Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине.

Оптическая система глаза. Недостатки зрения, методы их коррекции.

1. Глаз, с физической точки зрения, является оптической системой. Его основными элементами являются роговая оболочка, радужная оболочка, зрачок, хрусталик, глазные мышцы, стекловидное тело, сетчатка. Свет, проникающий в глаз, преломляется на передней поверхности глаза, в роговице, хрусталике и стекловидном теле, благодаря чему на сетчатке получается изображение предмета.

Благодаря зрению двумя глазами мы видим все предметы объемными, а не плоскими.

Глаз должен одинаково хорошо видеть предметы, расположенные на разных расстояниях от него. Это происходит за счет изменения радиуса кривизны поверхности хрусталика. Это явление называется аккомодацией.

Глаз является нормальным, если он в ненапряженном состоянии собирает параллельные лучи в точке, которая находится на сетчатке. Для такого глаза расстояние наилучшего видения составляет примерно 25 см.

В разных живых организмах органы зрения весьма разнообразны. У рыб глаза отличаются плоской роговицей и шарообразным хрусталиком. Аккомодация глаза у рыбы достигается перемещением хрусталика. Птицы имеют очень острое зрение благодаря тому, что у них глазное яблоко очень больших размеров и имеет удлиненную «телескопическую» форму, а также у них значительно большее количество рецепторов.

2. Два наиболее распространенных недостатков зрения - близорукость и дальнозоркость.

Близоруким называют глаз, у которого фокус в спокойном состоянии находится перед сетчаткой. Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом. Исправляют близорукость очками с рассеивающую линзу.

Дальнозорким называют глаз, у которого фокус в спокойном состоянии находится за сетчаткой, т.е. изображение возникает за сетчаткой глаза. Исправляют дальнозоркость очками с собирательными линзами.

Оптический микроскоп. Ход лучей в микроскопе. Полезное увеличение микроскопа.

Микроскоп— оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом.

Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз — объектива O1 и окуляраO2. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. То есть изображение в микроскопе получается перевернутым. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Полезное увеличение микроскопа - такое увеличение, при котором предмет, имеющий размер, равный пределу разрешения микроскопа, имеет изображение, размер которого равен пределу разрешения глаза.

Полезное увеличение микроскопа находится в области 500 - 1000-кратной величины апертуры объектива. Нормальным увеличением микроскопа называется такое, которое получается при 500 А и диаметре зрачка выхода, равном 1 мм.Полезное увеличение микроскопа в среднем равно 1000-кратному.Полезное увеличение микроскопа определяется увеличением объектива, поэтому на совершенствование объективов обращается серьезное внимание.

Полезное увеличение микроскопа должно быть подобрано так, чтобы при этом была рациональным образом использована разрешающая сила объектива микроскопа. Для этого необходимо, чтобы угловая величина изображения наблюдаемой детали по отношению к центру зрачка глаза была бы не меньше 2 минут, а еще лучше, как принято считать, доходила бы до 4 минут, что обусловлено разрешающей способностью глаза.

Разрешающая способность и предел разрешения микроскопа. Пути повышения разрешающей способности.

Одной из важнейших характеристик микроскопа является его разрешающая способность. Разрешение — способность оптического прибора воспроизводить изображение близко расположенных объектов. Линейный предел разрешения микроскопа, то есть минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные, зависит от длины волны и числовой апертуры микроскопа:

σ =λ /2A

Апертура — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения.

A = nSin(α /2), где n — показатель преломления той среды, в которой находится предмет и из которой исходят лучи, а α — угол, составляемый крайними лучами, идущими из предмета и попадающими еще в объектив.

Повысить разрешающую способность микроскопа можно двумя способами: либо увеличивая апертуру объектива, либо уменьшая длину волны света, освещающего препарат.

Волновые свойства частиц. Гипотеза де-Бройля, её экспериментальное обоснование.

Французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что установленный ранее для фотонов корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам — электронам, протонам, атомам и так далее, причём количественные соотношения между волновыми и корпускулярными свойствами частиц те же, что и для фотонов. Таким образом, если частица имеет энергию Е и импульс, абсолютное значение которого равно р, то с ней связана волна, частота которой ν =E/h и длина волны λ =h/p, где h — постоянная Планка. Эти волны и получили название волн де Бройля.

