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: 6 из 11

⁹ α-частиц с энергией по 5 МэВ каждая. Найдите поглощенную и эквивалентную дозы.

D=E/m=10⁹*5*10⁶*1,6*10^-19/20*10^-3=0,04 [Дж/кг=Гр]; H=kD=20*0,04=0,8 [Зв]

Билет 12

1. 
   Оптическая микроскопия. Ход лучей в микроскопе и его увеличение. Предел разрешения в микроскопе. Формула Аббе.
   

Микроскоп применяют для получения больших увеличений. Это две собирающие линзы: объектив и окуляр. Предмет АВ помещают вблизи переднего фокуса объектива (d₁>F₁), который создаёт его действительное увеличенное перевернутое изображение А₁В₁. Окуляр – лупа, через которую рассматривают промежуточное изображение А₁В₁, наблюдая при этом его увеличенное мнимое изображение А₂В₂. Увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра: Гм= А₂В₂/AB= (А₂В₂/А₁В₁)/(А₁В₁/AB)=Г_окГ_об=d₀L/F₂F₁. Получить большие увеличения сложно, поскольку наблюдению очень малых объектов препятствует явление дифракции (отклонение света от прямолинейного распространения). Учитывая дифракцию, немецкий учёный Аббе создал волновую теорию микроскопа. Он показал, что предел разрешения Z (min расстояние между двумя различными точками объекта) определяется как длиной волны L излучения подсветки, так и св-вами микроскопа (числовой апертурой А=nsinu) и формой наблюдаемого объекта. Формула Аббе для линейных объектов: Z=0,5L/nsinu, для круглых объектов: Z=0,61L/nsinu, где n- показатель преломления среды между объектом и объективом; u – апертурный угол. В современных микроскопах апертурный угол достаточно велик sin70⁰=0,94=1, поэтому предел разрешения примерно равен половине длины волны света, используемого для подсветки объекта. Улучшить разрешающую способность можно внесением между объектом и объективом иммерсионной жидкости с показателем преломления n=1,5-1,6. Дальнейшее увеличение разрешающей способности возможно только за счёт уменьшения длины волны подсветки.

2. 
   Уровень интенсивности некоторого источника равен 40дБ. Чему равен суммарный уровень интенсивности от 10 таких источников при их одновременном действии?
   

L=nlgI₁/I₀; 40=10lgI₁/10^-12; 4=lg10⁴=lgI₁/10^-12; I=10^-8Вт/м². I₁₀=10I₁=10^-7Вт/м². L₁₀=nlgI₁₀/I₀=10lg10^-7/10^-12=10*5=50дБ.

3. 
   Определите какое кол-во ⁹⁰Sr, равномерно распределенного на поверхности площадью 100км², создаёт поверхностную активность в 1Ки/км²? Период полураспада ⁹⁰Sr считать равным 10⁹.
   

As=A/S; A=1*100=100Ки*3,7*10¹⁰=3,7*10¹²Бк. A=0,69N/T; N=AT/0,69=5,36*10²¹

4. 
   Запишите уравнение, описывающее пассивный транспорт электронейтральных частиц через мембрану.
   

