Задачи по физике. Задачи. Г. М. Стюрева, В. С. Воеводский, А. А. Синицын, И. Ю. Ситанская сборник контрольно измерительных
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
Для биений токов: – . В этом выражении – является амплитудой биений, а – - круговой частотой биений. Период биений: – Амплитуда биений электрического тока в указанный момент времени: – – – . Мгновенное значение силы тока: – – . – = = – – ; . Ответ: – . 8.31. При диатермии для накожных и внутриполостных электродов допускаются предельные значения плотности высокочастотного тока проводимости: 0,015 А/см 2 и 0,03 А/см 2 . Обоснуйте и укажите значение плотности тока допустимое для внутриполостных электродов. 8.31. Решение. Физиотерапевтическая процедура диатермия заключается в пропускании через ткани пациента переменного тока проводимости частотой 5 МГц. Дословно «диатермия» означает сквозное прогревание. Лечебное действие оказывает джоулево тепло, выделяющееся в тканях проводниках. Удельная выделившаяся тепловая мощность может быть при этом оценена по закону Джоуля- Ленца в дифференциальной форме: . В этой формуле - удельное сопротивление ткани, - средняя по времени удельная тепловая мощность, - квадрат эффективного значения плотности электрического тока. Согласно формуле за одинаковые промежутки времени, при одинаковых плотностях тока больше тепла выделится в ткани с большим удельным сопротивлением. Нежелательные последствия, связанные с тепловой коагуляцией белков скорее наступят в ткани с большим удельным сопротивлением. Внутриполостные электроды находятся в контакте с влажными тканями, выстилающими полости, их электрическое сопротивление меньше сопротивления кожи. Для внутриполостных электродов допустимая плотность электрического тока может быть больше. Ответ. Для внутриполостных электродов допустимая плотность электрического тока при диатермии больше, чем для накожных и равна 0,03 А/см 2 . 8.32. При диатермии для накожных и внутриполостных электродов допускаются предельные значения плотности высокочастотного тока проводимости: 0,015 А/см 2 и 0,03 А/ см 2 . Объясните и укажите значение плотности тока, которое допускается при использовании накожных электродов. 8.32. Решение. Физиотерапевтическая процедура диатермия заключается в пропускании через ткани пациента переменного тока проводимости частотой 5 МГц. Дословно «диатермия» означает сквозное прогревание. Лечебное действие оказывает джоулево тепло, выделяющееся в тканях проводниках. Удельная выделившаяся тепловая мощность может быть при этом оценена по закону Джоуля- Ленца в дифференциальной форме: . В этой формуле - удельное сопротивление ткани, - средняя по времени удельная тепловая мощность, - квадрат эффективного значения плотности электрического тока. Согласно формуле за одинаковые промежутки времени, при одинаковых плотностях тока больше тепла выделится в ткани с большим удельным сопротивлением. Нежелательные последствия, связанные с тепловой коагуляцией белков скорее наступят в ткани с большим удельным сопротивлением. Внутриполостные электроды находятся в контакте с влажными тканями, выстилающими полости, их электрическое сопротивление меньше сопротивления кожи. Для внутриполостных электродов допустимая плотность электрического тока может быть больше. Ответ. Для накожных электродов допустимая плотность электрического тока при диатермии меньше, чем для внутриполостных и равна 0,015 А/см 2 . 8.33. Подсчитайте количество тепла, выделяющееся в одной и той же ткани при индуктотермии, производимой аппаратом ИВК-4 (рабочая частота 13,6 МГц), если количество тепла, выделяющееся при индуктотермии, производимой импортным аппаратом (рабочая частота 27,12 МГц) составляет 20 Дж.(Амплитуды индукции магнитного поля в обоих случаях считать равными.) 