.7)
где — разность фаз между силой тока и напряжением. Если применить формулу (15.7) к конденсатору с идеальным изолятором (см, рис. 14.6), то, учитывая=/2, получаем нулевое значениемощности. В реальном диэлектрике небольшой ток проводимости и периодическое изменение поляризации вызывают поглощениеподводимой электрической мощности, диэлектрик нагревается, на что расходуется часть энергии переменного электрического поля,т. е. имеют место диэлектрические потери.
Как видно из формулы (15.7), наличие потерь в диэлектрике означает, что между силой тока и напряжением будет сдвиг по фазе /2 (рис. 15.8).
Представим на векторной диаграмме (см. рис. 15.8) амплитудутока Im двумя составляющими: реактивной Ip и активной Iа. Реактивная составляющая сдвинута по фазе относительно напряжения U на /2 и не вызывает диэлектрических потерь, активная составляющая направлена вдоль вектора напряжения, она и обусловливает диэлектрические потери. Угол между Im и Ip называют углом диэлектрических потерь. Как видно на рис. 15.8, чем больше этот угол, тем больше активная составляющая силы тока. На практике реактивную и активную составляющие силы тока связывают через тангенс угла диэлектрических потерь:
(15.8)
Из рис. 15.8 видно, что Ip = Im cos ; сопоставляя это с (15.8), имеем
(15.9)
Учитывая (15.9), преобразуем формулу для мощности (15.7):
(15.10)
Амплитуда реактивной составляющей силы тока Ip — это фактически амплитуда силы тока, соответствующая идеальному конденсатору [см. (14.32)]. Поэтому
Ip = .Um C (15.11)
Подставляя (15.11) в (15.10) и раскрывая выражение для емкости плоского конденсатора, получаем среднюю мощность:
(15.12)
Вместо амплитуды напряжения Um используем эффективное значение или. Из (15.12) имеем
P = U2 0S/l)tg .
Отсюда, выражая напряжение через напряженность электрического поля, получаем
Р = E2l2 0S/l)tg .= E20 tg .Sl
Разделив это равенство на объем SI диэлектрика, найдем
(15.13)
(под Е следует понимать эффективное значение напряженности электрического поля).
Сопоставляя формулы (15.6) и (15.13), можно заметить, что в обоих случаях выделяемое количество теплоты пропорционально квадрату эффективной напряженности электрического поля. Она также зависит от характеристик среды, а для диэлектрика — и от частоты поля.
В России в аппаратах УВЧ используют частоту 40,58 МГц, в случае токов такой частоты диэлектрические ткани организма нагреваются интенсивнее проводящих.