Электрохимический потенциал – свободная энергия 1 моля р-ра. Свободная энергия – тот термодинамический потенциал, который определяет способность какой-либо физико хим. Системы совершать полезную работу. µ=µ₀+RTlnC+zFφ, где µ₀- часть хим. Потенциала 1 моля р-ра, определяется энергией хим. Связи растворённого в-ва с растворителем; С- молярная концентрация растворенного в-ва; φ – электрический потенциал р-ра; Z – заряд растворённых ионов; F- число Фарадея, R – универсальная газовая постоянная; Т – абсолютная температура р-ра. Если по обе стороны мембраны µ_e≠µ_i – система термодинамически неравновесна и на мембране, толщиной d, возникает градиент электрохимического потенциала: dµ_e/dx=|µ_e≠µ_i|/d=∆µ/d. Система межклеточная жидкость – мембрана – цитоплазма, стремится к состоянию термодинамического равновесия с µ_e=µ_i. Процесс перехода системы из неравновесного состояния в равновесное сопровождается пассивным транспортом в-ва (диффузией) из области большего значения электрохим. потенциала в область меньшего. Этот процесс описывается уравнением Теорелла: Ф = -CUdµ/dx. Ф – плотность потока диффузии – кол-во в-ва, которое переносится за 1с. через единицу площади мембраны; С – молярная концентрация в-ва; U- подвижность в-ва, которая характеризует скорость его переноса; dµ/dx – вектор градиента электрохим. потенциала. Перенос в-ва возможен только в термодинамически неравновесной системе и градиент электрохим. потенциала является той силой, которая выполняет работу по пассивному транспорту в-ва. «-» указывает на то, что транспорт происходит всегда в направлении, которое противоположно градиенту электрохим. потенциала, т.е. в направлении меньших значений µ, а значит и меньших значений С. Дифференцируя градиент электрохимического потенциала, получим: dµ/dx=RT1/CdC/dx+ZFdφ/dx, подставим в уравнение Теорелла и получим уравнение Нернста-Планка, описывающее диффузию ионов через мембрану: Ф= -URTdC/dx – CUZFdφ/dx. Первое слагаемое описывает обычную диффузию, идущую за счёт градиента концентрации dC/dx на мембране. Второе слагаемое описывает электродиффузию, которая обусловлена действием на ионы электрического поля Е=dφ/dx, создаваемого на мембране градиентом электрического потенциала. При диффузии незаряженных частиц (Z=0) уравнение Нернста-Планка принимает вид: Ф= -URTdC/dx – уравнение Фика. Введём коэф. диффузии D=URT, Ф= -DdC/dx, учтём, что dC/dx=|C_i-C_e|/d. Уравнение Фика примет вид: Ф= D|C_i-C_e|/d= p|C_i-C_e|, где р – коэф. проницаемости мембраны, |C_i-C_e| - абсолютное значение разности концентраций растворённого в-ва в цитоплпзме (C_i) и межклеточной жидкости (C_e).

5. 
   Укажите основные св-ва лазерного излучения и объясните их происхождение.
   

Лазеры – источники электромагнитного излучения, основанные на явлении вынужденного излучения квантовых систем. Вынужденное излучение возникает под действием внешнего резонансного излучения (затравочного кванта). Основные св-ва. Высокая направленность – определяется св-вами резонатора, т.к. max усиливается лишь излучение, распространяющееся перпендикулярно его зеркалам. Высокая монохроматичность – определяется прежде всего длинной волны и шириной линии люминесценции (лазерного перехода) активной среды, а в пределах ширины этой линии – св-вами резонатора. Высокая когерентность – является прямым следствием когерентных (согласованность нескольких колебательных процессов во времени, проявляющаяся при их сложении) св-в вынужденного излучения. Высокая спектральная плотность мощности – отношение интенсивности лазерного излучения к ширине спектральной линии излучения.

6. 
   Как и почему сопротивление живой ткани зависит от частоты переменного тока? Как определяется жизнестойкость ткани?
   

Сопротивление ткани max и равно R₁ на постоянном токе (ω=0), а с увеличением частоты импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z₂, остаётся практически неизменным. Такая зависимость указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие св-вами ёмкости. Z=R₁(R₂²+X_C²)/((R₁+R₂)²+X_C²). Емкостное сопротивление ткани X_C=1/ωC определяется её диэлектрическими составляющими. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю и импеданс живой ткани стремится к min значению: Z=R₁R₂/R₁+R₂. R₁- сопротивление кожи, R₂ – сопротивление цитоплазмы, крови. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводимости в биологических и мед. исследованиях. Для живой ткани обычно R₁>>R₂, поэтому на средних частотах, когда (1/ωC)<1, импеданс описывается формулой Z=(R₂²+(1/ ωC)²). Три вида ткани: живая, дефектная, мертвая. Коэф. поляризации (жизнестойкость) ткани К=Z_Н(v=10³)/Z_B(v=10⁶). Для живой ткани К>>1.

Билет 13

1. 
   Оптическая система глаза, его чувствительность к свету и цвету, угол зрения, острота зрения. Недостатки оптической системы глаза и их устранение с помощью линз.
   