8.33. Решение. При индуктотермии воздействуют переменным магнитным полем из диапазонов ВЧ или УВЧ. Переменное магнитное поле по законам электродинамики порождает переменное вихревое электрическое поле того же диапазона частот, в тканях человека под действием этого электрического поля возникают вихревые токи проводимости, которые и обеспечивают тепловой эффект. Запишем формулу для тепловой энергии, выделяющейся в единице объёма тканей в единицу времени: 2 2 0 2 B q k . Запишем формулы для двух случаев, указанных в условии: 2 2 0 1 1 1 2 B q k ; 2 2 0 2 2 2 2 B q k . Решим полученную систему уравнений, получите расчётную формулу: 2 1 1 2 2 ; q q 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 q q q q Подставим числовые данные, получим окончательный ответ: 2 2 1 1 2 2 13, 6 20 5 27,12 q q Дж Дж 8.34. Укажите экзогенный физический фактор, определяющий лечебный эффект при УВЧ - терапии. 8.34. Решение. Процедура УВЧ в электрофизиотерапии предполагает воздействие электромагнитного поля с частотами от 20 до 60 МГц. 20 МГц –ам соответствует длина электромагнитной волны в вакууме . Граница ближней зоны будет находиться на расстоянии м. Эта цифра означает, что пациент вместе со всеми его тканями будет находится в ближней зоне - зоне несформировавшейся электромагнитной волны. В ближней зоне, в зависимости от формы излучателей, действие на вещество производит тот или иной компонент переменного электромагнитного поля. Аппараты УВЧ снабжены электродами-излучателями, имеющими форму пластин. В этом случае действующим фактором будет являться переменное электрическое поле частоты УВЧ диапазона. Ответ. Действующим фактором будет являться переменное электрическое поле частоты УВЧ диапазона. 8.35. При процедуре УВЧ воздействию подвергаются ткани с относительной диэлектрической проницаемостью равной 2 и тангенсом угла диэлектрических потерь равном 0,38. Определите количество тепла, выделяющегося при этом в единице объема ткани ежесекундно, если амплитуда напряженности электрического поля в ткани составляла 10 В/м. Аппарат работает на частоте 40,68 МГц. 8.35. Решение. Процедура УВЧ в электрофизиотерапии предполагает воздействие электромагнитного поля с частотами от 20 до 60 МГц. 20 МГц –ам соответствует длина электромагнитной волны в вакууме . Граница ближней зоны будет находиться на расстоянии м. Эта цифра означает, что пациент вместе со всеми его тканями будет находится в ближней зоне - зоне несформировавшейся электромагнитной волны. В ближней зоне, в зависимости от формы излучателей, действие на вещество производит тот или иной компонент переменного электромагнитного поля. Аппараты УВЧ снабжены электродами-излучателями, имеющими форму пластин. В этом случае действующим фактором будет являться переменное электрическое поле частоты УВЧ диапазона. В биологических тканях при частотах электромагнитного поля свыше 20 МГц токи смещения преобладают над переменными токами проводимости (ткани проявляют свойства диэлектрика). Нагревание тканей происходит за счёт диэлектрических потерь. Выражение для диэлектрических потерь можно получить, рассматривая модель диэлектрика в виде плоского конденсатора, заполненного не идеальным диэлектриком (модель конденсатора с утечкой). На рисунке представлены электрическая модель и векторная диаграмма токов такой модели. Через сопротивление R проходит активный ток, сила которого . Сопротивление и ток через него называются активными так, как они обеспечивают преобразование электромагнитного поля в тепло. Через конденсатор проходит ток смещения, силу которого обозначим: . Тепловая мощность выделяемая в рассматриваемой системе: . найдём из векторной диаграммы: акт С смещения . Мгновенное напряжение на