- •355 Електростатика Розділ 4. Електродинаміка медико-біологічних систем
- •Електростатика
- •4.1.1. Основні характеристики електричного поля
- •4.1.2. Електричний диполь
- •4.1.3. Діелектрики, поляризація діелектриків
- •4.1.4. Діелектричні властивості біологічних тканин
- •4.1.5. П’єзоелектричний ефект
- •Постійний струм. Електропровідність біологічних тканин
- •4.2.1. Характеристики електричного струму
- •4.2.2. Електропровідність біологічних тканин і рідин
- •4.2.3. Дія електричного струму на живий організм
- •Магнітне поле
- •4.3.1. Магнітне поле у вакуумі і його характеристики
- •4.3.2. Закон Біо–Савара–Лапласа
- •4.3.3. Дія магнітного поля на рухомий електричний заряд. Сила Ампера і сила Лоренца
- •4.3.4. Магнітні властивості речовини
- •4.3.5. Магнітні властивості тканин організму, фізичні основи магнітобіології
- •Електромагнітні коливання
- •4.4.1. Рівняння електричних коливань
- •4.4.2. Вимушені електричні коливання, змінний струм
- •4.4.3. Повний опір кола змінного струму (імпеданс). Закон Ома для кола змінного струму
- •4.4.4. Імпеданс біологічних тканин
- •Електромагнітні хвилі
- •4.5.1. Струм зміщення
- •4.5.2. Рівняння Максвелла
- •4.5.3. Плоскі електромагнітні хвилі. Вектор Умова-Пойнтінга
- •4.5.4. Шкала електромагнітних хвиль
- •Семінар “Методика одержання, реєстрації та передачі медико-біологічної інформації”
- •Контрольні питання для підготовки до семінару
- •Додаткова література
- •Типові задачі з еталонами розв’язків
- •Теоретичні питання, що розглядаються на семінарі
- •Додаткові теоретичні відомості
- •4.6.1. Прилади для вимірювання електричних параметрів та їх класифікація
- •Точність вимірювальних приладів
- •4.6.2. Вимірювання сили струму, напруги, ерс, опору в електричному колі
- •Вимірювання опорів
- •Вимірювання невідомої ерс компенсаційним методом. Дільники напруги
- •4.6.3. Осцилографи, генератори, підсилювачі, датчики
- •Підсилення і генерація електричних сигналів
- •Електроди та датчики медико-біологічної інформації
- •Структурна схема кола для одерження, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації
- •Завдання для перевірки кінцевого рівня знань
- •Хід роботи
- •Контрольні питання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Хід роботи
- •Контрольні питання
- •Хід роботи
- •Обробка результатів вимірювань
- •Контрольні питання
Контрольні питання
Назвіть значення основних параметрів, якими характеризується датчик (чутливість, функція перетворення).
Як зміниться власна частота коливального контура, якщо відстань між пластинами плоского конденсатора збільшити у два рази?
Знайти зміну частоти коливального контуру при збільшенні відстані між пластинами плоского конденсатора від d1 = 4 мм до d2 = 12 мм, площа пластин S = 4 см2, індуктивність котушки L = 2 мГн.
Визначити, у скільки разів сума поперечних перерізів судинно-капілярної ділянки більша, ніж поперечний переріз аорти, якщо об’ємна швидкість течії в аорті 5.6 л/хв, її діаметр 3.0 см. Середня лінійна швидкість течії крові в капілярі υсер = 0.5 мм/с.
Порівняти величину густин кінетичної та потенціальної енергії потоку крові в аорті, якщо Раорт = 90 мм рт. ст., хвилинний об’єм 5.6 л/хв, частота пульсу 70 уд/хв, діаметр аорти 3 см.
4.7.2. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 “Напівпровідниковий діод”
Мета роботи: вивчення принципу дії напівпровідникового діода й одержання його вольт-амперної характеристики.
Прилади та матеріали: германієвий діод, міліамперметр, мікроамперметр, два вольтметри, джерело ЕРС, перемикач, з’єднувальні провідники.
Контрольні питання для підготовки до лабораторної роботи
Види провідності в напівпровідниках (електронна та діркова, власна і домішкова).
Напівпровідники n- та p-типу.
Контактні явища в напівпровідниках.
Додаткова література
Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1992.
Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1974. – С. 279–283.
Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1978. – Ч. 1, с. 242–249.
Короткі теоретичні відомості
Тонкий шар напівпровідника, в якому має місце просторова зміна типу провідності від електронної до діркової, називається електронно-дірковим або p-n-переходом. Електропровідність p-n-переходу залежить від напрямку струму: в одному напрямку (прямому) вона велика, в іншому (зворотному) – мала.
Розглянемо p-n-перехід за відсутності зовнішнього поля. Вільні електрони дифундують із n-області в p-область, де їх концентрація набагато менша і там рекомбінують з дірками. В результаті цього в p-області залишаються негативно заряджені акцепторні атоми, в n-області – позитивно заряджені донорні атоми. Оскільки акцепторні та донорні атоми нерухомі, на межі p-n-переходу виникає подвійний шар просторового електричного заряду (мал. 4.54), який називають запираючим шаром. Він створює контактне електричне поле Ек, яке протидіє подальшій дифузії основних носіїв. Різниця потенціалів, якою характеризується контактне поле, має величину кілька десятків мілівольт, її називають контактною різницею потенціалів або висотою потенціального бар’єра. В умовах теплової рівноваги і при відсутності зовнішнього електричного поля струм через p-n-перехід дорівнює нулю: існує динамічна рівновага між струмом неосновних і основних носіїв.
З
Мал.
4.54.
Мал.
4.55.
Якщо напрямок зовнішнього електричного поля Е0 збігається з напрямком Ек, то модулі їхніх напруженостей додаються, що й приводить до збільшення контактної різниці потенціалів. За цієї умови струм основних носіїв через контакт буде дорівнюватиме нулю. Такий напрямок поля і відповідний спосіб підключення називають зворотним.
Н
Мал.
4.56.
Мал.
4.57.
Як видно з графіка, сила прямого струму залежить від напруги – вона збільшується із збільшенням напруги. Сила зворотного струму від напруги практично не залежить. Вона визначається кількістю неосновних носіїв, які виникають за одиницю часу. А ця кількість незмінна при фіксованих зовнішніх умовах (температура, освітленість тощо). Умовне зображення напівпровідникового діода показано на мал. 4.57.
Якість напівпровідникового діода оцінюється коефіцієнтом випрямлення k, який дорівнює відношенню сили прямого струму до зворотного, виміряних при однаковій напрузі (Uпр = Uзв) k = Iпр/Iзв.
При роботі з діодом необхідно враховувати значення найбільшої зворотної напруги, яка може бути прикладена до діода без порушення його нормальної роботи.