ФИЗИКА. Вопросы по дисциплине Общая физики и биофизика
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
векторная величина; она определяет другую векторную величину — силу, действующую на электрические заряды. Мы определяем напряженность электрического поля в некоторой точке как отношение силы, действующей на помещённый в эту точку электрический заряд, к величине этого заряда (взятого со своим знаком): Другим словами, напряженность электрического поля по величине и направлению совпадает с силой, действующей на положительный единичный заряд. Единица измерения напряженности электрического поля — ньютон на кулон, [E]=H/Кл Направление напряженности электрического поля всегда совпадает с направлением действующей силы. Напряжённость электрического поля в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон [Н/Кл]. 31. Сформулируйте определение силовых линий и укажите их свойства. СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — это непрерывные линии, касательные к которым B каждой точке, через которую они проходят, совпадают с векторами напряженности. Свойства Направление силовой линии совпадает с направлением вектора напряженности. Чем гуще силовые линии, тем сильнее электрическое поле. Линии напряженности начинаются на положительных зарядах, а заканчиваются на отрицательных или на бесконечности. Если силовые линии поля параллельны, то поле называют однородным. 32. Что называется потенциалом электрического поля? Укажите единицу потенциала в СИ. В СИ потенциал измеряется в вольтах. Электрический потенциал – это скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию, которой обладает единичный положительный пробный заряд, помещённый в данную точку поля. 33. Какие вещества называются проводниками? Какие вещества называют диэлектриками? Вещества, по которым электрические заряды могут перемещаться, называют проводниками (металлы, водные растворы солей и кислот, человек и др.). Вещества, в которых мало свободных электронов, называют диэлектриками. К ним относятся стекло, резина, сухое дерево и пр. Воздушный шарик и волосы также относятся к диэлектрикам, в них мало свободных электронов. 34. Дайте определение электрического диполя. Напишите формулу дипольного момента диполя, укажите направление вектора дипольного момента и его единицу измерения. Как называется двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока? Электрический диполь – система, состоящая из равных по. абсолютной величине положительного и отрицательного. точечных электрических зарядов. 35. Что лежит в основе теории Эйнтховена? Как связаны разности потенциалов сердца, снимаемые между электродами с проекциями вектора дипольного момента токового диполя? Какие отведения вы знаете и как они определяются? В основе ЭКГ лежит теория Эйнтховена. Эта теория связывает биопотенциалы действия, возникающие при сокращении сердечной мышцы, с разностью потенциалов, регистрируемой на поверхности тела. Сердце в Т. Эйнтховена рассматривается как токовый диполь, расположенный в токопроводящей однородной среде. Основные положения теории Эйнтховена: 1. Электрическое поле, созданное сердцем, можно представить как поле, созданное токовым диполем с электрическим моментом токового диполя P т, называемого в электрокардиографии интегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) - с. 2. ИЭВС с находится в однородной проводящей среде. 3. ИЭВС с за цикл работы сердца изменяется по величине и по направлению, причем его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец с описывает в пространстве сложную кривую, проекция которой на плоскости (например, фронтальную) в норме имеет 3 петли: Р, QRS и Т. 36. Что называется электрокардиограммой? Как, пользуясь электрокардиограммой, определить величину биопотенциалов сердца в различные моменты сердечного цикла? ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММА — (ЭКГ), запись электрической активности сердца, выполненная при помощи прибора на движущейся полосе бумаги. Прибор, служащий для этой цели, называют электрокардиографом. ЭКГ используют для диагностирования сердечных заболеваний. Графическое представление разности электрических потенциалов, возникающих в результате работы сердца и проецируемых на поверхность тела. Электрокардиография позволяет оценить распространение возбуждения по сердечной мышце. Чтобы определить величину биопотенциалов сердца в различные моменты сердечного цикла, пользуясь электрокардиограммой, нужно ширину зубца умножить на цену деления Чтобы определить частоту сердечных сокращений, пользуясь электрокардиограммой нужно определить расстояние между зубцами PR. 37. Дайте определение электрического тока. Что называется постоянным током? Электри́ческий ток или электрото́к — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда. Постоянный ток - электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока. Однонаправленный ток — это электрический ток, не изменяющий своего направления. Постоянный ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле. В каждой точке проводника, по которому протекает постоянный ток, одни элементарные электрические заряды непрерывно сменяются другими, совершенно одинаковыми по сумме электрическими зарядами. Несмотря на непрерывное перемещение электрических зарядов вдоль проводника, общее пространственное их расположение внутри проводника как бы остаётся неизменным во времени, или стационарным. 