fizika_1 ответы на вопросы!!!!!!!!!!!!!!!. Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки ф
 Скачать 242.72 Kb.
|
|
Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках. Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры. Контактная разность потенциалов. Термопары как температурные датчики. 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. Бывают: Пьезоэлектрические преобразуют механическое давление Р в электрическое напряжение U, прямо пропорциональное давлению. Используются в медицине, технике. Индукционные – явление электромагнитной индукции. Катушка с вставленным в неё ферромагнитным сердечником. При движении сердечника D в катушке возникает ЭДС индукции U, пропорциональная скорости изменения магнитного потока через катушку, и пропорциональна скорости движения сердечника. Фотоэлектрические используются для измерения световых потоков и основаны обычно на фотогальваническом эффекте, т.е. на возникновении ЭДС на облучаемом светом p-n-переходе в полупроводниках. 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 nA>nB. Из А электроны будут переходить в В. Равновесие между этими двумя потоками электронов будет достигнуто при некоторой разности потенциалов: U=(RT/F)*ln(nA/nB) или U=(kT/e)*ln(nA/nB), R=kNA, F=eNA. Если отношение nA/nB постоянно, то контактная разность потенциалов зависит только от температуры спая: U=αT, где α=(k/e)*ln(nA/nB) – 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, tкр 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)=AeB/T, где А (Ом) и В (град) – константы, зависящие от материала полупроводника. Зависимость нелинейна, с ростом температуры падает и сопротивление, и ТКС=(-B/T2).
Входные цепи аппарата ЭКГ должны усиливать довольно слабый сигнал — в диапазоне напряжений 0,5–5 мВ в сочетании с постоянной составляющей величиной до ±300 мВ, которая возникает при контакте электрода с кожей (кожно-гальванической реакцией), плюс синфазная составляющая величиной до 1,5 В между электродами и общим (земляным) проводом. Полоса частот, подлежащая обработке и анализу, составляет, в зависимости от вида исследования, от 0,5 Гц до 50 Гц (в устройствах мониторинга при интенсивной терапии), и до 1 кГц при исследовании водителей сердечного ритма (пейсмейкеров). Стандартный клинический аппарат ЭКГ работает с полосой частот 0,05–400 Гц.
As=A/S; A=27*100=2700Ки*3,7*1010=9990*1010Бк. A=0,69N/T; N=AT/0,69=14478*1019
Оптическая активность – явление поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света при его прохождении через в-во. Она обусловлена тем, что волна, вошедшая в оптически активное в-во, распадается на две когерентные циркулярно поляризованные волны. На выходе эти волны складываются, образуя линейно поляризованную волну, но плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол. Угол поворотаα прямо пропорционален длине пути L света в в-ве: Для твердых в-в: α=[α0]L, для р-ров α=α0СL. Смесь D- и L-изомеров, не вращающая плоскость поляризации – рацемическая.
Характер течения жидкости – ламинарный или турбулентный – определяется безразмерным числом Рейнольдса. Re=pvd/η, р – плотность жидкости, v- средняя скорость течения жидкости, d – диаметр трубы, η – вязкость жидкости. Существует критическое число Рейнольдса Reкр. Если для текущей жидкости Re
Отношение Fmax, действующей на проводник, к произведению силы тока на длину проводника является силовой характеристикой магнитного поля – магнитная индукция: B=Fmax/Il, [1 тесла]. В 1831 Фарадей установил закон электромагнитной индукции: любое изменение магнитного потока (Ф=BScosα) через контур ведет к возникновению в нём электрической ЭДС, равной скорости изменения магнитного потока во времени: ЭДС=(-dФ/dt). Если контур, проводящий и замкнутый, то в нём под действием ЭДС возникает индукционный ток: I=ЭДС/R, где R – электрическое сопротивление контура. Знак «-» отражает правило Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, направлен таки образом, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток. Если проводник помещен в переменное магнитное поле B=B0cosωt, то в нем возникает переменная ЭДС индукции: ЭДСi=E0sinωt, под действием которой возникают переменные индукционные вихревые токи Фуко. Они вызывают нагрев проводника, что используется в медицине (индуктотермия) и в технике. Билет 6
Электростимуляция – дозированное воздействие электрическим током на определённые органы и возбудимые ткани организма с целью обеспечения или улучшения их деятельности. Используются низкочастотные (до 200Гц) импульсные и модулированные токи различной формы. Токи, используемые при электростимуляции, могут вызывать стимуляцию нервов и сокращения мышц, не управляемые ЦНС! Ток частотой 1-200Гц и силой 10-15мА вызывает сокращение мелких скелетных мышц (кисть, гортань) – не отпускающий ток. Ток силой 50-60мА через грудную клетку человека вызывает паралич межрёберных и регулирующих движение диафрагмы мышц и через несколько минут может наступить смерть от удушья. Ток силой 100мА через грудную клетку может вызвать фибрилляцию миокарда и последующую остановку сердца. Поэтому стимулирующий ток должен иметь амплитуду меньше значений поражающего