конденсаторе: , где - расстояние между пластинами конденсатора. Ток смещения: , где - площадь пластин конденсатора. Итак: смещения = . Мощность в единице объёма диэлектрика: . - объём диэлектрика. Поскольку переменное электрическое поле УВЧ изменяется со временем по гармоническому закону: , то: и средняя по времени удельная тепловая мощность (мощность диэлектрических потерь): . - называется тангенсом угла диэлектрических потерь. – угол диэлектрических потерь. Произведение называется коэффициентом потерь диэлектрика. Используя условия задачи, получим: . Ответ. . Ежесекундно в одном кубическом метре вещества ткани выделяется приблизительно джоулей тепловой энергии. 8.36. Подстроечный конденсатор переменной емкости терапевтического контура аппарата УВЧ снабжен шкалой. При резонансе его показания соответствовали C(0) = 200 мкФ. Параллельно этому конденсатору к клеммам пластин-излучателей первый раз включили сухой конденсатор неизвестной емкости, а второй раз этот же конденсатор, но заполненный жидким диэлектриком. В первый раз при резонансе конденсатор переменной емкости показал C(1) = 150 мкФ, а во второй раз C(2) = 120 мкФ. Определите относительную диэлектрическую проницаемость жидкого диэлектрика на частоте УВЧ. 8.36. Решение. Все манипуляции, описанные в условии задачи относятся к терапевтическому колебательному контуру аппарата УВЧ. Устройство аппарата УВЧ таково, что в нём имеется два контура. В техническом контуре создаются незатухающие электромагнитные колебания частоты УВЧ. Для постоянного и своевременного восполнения потерь энергии контур включён в цепь источника тока. Сила тока, восполняющая энергетические потери, весьма значительна и она не должна ни при каких условиях пройти через пациента. Пациент облучается электрическим полем терапевтического контура, который гальванически не связан с техническим. Передачу энергии из технического контура в терапевтический осуществляет магнитное поле. Практически ткани пациента являются веществом, помещаемым между обкладками конденсатора терапевтического контура, что изменяет параметры контура. Для настойки терапевтического контура в резонанс служит подстроечный конденсатор переменной ёмкости. Контроль над резонансом в терапевтическом контуре осуществляется с помощью специального индикатора. Ситуация, описанная в условии задачи, пояснена на рисунке. Для решения составим три уравнения. Первое описывает ситуацию, когда в контур включили сухой конденсатор: . Второе описывает случай, когда в контур включили конденсатор, заполненный диэлектриком: . Третье уравнение связывает ёмкость пустого конденсатора с ёмкостью конденсатора, заполненного диэлектриком: . , , , . Ответ. . 8.37. Длина электоромагнитной волны СВЧ диапазона частоты 1000 МГц в жировой ткани (по данным Прессман А.С. 1968г.) составляет 12,42 см. Определите относительную диэлектрическую проницаемость жировой ткани на данной частоте, приняв относительную магнитную проницаемость ткани равной единице. 8.37 Решение. Длина волны электромагнитного излучения в веществе: . – длина электромагнитной волны в вакууме, – показатель преломления. , . . Ответ. . Методички с человечками Биоакустика 46.Во сколько раз изменился модуль вектора Умова, если амплитуда волны уменьшилась в 3 раза, частота возросла в 4 раза, скорость распространения увеличилась в 2 раза? 47.Энергия волны E = 5 Дж переносится в течение t = 5 с через перпендикулярную волне площадку площадью S = 2 см 2 . Чему равна интенсивность волны I (Вт/ м 2 )? 48. Мощность ультразвукового импульса, посылаемого диагностическим прибором N = 15 мВт. Определите амплитуду X 0 ультразвуковой волны в точке, где площадь поперечного сечения конуса излучения равна S=10 см 2 .