Оптическая система глаза (60-73дптр) служит для построения на сетчатке действительного уменьшенного перевернутого изображения. Её образуют преломляющие поверхности: роговица (40дптр), хрусталик (19-30дптр), передняя камера глаза (4дптр). Линия, проходящая через центр хрусталика и центральную ямку на сетчатке – зрительная ось. Сложную оптическую систему глаза удобно заменить одной тонкой собирающей линзой – приведенным глазом, расположенным в центре хрусталика. На сетчатке создаётся действительное, уменьшенное и перевернутое изображение рассматриваемых предметов. При близорукости (миопии) задний фокус глаза находится перед сетчаткой. При коррекции подбирают рассеивающую линзу. При дальнозоркости задний фокус глаза находится за сетчаткой, компенсируется за счёт напряжения цилиарной мышцы. Для коррекции используют собирающие линзы. При астигматизме световые лучи, лежащие в горизонтальной и вертикальной плоскостях, имеют разные, не совпадающие фокусы. Компенсируют путем подбора цилиндрических линз. Острота зрения определяется min углом зрения, при котором глаз способен видеть раздельно 2 точки предмета. Угол зрения φ образованный лучами, идущими от крайних точек предмета А и В через центр хрусталика. Две точки предмета воспринимаются раздельно, если их изображения на сетчатке приходятся на не соседние колбочки. Min расстояние между колбочками d=5мкм, расстояние от сетчатки до центра хрусталика f=17мм. Min угол зрения в норме равен 1 угловой минуте: φ_min=d/f=3*10^-4рад=1’. Острота зрения определяется по формуле y=1’/φ_min. В норме φ_min=1’, острота зрения y=1. С увеличением min угла зрения острота зрения уменьшается. Предел разрешения глаза – min расстояние между двумя точками предмета, различаемых невооружённым глазом на расстоянии наилучшего зрения d₀ и прямо зависит от остроты зрения: Z= φ_mind₀=3*10^-4*250мм=75мкм. Палочки (125млн) расположены по всей поверхности сетчатки и отвечают за черно-белое (сумеречное) зрение. Колбочки (6,5млн) сконцентрированы в центре сетчатки и отвечают за цветное зрение. При дневном освещении L_max=550нм, в сумерках L_max=510нм. Синий – 440нм, голубой – 510нм, зеленый – 540нм, красный 590нм.

2. 
   Нарисуйте схему подключения пациента к дифференциальному усилителю для снятия ЭКГ во втором отведении. С чем связано применение дифференциального усилителя для записи ЭКГ?
   

Эйнтховен предложил рассматривать сердце как электрический диполь расположенный в центре равностороннего треугольника: R – правое плечо, L – левое плеча, F – основание торса. Разность потенциалов между двумя определёнными точками на теле человека – отведение. I,II,III – «стандартные отведения» предложенные Эйнтховеном. I отведение – разность потенциалов между правой и левой рукой, II отведение – между правой рукой и левой ногой, III отведение – между левой рукой и левой ногой. Закон Эйнтховена: U_I+U_II=U_III. Дифференциальный усилитель уничтожает помехи и позволяет усиливать слабые сигналы на фоне помех. Он усиливает не сами сигналы а их разность. Усилим разность потенциалов во II отведении. Правая рука R и левая нога А подключены к клеммам φ₁ и φ₂ усилителя соответственно. Третий электрод, расположенный на правой ноге, служит опорным и подключается к общей клемме пациента φ₀. U_вх1= φ₁-φ₀+U_помехи; U_вх2= φ₂-φ₀+U_помехи; U_вых=k(φ₁-φ₀+U_помехи-φ₂+φ₀-U_помехи)=k(φ₁-φ₂). U_вых=k(U_вх1-U_вх2). Потенциал опорного электрода не влияет на конечный результат, поэтому данный электрод можно накладывать на любую точку тела пациента, но при регистрации ЭКГ его удобнее накладывать на правую ногу, свободную от подключения стандартных отведений.

3. 
   Почему, не смотря на малую глубину проникновения в ткань α-частиц, их воздействие намного опаснее, чем воздействие проникающего гамма-излучения при той же поглощенной дозе?
   