тока. Импульсные токи прямоугольной формы используют для стимуляции нервной системы, непрямоугольной – для стимуляции мышц. Прямоугольный импульсный ток. Для его полного описания необходимо знать: амплитуду I0 (мА); частоту v=1/T (Гц)импульсного тока (или период повторения импульса Т=tи+t0 [c]); скважность Q=Т/tи – безразмерная величина которая показывает во сколько раз период повторения T больше длительности импульса tи. Если tи=t0, то импульсный ток симметричный, Q=2. Коэф. заполнения k – показывает какую долю периода занимает сам импульс k=1/Q=tи/T. Непрямоугольные импульсные токи. Все те же параметры. Длительность фронта tфр – время нарастания тока от 0,1I0 до0,9I0. Крутизна фронта импульса Кр=0,8I0/tфр определяет скорость нарастания тока во времени от 0,1I0 до0,9I0. Длительность спада импульса tсп – время спада тока от 0,9I0 до0,1I0. Длительность вершины импульса tвер – время, в течение которого I>=0,9I0. Длительность импульса tи=tфр+tвер+tсп. Амплитуда импульсного тока. Физиологический ответ возбудимой ткани на действие электрического тока (генерация потенциала действия в клетках, возникновение нервных импульсов) возникает, когда сила тока Iстим>=Iпор. Но при этом сила тока не должна превышать безопасных значений: Iпор Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока. Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при tu>=tполезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени. Хроноксия tхр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: Iпор=2R. Зависимость порогового тока от длительности tu прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнением Вейса-Лапика: Iпор=a/tu+b, где а и b –константы, зависящие от вида ткани. 1) при tu стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА]; 2) при tu=tхр, то Iпор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rtхр. Реально I0=0,1мА-50мА. Тепловые эффекты при электростимуляции незначительны. Частота, ограничена абсолютным рефрактерным периодом – время, в течение которого клетку нельзя возбудить никаким стимулом. Для нервных клеток vmax=500-1000Гц, Трефр=1-2мс. Для скелетных мышц vmax=100-200Гц, Трефр=5-10мс. Для сердечной мышцы vmax=3,3Гц, Трефр=300-350мс. На практике используют частоты v<200Гц. На частотах v>1000Гц электростимуляция практически отсутствует. Длительность импульсного сигнала – её влияние на пороговое значение амплитуды тока определяется уравнением Вейса-Лапика. Крутизна фронта импульса, зависимость величины Iпор от скорости нарастания фронта импульса отражена в законе Дюбуа-Реймона: Раздражающее действие импульсного тока прямо пропорционально крутизне переднего фронта импульса. Т.е. с увеличением крутизны фронта импульса пороговый ток уменьшается!
Уравнение Бернулли описывает течение невязкой жидкости. Теорема: Изменение полной мех. Энергии тела равно работе внешних сил (сил давления, т.к.к сил трения нет): (mv22/2+mgh2)- (mv12/2+mgh1)=(P1-P2)V. m- масса жидкости, протекающей через сечения S1 и S2; v1 и v2 – линейные скорости частиц жидкости в сечениях S1 и S2; Р1 и Р2 – давление жидкости в сечениях S1 и S2; h1 и h2 – высоты, на которых расположены центры сечений S1 и S2. Перегруппировав получим: mv22/2+mgh2+Р2V= mv12/2+mgh1+P1V; кинетическая энергия жидкости - mv2/2; потенциальная энергия, обусловленная расположением жидкости на высотах h1 и h2 – mgh. Разделив на объём V получим УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ: рv22/2+рgh2+Р2= рv12/2+рgh1+P1, где рv2/2 – динамическое давление; Р – статическое давление; рgh – весовое (гидростатическое) давление.
I=U/R=100/1000=0,1А=100мА. При частоте v=50Гц,ток силой 10-15мА вызывает сокращение мелких скелетных мышц (кисть, гортань) – не отпускающий ток. Ток силой 50-60мА через грудную клетку человека вызывает паралич межрёберных и регулирующих движение диафрагмы мышц и через несколько минут может наступить смерть от удушья. Ток силой 100мА через грудную клетку может вызвать фибрилляцию миокарда и последующую остановку сердца.
Эффект Доплера состоит в изменении частоты волн, воспринимаемых некоторым приёмником, в зависимости от относительной скорости движения источника и наблюдателя. Когда источник и приёмник неподвижны, то частота волн, регистрируемых приёмником, совпадает с частотой волн, испускаемых источником vпр=vист. Если источник приближается к приёмнику, частота воспринимаемого волнового процесса увеличивается vпр>vист. При удалении источника всё происходит наоборот. Разность принимаемой и излучаемой частот ∆v= vпр-vист – доплеровский сдвиг зависит от скорости крови. Представим кровеносный сосуд, на некотором участке которого необходимо определить скорость движения крови. От источника ультразвука на кровеносный сосуд направляется пучок ультразвуковых волн с частотой vист. Некоторый объём кори отражает волны в разных направлениях, и в направлении приёмника ультразвука. Широкое применение метода обусловлено неинвазивностью (сосуд не повреждается), высокой точностью.
A=0,69mNA/MT=0,69*1*6,02*1023/137*109=3*1012Бк. Ответ: 3*1012Бк
α=α0CL; С=α/α0L=2,2/6,6*4=1/12=0,083 г/cм3. Ответ: 0,083 г/cм3 Билет 7
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: qпр=E2эф/ |