fizika_1 ответы на вопросы!!!!!!!!!!!!!!!. Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки ф

• Название: Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки ф
• Анкор: fizika_1 ответы на вопросы!!!!!!!!!!!!!!!.docx
• Дата: 22.12.2017
• Размер: 242.72 Kb.
• Имя файла: fizika_1 ответы на вопросы!!!!!!!!!!!!!!!.docx
• Тип: Документы; #12505
• страница: 4 из 11

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.


Билет 8

1. 
   Мембранные потенциалы покоя. Уравнение Нернста (вывод) и Гольдмана-Ходжкина-Катца.
   

На мембране, разделяющей цитоплазму и межклеточную жидкость, существует разность электрических потенциалов – мембранный потенциал. Потенциал внутри клетки относительно межклеточной жидкости составляет от -60мВ до -100мВ. Предположим, что мембрана в покое проницаема только для одного вида ионов. Равновесное состояние клетки достигается при равенстве электрохим. потенциалов по обе стороны мембраны µ_i=µ_e. Внутри клетки потенциал µ_i= µ_0i+RTlnC_i+ZFφ_i, вне клетки µ_е= µ_0е+RTlnC_е+ZFφ_е.. Т.к. с обеих сторон ионы находятся в одном растворителе – воде, то µ_0i= µ_0е и условие термодинамического равновесия: RTlnC_i+ZFφ_i= RTlnC_е+ZFφ_е; ZF(φ_i-φ_е)=RT(lnC_i-lnC_e). Получаем уравнение Нернста для равновесного мембранного потенциала: φ_i-φ_е=(-RT/ZF)ln(C_i/C_e). Потенциал среды, окружающей клетку, принимают за φ_е=0, поэтому мембранный потенциал представляет собой потенциал внутри клетки по отношению к межклеточной жидкости. Концентрация К⁺ внутри клетки значительно выше, чем вне её, поэтому потенциал Нернста отрицательный. Для Na⁺ и Cl^- концентрация вне клетки выше, чем внутри, поэтому равновесный потенциал Нернста для натрия – положительный, а для хлора - отрицательный. В состоянии покоя суммарный поток ионов через мембрану равен нулю, тогда из уравнения Нернста-Планка следует: (RT/C)*(dC/dx)=(-ZF)*(dφ/dx). В покое градиенты концентрации dC/dx и электрического потенциала dφ/dx на мембране направлены противоположно друг другу.

Полное выражение для мембранного потенциала было получено Гольдманом, Ходжкиным, Катцем:

φ_м=(-RT/F)ln(P_KC_i(K⁺)+ P_NaC_i(Na⁺)+ P_ClC_e(Cl^-))/( P_KC_e(K⁺)+ P_NaC_e(Na⁺)+ P_ClC_i(Cl^-)).

Проницаемость мембран аксона кальмара:

В покое Р_К+:Р_Na+:Р_Cl- =1:0,04:0,45

В фазе деполяризации Р_К+:Р_Na+:Р_Cl- =1:20:0,45

2. 
   Укажите достоинства и недостатки современных ультразвуковых и рентгеновских компьютерных методов получения изображений органов и тканей.
   

Ультразвуковая диагностика. Эхолокация (А-метод) – одномерный метод исследования, т.к. он позволяет определять расстояние от отражающих ультразвук объектов лишь в одном направлении. Эхолокацией определяются продольные размеры глазного яблока, измеряется разница расстояний от поверхности головы до её внутричерепных структур, выявляются объемные поражения мозга.

Ультразвуковая томография позволяет получать изображения различных сечений исследуемого органа.

Ультразвуковая диагностика широко распространена в клинике благодаря высокой разрешающей способности при визуализации исследуемого объекта, возможность проведения многократных исследований, безопасность, отсутствие противопоказаний, не инвазивные, информативные. Недостаток – нельзя исследовать органы, наполненные воздухом.