Первое подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927 году в опытах американских физиков К. Дэвиссона и Л. Джермера. Пучок электронов ускорялся в электрическом поле с разностью потенциалов 100—150 В (энергия таких электронов 100—150 эВ, что соответствует 0, 1 нм) и падал на кристалл никеля, играющий роль пространственной дифракционной решётки. Было установлено, что электроны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.

Механика мышечного сокращения. Саркомеры. Строение мышечных волокон.

Сократимость-способность мышцы укорачиваться при возбуждении. Скелетная мышца состоит из миоцитов (мышечных волокон). Мышечное волокно-гигантская многоядерная клетка, покрытая миелиновой оболочкой(сарколеммой).

Сократительные элементы волокна-миофибриллы, состоящие из множества филаментов. Перегородки или Z пластинки делят их на участки (саркомеры). Филаменты бывают двух видов: толстые из миозина и тонкие из актина. При сокращении тонкие актиновые нити скользят вдоль миозиновых к середине саркомера. При этом тратится энергия из АТФ.

КПД мышечных сокращений

КПД мышечной работы R представляет отношение величины внешней механической работы W к общему количеству выделенной в виде тепла энергии Е

R=W\E x 100%

КПД мышечной клетки около 50%, всей мышцы- не более 20 %

Максимальная сила мышц не достигается в реальных условиях, так как не все клетки мышцы сокращаются одновременно с максимальной силой.

КПД мышцы также зависит от внешних условий, например, при низкой температуре он значительно снижается, т.к. необходимо сохранить температуру тела.

Функции клеточных мембран

Мембрана обеспечивает:

1) Избирательное проникновение в клетку и из нее молекул и ионов, необходимых для выполнения специфических функций клеток;
2) Избирательный транспорт ионов через мембрану, поддерживая трансмембранную разницу электрического потенциала;
3) Специфику межклеточных контактов.

Благодаря наличию в мембране многочисленных рецепторов, воспринимающих химические сигналы — гормоны, медиаторы и другие биологически активные вещества, она способна изменять метаболическую активность клетки. Мембраны обеспечивают специфику иммунных проявлений, благодаря наличию на них антигенов — структур, вызывающих образование антител, способных специфически связываться с этими антигенами.
Ядро и органеллы клетки также отделены от цитоплазмы мембранами, которые предупреждают свободное движение воды и растворенных в ней веществ из цитоплазмы в них и наоборот. Это создает условия для разделения биохимических процессов, протекающих в различных отсеках (компартментах) внутри клетки.

Строение уха

Орган слуха человека представляет собой сложную систему, состоящую из следующих элементов:

1 - ушная раковина; 2 - наружный слуховой проход; 3 - барабанная перепонка; 4 - молоточек; 5 - наковальня; 6 - стремечко; 7 - овальное окно; 8 - вестибулярная лестница; 9 - круглое окно; 10 - барабанная лестница; 11 - улитковый канал; 12 - основная (базилярная) мембрана.

По анатомическому признаку в слуховом аппарате человека выделяют наружное ухо (1-3), среднее ухо (3-7) и внутреннее ухо (7-13). По выполняемым функциям в слуховом аппарате человека выделяют звукопроводящую и звуковоспринимающую части.

 

 

1)Наружное ухо состоит из ушной раковины, слухового прохода (в виде узкой трубки), барабанной перепонки. Ушная раковина играет роль звукоулавливателя, концентрирующего звуковые волны на слуховом проходе, в результате чего звуковое давление на барабанную перепонку увеличивается по сравнению со звуковым давлением в падающей волне примерно в 3 раза. Наружный слуховой проход вместе с ушной раковиной можно сравнить с резонатором типа трубы. Барабанная перепонка, отделяющая наружное ухо от среднего уха, представляет собой пластинку, состоящую из двух слоев коллагеновых волокон, ориентированных по-разному. Толщина перепонки около 0, 1 мм.