Не смотря на малую глубину проникновения α-частиц в биологическую ткань, их разрушающее действие из-за высокой ионизирующей способности весьма значительно при попадании внутрь организма. При внешнем облучении тела альфа-частицы могут (при большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через рот они разносятся по телу током крови, вызывая внутреннее облучение организма. А гамма-лучи являются жеще рентгеновских и пройдут через организм.

4. 
   Для частоты 3 МГц показатель поглощения ультразвука равен 0,7 см^-1, а для частоты 10 МГц – 7см^-1. Какую частоту предпочтительно использовать для ультразвукового исследования щитовидной железы, а какую для исследования печени? Почему?
   

Следует учесть, что с повышением частоты ультразвука увеличивается его поглощение в среде. Поэтому исследования глубоко расположенных внутренних органов (печени – 3МГц) вынуждены проводить на более низких частотах, поскольку высокочастотный ультразвук практически полностью поглотится окружающими орган тканями и отраженный от исследуемого объекта ультразвуковой сигнал будет невозможно зарегистрировать. Если же исследуются органы, расположенные на малом расстоянии от поверхности тела (щитовидная железа – 10МГц), то поглощение окружающими тканями сказывается существенно меньше и появляется возможность использовать для диагностики ультразвук более высоких частот.

5. 
   Предельный угол полного внутреннего отражения на границе стекло-воздух равен 45⁰. Определите скорость света в стекле.
   

sinα_пр/sin90⁰=n_стекло/n_воздух; n_стекло= 0,707; v/c=1/ n_стекло; =3*10⁸/0,707=4,24*10⁸м/с.

6. 
   Определить коротковолновую границу тормозного рентгеновского излучения при напряжении на трубке 30кВ.
   

L_min=1,23/U=1,23/30=0,041нм.

Билет 14

1. 
   Зависимость импеданса живой ткани от частоты тока. Эквивалентная схема живой ткани. Физические основы реографии.
   

Сопротивление ткани max и равно R₁ на постоянном токе (ω=0), а с увеличением частоты импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z₂, остаётся практически неизменным. Такая зависимость указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие св-вами ёмкости. Z=R₁(R₂²+X_C²)/((R₁+R₂)²+X_C²). Емкостное сопротивление ткани X_C=1/ωC определяется её диэлектрическими составляющими. В эквивалентой схеме постоянный ток может идти только через сопротивление R1, так как сопротивление ёмкости С для него бесконечно велико. Но для переменного тока сопротивление емкости уменьшается с увеличением частоты, а с ним уменьшается и полное сопротивление цепи. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю и импеданс живой ткани стремится к min значению: Z=R₁R₂/R₁+R₂. R₁- сопротивление кожи, R₂ – сопротивление цитоплазмы, крови. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводимости в биологических и мед. исследованиях. Для живой ткани обычно R₁>>R₂, поэтому на средних частотах, когда (1/ωC)<1, импеданс описывается формулой Z=(R₂²+(1/ ωC)²). Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическим состоянием и морфологическими особенностями ткани. Методы измерения электропроводимости тканей осуществляются при достаточно низких напряжениях (<50мВ) и слабых токах. Три вида ткани: живая, дефектная, мертвая. Коэф. поляризации (жизнестойкость) ткани К=Z_Н(v=10³)/Z_B(v=10⁶). Для живой ткани К>>1.

Реография (импедансная плетизмография) – метод исследования состояния сосудистой системы путём регистрации периодических изменений импеданса ткани. Омическое сопротивление ткани зависит от степени их кровенаполнения. При увеличении кровенаполнения ткани ее омическая составляющая R импеданса уменьшается, а при уменьшении кровенаполнения – увеличивается. Рассмотрим участок ткани между двумя электродами. Омическое сопротивление R=pL/S=pL²/V. На постоянном токе и на токах низких частот проводить измерения нельзя по соображениям безопасности. На высоких частотах >100кГц емкостное сопротивление стремится к 0 и тогда Z=R=1/V_кр. При постоянной токе из-за большого сопротивления кожи =1МОм практически невозможно зарегистрировать малые изменения общего высокого сопротивления цепи. 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. Применяется переменный ток частотой 40-150кГц, что позволяет выделить из общего сопротивления цепи переменный компонент ее омической составляющей.

2.