Рентгенодиагностика создаёт лучевую нагрузку на организм, особенно при рентгеноскопии, когда изображение долго рассматривают на люминесцирующем экране. При рентгенографии время экспозиции для получения снимка составляет доли секунды, поэтому лучевая нагрузка меньше. Достоинства: информативные, не инвазивные, бесконтактные.

3. 
   При измерении температуры ткани термопарой с чувствительностью 0,4 мкВ/К было получено значение термо-ЭДС=10мкВ. Найдите температуру ткани, если второй спай находится при 0⁰С.
   

ЭДС=α(Т₂-Т₁); Т₂=ЭДС/α+ Т₁=25K+273К=298К или 25⁰С

4. 
   Сформулируйте и запишите законы Стефана-Больцмана и Вина для теплового излучения.
   

Все тела излучают электромагнитные волны, интенсивность и спектральный состав которых существенно зависят от температуры тела – тепловое излучение. Чем выше температура тела, тем интенсивнее это излучение.

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела прямо пропорциональна 4-й степени его абсолютной температуры. R=δT⁴. Постоянная Больцмана δ=5,67*10^-8 Вт/(м²К⁴)

R=аδT⁴ – для серых тел.

Закон Вина определяет зависимость положения max спектра излучения абсолютно черного тела от температуры: длина волны на которую приходится max спектральной плотности обратно пропорциональна абсолютной температуре этого тела: L_max=b/T, где b =2,898*10^-3 м*К – постоянная Вина.

5. 
   Как связаны активность радионуклида в органе и эквивалентная доза внутреннего облучения при однократном поступлении радионуклида в организм?
   

Эквивалентная доза ионизирующего излучения представляет собой произведение поглощенной дозы и коэф. качества излучения: Н=kD. [Зв=Дж/кг], 1бэр=0,01Зв. Для определения k (относительная биологическая эффективность ОБЭ) необходимо сравнить поглощённые дозы, вызывающие одинаковый биологический эффект, при воздействии исследуемым D_иссл и эталонным D_этал ионизирующими излучениями. За эталон принимают рентгеновское излучение с энергией квантов 180-200кэВ. k=ОБЭ=D_этал/D_иссл. В качестве стандартного биологического эффекта используют полулетальную дозу ЛД 50/30 – поглощенная доза, при которой в течение 30 суток погибает 50% подопытных животных. Для рентгеновского, y-иβ-излучения k=1; для α-частиц с энергией <10MэВ k=20; для протонов k=10; для нейтронов с энергией 0,1-5 МэВ k=3-10.

Н=kD, где D=E₁N_p/m, где E₁ – энергия, выделяемая при одном распаде, N_p -число распадов.

Эффективная энергия одного распада: Е_эф=kE₁. Эквивалентная доза, полученная органом массы m: H=Е_эфN_p/m.

При однократном введении радионуклида его активность в организме изменяется по закону A(t)=A₀e^-Lэфt, где А₀=L_pN₀ – начальная активность поступившего в организм радионуклида, N₀- начальное кол-во ядер радионуклида; L_p- постоянная радиационного распада; L_эф – эффективная постоянная, определяющая скорость исчезновения радионуклида из организма.

6. 
   Для бедренной артерии скорость пульсовой волны 9м/с, её диаметр 0,4 см, толщина стенки 0,04 см. Зная, что плотность крови 1г/см³(1000кг/м³), определите модуль Юнга для этого сосуда.
   

Формула Моенса-Кортевега v=(Eh/pd); Е=v²pd/h=81*1000*0,4/0,04=810 кПа (ккг/c²м). Ответ: 810кПа

Билет 9

1. 
   Поглощение света и его законы. Показатель поглощения, коэф. пропускания, оптическая плотность. Устройство фотоэлектрокалориметра, определение ФЭКом концентрации поглощающих р-ров.
   