2) Среднее ухо является устройством, предназначенным для передачи звуковых колебаний из воздушной среды наружного уха в жидкую среду внутреннего уха. Среднее ухо (см. рис. 4.1) содержит барабанную перепонку, овальное и круглое окна, а также слуховые косточки (молоточек, наковальню, стремечко). Оно представляет собой своеобразный барабан (объемом 0, 8 см³), который отделяется от наружного уха барабанной перепонкой, а от внутреннего уха - овальным и круглым окнами. Среднее ухо заполнено воздухом. Любая разность давлений между наружным и средним ухом приводит к деформации барабанной перепонки. Барабанная перепонка - это воронкообразная мембрана, вдавленная внутрь среднего уха. От нее звуковая информация передается косточкам среднего уха (форма барабанной перепонки обеспечивает отсутствие собственных колебаний, что весьма существенно, так как собственные колебания перепонки создавали бы шумовой фон).

3) Звуковоспринимающей системой слухового аппарата являются внутреннее ухо и входящая в него улитка (полое костное образование длиной 35 мм, имеющее форму конусообразной спирали)

Внутреннее ухо представляет собой замкнутую полость. Эта полость, называемая лабиринтом, имеет сложную форму и заполнена жидкостью - перилимфой. Она состоит из двух основных частей: улитки, преобразующей механические колебания в электрический сигнал, и полукружия вестибулярного аппарата, обеспечивающего равновесие тела в поле силы тяжести.

Строение глаза

 

Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.

Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм.

Хрусталик представляет собой двояковыпуклую эластичную линзу, которая крепится на мышцах ресничного тела. Ресничное тело обеспечивает изменение формы хрусталика. Хрусталик разделяет внутреннюю поверхность глаза на две камеры: переднюю камеру, заполненную водянистой влагой, и заднюю камеру, заполненную стекловидным телом.

Внутренняя поверхность задней камеры покрыта сетчаткой, представляющей собой светочувствительный слой. Получаемое светочувствительными элементами сетчатки раздражение передается волокнам зрительного нерва и по ним достигает зрительных центров мозга. Между сетчаткой и склерой находится тонкая сосудистая оболочка, состоящая из сети кровеносных сосудов, питающих глаз.

Место входа зрительного нерва представляет собой слепое пятно. Немного выше расположено желтое пятно – участок наиболее ясного видения. Линия, проходящая через центр желтого пятна и центр хрусталика, называется зрительной осью.

 

Электроды.

Электроды - это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой.

В зависимости от назначения, электроды изготавливают из нержавеющей стали, свинца, золота, платины, серебра, палладия и т.д.

Электроды используются для съёма электрической информации и для подведения внешнего электромагнитного воздействия на организм при диагностике, терапии или хирургии (реография, хирургическая диатермия, электростимуляция и т.д.)

Виды электродов для съема биопотенциалов.

Рассмотрим следующие виды электродов.

Электроды для многократного кратковременного использования, например, в виде металлической пластинки, Эти электроды используются в кабинетах функциональной диагностики для съема ЭКГ. После процедур они должны обезжириваться и использоваться снова. В электрокардиографии применяются также электроды-присоски, снабженные резиновым баллончиком для создания небольшого разрежения между телом и электродом. Они позволяют быстро установить электрод в нужной точке тела человека. Электроды многократного использования могут накладываться на тело как непосредственно, так и через марлевые прокладки, смоченные физраствором. Используются также различные проводящие пасты для снижения сопротивления электрод-кожа. Высокое сопротивление электрод - кожа приводит к тому, что большая часть исследуемого потенциала падает на этом сопротивлении, а не подается на устройство регистрации или отображения информации. Это уменьшает регистрируемую величину биопотенциалов.

Для быстрой установки на пациента применяются так же электроды – зажимы.

Электроды для длительного непрерывного наблюдения или регистрации биопотенциалов. Иногда их называют монитродами. Используются в палатах реанимации. Мониторингом или мониторированием называется длительное непрерывное или периодическое наблюдение какого-либо параметра (электрокардиограммы, мониторирование артериального давления, температуры и т.д.).

Электроды для динамического наблюдения в условиях физических нагрузок (например, в спортивной медицине). Применяются игольчатые инъецируемые электроды. 4. Электроды для экстренного применения, рис.3.7, например, в условиях скорой помощи. Это могут быть плоские или овальные электроды, снабженные короткими иглами, высота которых равна высоте эпителия кожи (7-2 мм).

