1. Закон Ома для переменных тока и напряжения. Реактивное сопротивление электрического конденсатора и катушки индуктивности. Зависимость от частоты.

2.Импеданс - полное электрическое сопротивление цепи переменному току.

Абсолютная величина (модуль) электрического импеданса определяется выражением

Полная цепь переменного тока - это цепь из генератора, а также R, C, и L

элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.

Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные

последовательные и параллельные цепи.

Последовательная цепь - это такая цепь, где все элементы могут быть

соединены последовательно, один за другим.

В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.

Особенности полной цепи:

1.Соблюдается закон Ома

2.Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление

называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.

3.Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и

вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для

последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее

значение:

здесь:

Z - импеданс последовательной цепи,

R - активное сопротивление,

XL – индуктивное и XC – ёмкостное сопротивление,

L - индуктивность катушки (генри),

C - ёмкость конденсатора (фарад).

импеданс изменяется с изменением частоты

тока, на котором проводится измерение: при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается. Зависимость импеданса от частоты тока называется дисперсией импеданса.

Изменение импеданса с частотой обусловлено также зависимостью поляризации от периода Т переменного тока. Если время, в течение которого

электрическое поле направлено в одну сторону (Т/2), больше времени релаксации τ какого-либо вида поляризации, то поляризация достигает своего наибольшего значения, и до тех пор, пока T/2>τ, эффективная диэлектрическая проницаемость и проводимость объекта не будут изменяться с частотой. Если же при увеличении частоты полупериод T/2 переменного тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть своего максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает

уменьшаться с частотой, а проводимость - возрастать.

3) Электрический диполь. Электрическое поле диполя

Силы поля, совершающие работу можно выразить через напряжение:

Работа сил электростатистического поля не зависят от траектории , по которой перемещается заряд в этом поле. Такие поля называют потенциальными.

4.Токовый монополь- одиночный точечный заряд(например +).

Токовый диполь-мультиполь 1ого порядка=2 в 1 степени=2 источника тока(положительный и отрицательный).

+ -

Потенциал поля убывает на значительных расстояниях r от него пропорционально 1/r(в степени l), l=1, значит конечная формула равна 1/r(в квадрате).

Электрическое поле токового диполя:

5. Электробезопасность и надежность медицинской аппаратуры. Понятие о токах утечки. Единичное нарушение работы. Типы приборов по допустимым токам утечки, их обозначения, особенности.

Обеспечение электробезопасности включает три основные группы мероприятий: защита от прикосновения к находящимся под напряжением частям, защита от напряжения прикосновения, защита пациента. Для этого изолируют части приборов и препаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры.

Надежность-способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течении заданного времени.

При касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки.

Единичное нарушение- отказ одного из средств защиты от поражения электрическим током.

Типы приборов:

Н-изделия с нормальной степенью защиты(стерилизаторы)

В- изделия с повышенной степенью защиты(электрокардиографы)

ВF- с повышенной степенью защиты и изолированной рабочей частью(стимуляторы)

CF- с наивысшей степенью защиты и изолированной рабочей частью(электрокардиостимуляторы)

6.Классы приборов по способу дополнительной защиты от поражения электрическим током, их обозначения, особенности. Понятие о занулении и заземлении приборов. Техника безопасности при работе с элетрическими приборами. В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на четыре класса:

А — изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала.

К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями боль­ного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения и др.;

Б — изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования ана­логичного по функциональному назначению изделия, находяще­гося в режиме ожидания.

К таким изделиям относятся системы, следящие за больными, аппараты для стиму­ляции сердечной деятельности и др.;

В — изделия, отказ которых снижает эффективность или за­держивает лечебно-диагностический процесс в некритических си­туациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслужи­вающий персонал, либо приводит только к материальному ущер­бу. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.;

Г — изделия, не содержащие отказоспособных частей. Элек- тромедицинская аппаратура к этому классу не относится. Защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение - защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу электроприбора, который из-за нарушения изоляции оказался под напряжением.

Защитное заземление - преднамеренное соединение с землей частей электроустановки. Применятся в сетях с изолированной нейтралью, например, в старых домах с сетями 220В. Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек, но это напряжение, может быть не равно нулю. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. Зануление — преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением с глухо заземленной нейтралью трансформатора через нулевой провод сети. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус электроустановки превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток в этом случае возникает значительно больший, чем при использовании защитного заземления, и защитная аппаратура сработает эффективнее. Быстрое и полное отключение поврежденного оборудования — основное назначение зануления. Применятся в новых домах.

любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие положения:

— Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголенным проводам.

— Очень опасно прикосновение к оголенному проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу.