38. Что такое электрическое напряжение и каковы его единицы измерения? 39. Что такое сила тока и как ее можно рассчитать? Каковы единицы измерения силы тока? Значение количества электричества можно использовать для определения и расчета силы тока, благодаря существованию правила постоянства тока в замкнутых цепях (в каждой точке цепи). Суть правила в том, что количество проходящего за одну секунду тока будет одинаковым для любого сечения в любом месте цепи, независимо от толщины проводника (правило действует для цепей без разветвлений). Измерить силу тока можно с помощью специального оборудования. Обычно применяют следующие приборы: амперметр (наиболее востребованный вариант); мультиметр; миллиамперметр; микроамперметр. Последние два варианта служат для измерения малых сил тока, составляющих миллионные доли ампера, например, возникающих при прохождении тока через фотоэлементы. Чтобы получить значение силы тока с помощью амперметра, прибор следует подключить в разрыв цепи (в любой ее точке) таким образом, чтобы ток проходил через амперметр. Стрелка устройства при этом будет показывать силу тока в цепи. В формулах при расчете такого параметра, как сила тока, обозначение его величины с помощью буквы «I» является общепринятым. Основная формула выглядит как I=q/t, где q – количество электричества, а t – временной отрезок. Также для расчета силы тока можно использовать такие параметры, как: фактическое напряжение (U); мощность (P). В этом случае применяется формула I= P/U. Получение силы тока расчетным методом актуально в тех случаях, когда невозможно применение измерительных приборов, например, на этапе проектирования электросетей. В качестве основной единицы измерения силы тока используют ампер (краткое обозначение – А). Ампер, получивший свое название по имени ученого физика Анри Ампера, входит в Международную систему единиц (СИ). Если через поперечное сечение в течение 1 секунды проходит 1 кулон электричества, то сила тока в этом проводнике равна одному амперу. Как вспомогательные единицы применяются: миллиамперы (ма), одна тысячная или 10 -3 ампер; микроамперы (мкА), одна миллионная или 10 -6 ампер. 40. Что такое электрическое сопротивление проводников? Как электрическое сопротивление зависит от параметров проводников? Каковы единицы измерения электрического сопротивления? Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Электрическое сопротивление проводника зависит от длины проводника (чем длиннее провод, тем больше электронов исчезнут при прохождении сквозь него), также от площади поперечного сечения проводника (чем больше площадь, тем больше вероятность электронам пройти через препятствие), а также от материала проводника (удельное сопротивление вещества). Единица электрического сопротивления - Ом. 41. Что называется переменным током? Протекание переменного тока по резистору, активное сопротивление. Переменный ток – это электрический ток, который с течением времени t изменяет свою величину I или направление. Резистором называется проводник, в котором при протекании переменного тока не возникает электродвижущая сила. При протекании переменного тока через резистор выполняется закон Ома для цепи, поэтому отношение напряжения к силе тока остается постоянным и называется сопротивлением резистора: Сопротивление резистора не зависит от частоты тока. При протекании по резистору сила тока изменяется в одинаковой фазе с приложенным напряжением. Работа переменного тока, протекающего через резистор, полностью превращается в его внутреннюю энергию, поэтому сопротивление резистора называют активным. 42. Первичные механизмы воздействия на ткани организма постоянным электрическим током. Физиотерапевтические процедуры, использующие постоянный электрический ток. Электрическое поле есть разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле Характеристики электрического поля, которое генерируется биологическими структурами, являются источником информации о состоянии организма. Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах, в отличие от газов, носители тока существуют независимо от наличия электрического поля. Биологические ткани и органы являются довольно разнородными образованиями с различными электрическими сопротивлениями, которые могут изменяться при действии электрического тока. Это обусловливает трудности измерения электрического сопротивления живых биологических систем. Электропроводимость отдельных участков организма, находящихся между электродами, наложенными непосредственно на поверхность тела, существенно зависит от сопротивления кожи и подкожных слоев. Внутри организма ток распространяется в основном по кровеносным и лимфатическим сосудам, мышцам, оболочкам нервных стволов. Сопротивление кожи, в свою очередь, определяется ее состоянием: толщиной, возрастом, влажностью и т. п. Электропроводимость тканей и органов зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как диагностический показатель. Так, например, при воспалении, когда клетки набухают, уменьшается сечение межклеточных соединений и увеличивается электрическое сопротивление; физиологические явления, вызывающие потливость, сопровождаются возрастанием электропроводимости кожи и т. д Непрерывный постоянный ток напряжением 60—80 В используют как лечебный метод физиотерапии (гальванизация). Источником тока обычно служит двухполупериодный выпрямитель — аппарат для гальванизации. Применяют для этого электроды из листового свинца или станиоля толщиной 0,3—0,5 мм. Так как продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащегося в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки, смоченные, например, теплой водой. Дозируют силу постоянного тока по показаниям миллиамперметра, при этом обязательно учитывают предельно допустимую плотность тока — 0,1 мА/см 2 Постоянный ток используют в лечебной практике также и для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофореза лекарственных веществ. Для этой цели поступают так же, как и при гальванизации, но прокладку активного электрода смачивают раствором соответствующего лекарственного вещества. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает: анионы вводят с катода, катионы — с анода. 43. Физиотерапевтические процедуры, использующие переменный ток. Переменный ток проводимости представляет собой колебательные движения ионов. Действие, которое оказывает на организм переменный (синусоидальный) ток, зависит от частоты и амплитуды тока. В медицине принята следующая классификация частот переменного тока. Как и постоянный ток, переменный ток оказывает на ткани организма раздражающее действие. Возбуждение нервной и мышечной тканей постоянным или переменным током (ν ниже 100 кГц) может стать причиной электротравмы. Процессы возбуждения в ритме, не свойственном организму, нарушают нормальную жизнедеятельность. Особенно опасны такие нарушения в сердце, дыхательной мускулатуре, центральной нервной системе. Наибольшую опасность представляют частоты 30–300 Гц. Следует понимать, что поражающее действие переменного тока определяется не напряжением, а зарядом, проходящим за половину периода. Это связано с тем, что в основе действия тока на ткани лежит их поляризация, степень которой пропорциональна величине прошедшего заряда. Вот почему для токов высокой частоты (полупериод очень мал) поражающее действие не наступает даже при токах в десятки ампер. В то время как ток частоты 50 Гц может стать причиной гибели человека при силе 0,1 А. С токами НЧ- и ЗЧ-диапазонов врач встречается не только как с травмирующим фактором. Их применяют для электродиагностики и электростимуляции биологических систем. Как правило, в этих целях используют не синусоидальные, а импульсные токи. 44. Пороговые значения тока. Восприятие звука характеризуется двумя пороговыми значениями - порогом слышимости и порогом болевого ощущения. Аналогичные величины используются и для переменного тока НЧ- и ЗЧ-диапазонов. Порог ощутимого тока - минимальная сила тока, раздражающее действие которого ощущает «средний» человек. Реакция человека на ток определяется не только его силой и частотой, но и областью, через которую ток проходит. Промышленный ток 3 мА вызывает легкое покалывание в пальцах, прикасающихся к проводнику. Ток 3–5 мА вызывает раздражающее ощущение во всей кисти руки. Ток 8– 10 мА приводит к непроизвольному сокращению мышц кисти и предплечья. При токе порядка 15 мА непроизвольные мышечные сокращения приобретают такую силу, что человек не в состоянии разжать кисть, держащую проводник. Порог не отпускающего тока - минимальная сила тока, вызывающая у «среднего» человека такое сгибание суставов, при котором человек не может самостоятельно освободиться от проводника - источника напряжения. Превышение порога не отпускающего тока может быть губительным для человека (паралич дыхательных мышц, фибрилляция сердца). Прогревание тканей высокочастотными токами используют в следующих физиотерапевтических процедурах. Диатермия - метод электролечения, заключающийся в местном воздействии на организм переменным током высокой частоты и большой силы, приводящем к повышению температуры тканей. При диатермии применяют ток частоты 1–2 МГц и силы 1–1,5 А. Свинцовые электроды накладывают на тело пациента так, чтобы прогреваемый участок находился между ними. Величина напряжения 100–150 В. Плотность тока определяется площадью электродов и общим сопротивлением ткани между ними. Сильнее нагреваются ткани с большим удельным сопротивлением (кожа, жир, мышцы). Меньше нагреваются органы, богатые кровью или лимфой (легкие, печень, лимфоузлы). Недостаток диатермии - непродуктивное выделение теплоты в слое кожи и подкожной клетчатке. Местная дарсонвализация - метод электролечения, заключающийся в местном воздействии на организм слабым импульсным током высокой частоты и высокого напряжения. При дарсонвализации применяют ток частотой 100–400 кГц и напряжением в десятки кВ. При этом к телу пациента прикладывается только один стеклянный электрод, заполненный графитом Токи высокой частоты используются и в хирургических целях. Диатермокоагуляция - прижигание, «сваривание» ткани. При этом применяется ток плотностью 6–10 мА/мм 2 , в результате чего температура ткани повышается и ткань коагулирует. Диатермотомия - рассечение тканей при помощи электрода в форме лезвия, который дает узкий ровный разрез без капиллярного кровотечения. При этом плотность тока составляет 40 мА/мм 2 45. Первичные механизмы действия переменного электрического поля (УВЧ). Физиотерапевтические процедуры, использующие переменное электрическое поле (УВЧ). Переменное электромагнитное поле вызывает колебательное движение ионов (переменный ток) и крутильные колебания дипольных молекул. Эти процессы сопровождаются выделением теплоты. Используется для прогревания костей, надкостниц, сухожилий, мышц. |