Используются одно- и многоточечные электроды. При прижатии такого электрода к телу происходит прокалывание эпителия, что снижает сопротивление электрод - кожа и повышает качество регистрации сигнала. Немалое значение имеет и быстрота наложения электрода.

Существуют и другие виды электродов, например, электроды дефибрилляторов, реографов, электроретинографов и т.д.

При пользовании электродами возможны поляризационные эффекты: возникновение ЭДС поляризации, выделение под электродами газообразных продуктов реакций, накопление под электродами прижигающих кожу веществ - кислот, щелочей. Но существуют и специальные

неполяризующиеся электроды.

Датчики

Датчик-это устройство, преобразующее измеряемую величину в электрический сигнал, удобный для передачи, преобразования и регистрации.

Метрологические параметры датчиков:

1) Чувствительность - это изменение выходной величины датчика ∆ у при изменении входной ∆ х на единицу.

Чувствительность Z датчика измеряется, например, в микроамперах на нанометр мкА/нм, в милливольтах на Кельвин

мВ/К, в миллиамперах на грамм

мА/г и т.д.

2) Время реакции (инерционность) - минимальный промежуток времени, в течение которого выходная величина принимает значение, соответствующее входной. Дело в том, что процессы в датчиках происходят не мгновенно и это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с входной. Поэтому регистрация результатов измерений с помощью датчика должна производиться с учетом промежутка времени, соответствующего времени реакции прибора.

3) Точность - основная характеристика любого датчика, определяющая

Погрешность его измерений.

Погрешность измерений - величина максимального расхождения между показаниями реального и идеального датчиков.

Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине.

Физические процессы, обусловленные воздействием УЗ, вызывают в биологических объектах следующие основные эффекты: микровибрации на клеточном и субклеточном уровне, разрушение биомакромолекул, перестройку и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран, тепловое действие, разрушение клеток и микроорганизмов.

Механические колебания звуковых частот оказывают массирующее действие, способствующее улучшению местного кровообращения. Размеры массируемых областей соизмеримы с длиной волны, а она для ультразвука мала.

Чем больше интенсивность УЗ, тем больше перепад давления на единицу длины, называемый градиентом давления. Большие градиенты давления могут представлять угрозу для клеток. Разрушительные действия больших градиентов давления в УЗ большой интенсивности можно использовать для подавления и разрушения клеток злокачественных опухолей.

Если интенсивность УЗ в жидкости превосходит пороговый уровень, в ней появляется еще один фактор разрушительного действия – кавитация – явление возникновения в жидкости пустот в виде пузырьков, заполненных газом, в условиях, когда в жидкости возникает пониженное давление.

Медико-биологические приложения УЗ можно разделить на:

 

1. Методы диагностики

Эхоэнцефалография – определение опухолей и отека головного мозга, ультразвуковая кардиография – измерение размеров сердца в динамике, ультразвуковая локация в офтальмологии – для определения размеров глазных сред.

С помощью УЗ эффекта Доплера изучают характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока.

 

2. Методы воздействия

УЗ физиотерапия (первичный механизм – тепловое воздействие на ткань), при хирургических операциях применяют УЗ скальпель, способный рассекать и мягкие, и костные ткани (Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества), «сваривание» поврежденных костных тканей.

9Ультразвуковые методы исследования (УЗИ) в медицинской диагностике.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн. Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой — числом колебаний в единицу времени; длиной — расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. См. пункт 8

10 Эффект Доплера; его применение для измерения скорости кровотока и в эхокардиографии.

Эффект Доплера, изменение частоты колебаний или длины волн, воспринимаемых наблюдателем (приёмником колебаний), вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Основная причина — изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником и приёмником. При сохранении длины волн, испускаемых источником, это приводит к изменению числа волн, достигающих приёмника в каждую секунду, т.е. к изменению частоты принимаемых колебаний.

ν приемн.=ν ист.*(1±Vприемн/Vист.)

Где vприемн – частота волн, воспринимаемых приемником, vист – частота волн, испускаемых источником, Vприемн – скорость движения приемника волн, Vист – скорость движения источника волн.