— Опасно пользоваться неисправными электрическими приборами. Электрические приборы должны периодически осматривать квалифицированные специалисты.

— Нельзя собирать, разбирать и исправлять что-либо в электрическом приборе, не отключив его от источника.

— Нельзя производить какие-либо операции с электрической аппаратурой, не выключив ее из сети.

7.Медицинская аппаратура должна нормально функциониро вать. Это требование, однако, не всегда выполняется, говоря точнее, такое требование не может выполняться сколь угодно долго если не принимать специальных мер.

Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т. е о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышение или понижения допустимых параметров. Устройство, не отвечающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонтировав, его можно сделать вновь работоспособным. Во многих случаях достаточно заменить лампу или резистор, чтобы изделие вновь функционировало нормально, однако может быть и так, что аппаратура оказывается настолько устаревшей и изношенной, что экономически нецелесообразно ее ремонтировать (восстанавливать). В связи с этим

медицинский персонал должен иметь представление о ремонтопри­годности аппаратуры и долговечности ее частей.

Способность изделия не отказывать в работе в заданных усло­виях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим тер­мином надежность.

Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно ак­туальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может при­вести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов.

Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от мно­гих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятност­ный характер. Так, например, важным параметром является ве­роятность безотказной работы. Она оценивается эксперимен­тально отношением числа N работающих (не испортившихся) за время t изделий к общему числу N₀ испытывавшихся изделий:

Эта характеристика оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в заданном интервале времени. Другим количе­ственным показателем надежности является интенсивность от­казов лямбда(t). Этот показатель равен отношению числа отказов dN за время dt к произведению времени dt на общее число N работаю­щих элементов:

Знак «—» поставлен в связи с тем, что dN < 0, так как число рабо­тающих изделий убывает со временем.

Функция лямбда(r) может иметь различный вид. Наиболее характер­ная ее форма изображена графически на рис.

Здесь заметны три области: I — период приработки, когда «выжигаются» дефект­ные элементы изделия, проявляются скрытые пороки, возникшие в процессе изготовления деталей. Интенсивность отказов при этом может быть достаточно велика; II — период нормальной эксплуата­ции, интенсивность отказов значительное время может сохранять постоянное значение. На этот период следует планировать нормальную эксплуатацию аппаратуры; III — пе­риод старения, интенсивность отказов воз­растает со временем благодаря влиянию старения материалов и износа элементов. Медикам должно быть интересно, что приблизительно аналогичный вид имеет временная зависимость параметра, харак­теризующего смертность человека. В боль­шей мере «интенсивность смертности» присуща периоду младенцев (период I) и старикам (период III).

Между вероятностью безотказной работы Р и интенсивностью отказов лямбда существует определенная связь. Установим ее для слу­чаев лямбда = const (период II). Запишем дифференциальное уравнение, разделив переменные по разным частям равенства:

Интегрируя и подставляя нижние пределы (начальное число N₀ испытывавшихся изделий и время t = 0) и верхние пределы (число N безотказно работающих изделий к моменту t), получаем:

Сопоставляя 2 уравнения написанных ниже:

, имеем

Таким образом, при постоянной интенсивности отказов получаем экспоненциальный закон изменения со временем вероятности безотказной работы. Этот закон можно использовать для оценки надежности аппаратуры.

В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на четыре класса:

А — изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала. Вероятность безот­казной работы изделий этого класса должна быть не менее 0,99 в течение наработки между планово-предупредительными техниче­скими обслуживаниями, а для изделий, не подлежащих техниче­ским обслуживаниям (ремонт, поверка), — в течение установлен­ного для них срока службы. К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями боль­ного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения и др.;

Б — изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования ана­логичного по функциональному назначению изделия, находяще­гося в режиме ожидания. Вероятность безотказной работы изде­лий этого класса должна быть не менее 0,8. К таким изделиям

относятся системы, следящие за больными, аппараты для стиму­ляции сердечной деятельности и др.;

В — изделия, отказ которых снижает эффективность или за­держивает лечебно-диагностический процесс в некритических си­туациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслужи­вающий персонал, либо приводит только к материальному ущер­бу. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.;

Г — изделия, не содержащие отказоспособных частей. Элек­тромедицинская аппаратура к этому классу не относится.

Медикам интересно знать, что понятие надежности можно с некоторой долей условности применять и к человеческому орга­низму, рассматривая болезнь как утрату работоспособности, лече­ние — как ремонт, а профилактику — как мероприятия, способ­ствующие повышению надежности. Однако организм — сложная система, и «технический» подход возможен лишь отчасти, с уче­том обратных связей и процессов регулирования.