Поглощение света – уменьшение интенсивности световой волны при её распространении в в-ве. Установлено, что при прохождении света через поглощающий слой его интенсивность изменяется на dI, которая прямо пропорциональна толщине dх этого слоя и интенсивности I падающего на него излучения: dI= - kIdx, «-» указывает на уменьшение интенсивности. Проинтегрируем: dI/I= -kdx; ᶘdI/I= -kᶘdx;

lnI= -kx+lnC; I=Ce^-kx. При х=0, I=I₀, значит С=I₀. Получим закон поглощения света, закон Бугера: I=I₀e^-kx. Поглощающие св-ва в-в зависят от показателя поглощения k [м^-1;см^-1], различен на разных длинах волн.

Для р-ров при небольших концентрациях справедлив закон Бера: показатель поглощения р-ра прямо пропорционален концентрации С поглощающего в-ва: k=αC, где α – удельный показатель поглощения в-ва, зависящий от длины волны. Закон Бугера-Ламберта-Бера: I=I₀e^{-αC x}.

Коэф. пропускания Т – отношение интенсивности света, прошедшего образец, к интенсивности падающего на него света: Т=I/I₀= I₀e^{-αC x}/I₀= e^{-αC x}.

Оптическая плотность D равная десятичному логарифму коэф. пропускания, взятому со знаком «-»:

D= -lgT=k₁x=α₁Cx, где k₁=klge=0,43k; α₁=αlge=0,43α.

Закон Бугера-Ламберта-Бера лежит в основе концентрационной колориметрии – фотометрического метода определения концентрации поглощающего в-ва в окрашенных р-рах. Для этой цели используются однолучевые или двулучевые ФЭКи. Схема: свет от источника 1 формируется линзой 2 в параллельный пучок. Светофильтр 3 пропускает сравнительно узкий спектральный диапазон вблизи длины волны L.Этот почти монохроматический пучок света сначала проходит через кювету 4 с чистым растворителем и оптический клин 5 и попадает на фотоэлемент 6. Перемещая поглощающий оптический клин 5, показания измерительного прибора 7 устанавливают точно на 100% пропускания. Вместо кюветы с растворителем 4 помещают кювету 4а с исследуемым р-ром. Измерительный прибор сразу показывает его коэф. пропускания и оптическую плотность, которые позволяют определить концентрацию поглощающего в-ва в р-ре.

2. 
   Запишите уравнение Вейса-лапика и покажите, как определить, входящие в него константы.
   

Величина порогового тока зависит от вида ткани, от длительности и формы импульса тока.

Реобаза R – min значение порогового тока для данной ткани, наблюдается при t_u>=t_полезн, способное вызывать возбуждение при действии на ткань в течение полезного времени.

Хроноксия t_хр – длительность импульса, для которого пороговый ток вдвое больше реобазы: I_пор=2R.

Зависимость порогового тока от длительности t_u прямоугольного импульса приблизительно описывается уравнение Вейса-Лапика: I_пор=a/t_u+b, где а и b –константы, зависящие от вида ткани.

1) при t_u стремящемся к бесконечности, значение Iпор=b, значит b=R, b в [А или мА];

2) при t_u=t_хр, то I_пор=2R и по уравнению Вейса-Лапика: а=Rt_хр. Реально I₀=0,1мА-50мА. Тепловые эффекты при электростимуляции незначительны.

3. 
   Объясните необходимость уменьшения переходного сопротивления электрод-кожа при снятии биопотенциалов. Укажите используемые при этом методы.
   

Важнейшим фактором, определяющим электрическое сопротивление кожи, является толщина рогового слоя эпидермиса и его состояние. Если неороговевающие слои эпидермиса содержат до 70% воды, то роговой слой – лишь 10%, что обуславливает его высокое сопротивление. Но при выделении пота и при наложении влажных электродных прокладок роговой слой может впитывать воду, что снижает его сопротивление. Прокладки налаживают также для устранения прижигающего действия тока под сухими электродами. При увеличении площади электрода переходное сопротивление кожа-электрод уменьшается, но при этом увеличиваются помехи от биопотенциалов работающих мышц.

4.