Математическое описание.

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:

λ =(с-υ )/ ω 0

где ω 0 — частота, с которой источник испускает волны, с — скорость распространения волн в среде, υ — скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и отрицательная, если удаляется).

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. Если удаляется - длина волны увеличивается.

Сущность эффекта Доплера, применяемого в медицинской практике. К кровеносному сосуду прижимается источник и приемник УЗ волн. По достижении границы между 2 средами, характеризующимися различным акустическим сопротивлением, часть энергии переходит во вторую среду, а часть ее отражается от границы раздела сред.. Если объект движется с определенной скоростью по направлению к источнику ультразвуковых импульсов, то его отражающая поверхность соприкасается с ультразвуковыми импульсами чаще, чем при неподвижном положении объекта. В результате этого частота отраженных колебаний превышает частоту генерируемых ультразвуковых импульсов. Напротив, при движении отражающих поверхностей от источника излучения частота отраженных колебаний становится меньше испускаемых импульсов. Разница между частотой генерируемых и отраженных импульсов называется допплеровским сдвигом. Отражающей поверхностью в данном случае являются в основном эритроциты.

Эхокардиография, ультразвуковая кардиография, метод исследования сердца при помощи импульсного ультразвука. Основан на регистрации ультразвуковых волн, отражённых на границе структур сердца, имеющих различную плотность. В нормальных условиях последовательно записываются кривые отражения от стенок аорты и левого предсердия, передней и задней створок митрального клапана, межжелудочковой перегородки, задней стенки левого желудочка. Эхокардиография применяется в диагностике приобретённых и некоторых врождённых пороков сердца.

11 Ударная волна. Получение и использование ударных волн в медицине.

Ударная волна – скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. Ударные волны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел, при мощных электрических разрядах и т.д.

Скорость распространения ударной волны в среде превышает скорость звука в данной среде. Превышение тем больше, чем выше интенсивность ударной волны (отношение давлений перед и за фронтом волны): (руд.волны – рсп.среды)/рсп.среды

В медицине ударные волны чаще всего генерируются с помощью механического образования, базирующегося на принципах баллистики. Сжатый воздух придает ускорение снаряду, который толкает аппликатор, размещенный на коже, придавая ему большую кинетическую энергию. Главная особенность аппарата, использующего такой принцип, заключается в том, что увеличение крутизны волны происходит намного медленнее по сравнению с приборами, фокусирующими ударную волну, поэтому фокусирующие технологии применяют в лечении глубоких слоев тканей (например, для дробления камней в почках и др.).

Другой метод образования ударных волн – использование электромагнитных токов. В тонкой медной фольге под воздействием электромагнитных токов происходит взрывоподобная деформация. При этом столбик связанной воды смещается пропорционально давлению. Генерированный таким образом импульс давления связывается и передается другой среде.

Различные дополнительные приспособления, такие как акустические отсекающие линзы, способны фокусировать волны давления на заданном расстоянии и передавать их в более глубокие участки тела, а акустические рефлекторы – корректировать точность фокусировки.

Электропневматический принцип – наиболее старый метод генерирования ударных волн, в соответствии с которым запальная свеча располагается в первичном фокусе. Высокие температуры во время искрового разряда заставляют окружающую жидкость испаряться с образованием плазменных пузырьков. Радиальные ударные волны из первичного фокуса благодаря овальному акустическому зеркалу собираются во вторичный фокус. Передача ударных волн в заданные участки обеспечивается с помощью соответствующих связывающих сред. Один из недостатков этого процесса заключается в нестабильности ударной волны, необходимости частой замены дорогостоящих электродов.

Пьезоэлектрический принцип. Небольшой импульс давления, создаваемый локальными электрическими импульсами отдельных пьезокристаллов, испускается в центр шаровидной чашки. Поскольку кристаллы располагаются в продольно разрезанной трубке, волны давления собираются в один фокус.

Электромагнитные колебания и волны.