Скорость распространения ультразвука в тканях V= 1500 м/с. Рабочая частота зонда прибора ν =10 МГц. Средняя плотность тканей ρ = 1100 кг/м 3 . Поглощением ультразвука пренебречь. 49. Мощность ультразвукового импульса, посылаемого диагностическим прибором равна N=25 мВт. Определите интенсивность I ультразвуковой волны в точке, где площадь поперечного сечения конуса излучения S= 5 см. 2 50. Звуковая волна с уровнем интенсивности L = 60 ,дБ попадает на барабанную перепонку площадью S = 50 мм 2 и полностью поглощается. Определите энергию E, которую поглощает барабанная перепонка в одну секунду. 51.Определите уровень интенсивности L, дБ звуковой волны в воздухе, который соответствует амплитуде смещения колеблющихся молекул воздуха X 0 =2 мкм при частоте 200 Гц. Плотность воздуха принять равной ρ = 1,3 кг/м 3 , а скорость звука в воздухеV = 330 м/с. 52. У диагностического ультразвукового прибора имеется зонд с рабочей частотой 15 МГц. Определите теоретический предел разрешения данного прибора, приняв скорость распространения ультра звука в мягких тканях равной V = 1500 м/с. 53.При определении скорости кровотока доплеровское смещение частоты составило ∆ν/ν = 0,06%. Определите скорость крови, если скорость ультразвука в ней V= 1500 м/с. 54.Эритроцит движется в потоке крови со скоростьюV = 300 мм/с. На него падает и затем отражается ультразвуковая волна от неподвижного источника (зонда), работающего на частоте 5 МГц. Определите разность частот ∆ν между отраженной эритроцитом и излучаемой источником ультразвуковыми волнами, если эритроцит удаляется от источника. Скорость распространения ультразвука в крови принять V = 1500 м/с. 55.Эритроцит движется в потоке крови со скоростьюV= 200 мм/с. На него падает и затем отражается ультразвуковая волна от неподвижного источника, работающего на частоте 6 МГц. Определите разность частот ∆ν между отраженной эритроцитом и излучаемой источником ультразвуковыми волнами, если эритроцит приближается к источнику. Скорость распространения ультразвука в крови принять V= 1500 м/с. 56. Звук, какого уровня громкости E ,фон услышит человек, если на него падают звуковые волны с = 1000 Гц и интенсивностью 10 - 10 Вт /м 2 ? 57. На сколько фонов изменится уровень громкости звука E частотой 1000 Гц, если интенсивность звука I возросла с 10 - 8 Вт/ м 2 до 10 - 3 Вт/ м 2 ? 58.Уровень громкости звука одного человека на частоте 1000 Гц E = 40 фон. Какой уровень громкости звука E создадут 30 одновременно говорящих людей? 59. Уровень интенсивности звука при стрельбе из одного автомата L = 100 дБ. Определите уровень интенсивности звука L ,дБ при стрельбе из 5 автоматов. 60.Одиночный комар, находящийся на расстоянии 10 м от человека, создает звук, равный порогу слышимости I 0 на частоте 1000 Гц. Какой уровень громкости E ,фон создадут 5000 комаров, находящихся на таком же расстоянии? 61.Работа стоматологической турбины сопровождается шумом с уровнем громкостиE= 35 фон. Компрессор слюноотсоса создает шум с уровнем громкостиE= 40 фон. Определите уровень громкости в фонах, который сопровождает одновременную работу турбины и слюноотсоса. ( = 1000 Гц). 62. Потеря слуха у пациента на частоте 1 кГц составляет ∆L= 30 дБ. Определите минимальную интенсивность I волны, которая на это частоте вызывает у пациента ощущение звука. 63. Ухо человека воспринимает разницу уровней громкости на частоте 1000 Гц в 1,0 фон. Определите отношение интенсивностей I 1 / I 2 двух звуковых волн, уровни громкости которых различаются на эту величину. 64. На сколько фон изменится уровень громкости E звука частотой 1000 Гц, если интенсивность звука I возросла с 10 - 8 Вт/м 2 , до 10 - 2 Вт/м 2 65. Чему равно отношение интенсивностей звука I 1 / I 2 , если различие в уровнях интенсивностей L равно 40 дБ? |