 

12 Электрическое поле. Характеристики электрического поля: напряженность, разность потенциалов. Силовые линии электрического поля.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Характеристики электрического поля:

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Е(вектор)=F(вектор)/q

Разность потенциалов равна работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. В СИ измеряется в вольтах. Разность потенциалов электрического поля Земли между двумя уровнями, отстоящими друг от друга на величину роста человека, > 200 В. Однако человек не чувствует этой разности потенциалов и его не поражает током, поскольку он является хорошим проводником и как любой проводник искажает электрическое поле так, что все точки его поверхности находятся под одинаковым потенциалом.

Силовые линии электрического поля

Электрическое поле наглядно изображается с помощью силовых линий. Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. Силовые линии проводятся с такой густотой, чтобы число линий, пронизывающих воображаемую площадку 1м2, перпендикулярную полю, равнялось величине напряженности поля в данном месте. Тогда по изображению электрического поля можно судить не только о направлении, но и о величине напряженности поля. Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках напряженность Е одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

При положительном заряде, образующем поле, вектор напряженности направлен вдоль радиуса от заряда, при отрицательном - вдоль радиуса по направлению к заряду. Исходя из положительного заряда (или входя в отрицательный заряд) силовые линии теоретически простираются до бесконечности.

13Магнитное поле. Характеристики магнитного поля: индукция, поток индукции. Линии магнитного поля.

Магнитное поле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Характеристики магнитного поля:

Магнитная индукция— векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силойF(вектор) магнитное поле действует на зарядq, движущийся со скоростьюv(вектор).

Также магнитная индукция может быть определена как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

В системе СИ магнитная индукция поля измеряется в гауссах (Гс), в системе СИ — в теслах (Тл)

1 Тл = 104 Гс

Поток магнитной индукции

Поток Ф вектора магнитной индукции В через поверхность. Магнитный поток dФ через малую площадку dS, в пределах которой вектор В можно считать неизменным, выражается произведением величины площадки и проекции Bn вектора на нормаль к этой площадке, т. е. dФ=BndS. Магнитный поток Ф через конечную поверхность S определяется интегралом: Ф=SBndS.

Для замкнутой поверхности этот интеграл равен нулю, что отражает соленоидальный характер магнитного поля, т. е. отсутствие в природе магнитных зарядов — источников магнитные поля (магнитные поля создаются электрическими токами). Единица магнитного потока в Международной системе единиц (СИ) — вебер, в СГС системе единиц — максвелл; 1 Вб=108 Мкс.

Силовые линии магнитного поля

Силовыми линиями магнитного поля называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции.

Силовые линии магнитного поля не пересекаются.

Силовые линии магнитного поля не имеют изломов.

По определению направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением магнитной стрелки.

14Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Электромагнитная волна. Скорость электромагнитных волн.

Вместе, магнитное и электрическое поляобразуютэлектромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Электромагнитное поле— фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты.

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны)— электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Электромагнитное излучение подразделяется на

-радиоволны (начиная со сверхдлинных),

-инфракрасное излучение,

-видимый свет,

-ультрафиолетовое излучение,

-рентгеновское излучение и жёсткое ( гамма- излучение )

Скорость электромагнитных волнравна: n = 1/v(ee_omm_o)=с/v(em), где e_oиm_o— электрическая и магнитная постоянные, e и m — электрическая и магнитная проницаемость среды. В вакууме эта скорость равна скорости света, так как e= 1 и m= 1. В веществе скорость распространения электромагнитных волн всегда меньше, чем в вакууме.

В вакууме скорость электромагнитной волны равна скорости света: с = 299792458±1, 2 м/с.

Уравне́ ния Ма́ ксвелла — система уравнений в дифференциальной или интегральной форме, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.

(Девочки, это сложное уравнение, не думаю что это нужно полностью, этого достаточно, так как это система уравнений с интегралами )

15Шкала электромагнитных волн. Классификация частотных интервалов, принятая в медицине.

Длины электромагнитных волн, которые могут быть зарегистрированы приборами, лежат в очень широком диапазоне. Все эти волны обладают общими свойствами: поглощение, отражение, интерференция, дифракция, дисперсия. Свойства эти могут, однако, проявляться по-разному. Различными являются источники и приемники волн.

Радиоволны

ν =105- 1011 Гц, λ =10-3-103 м.

Свойства. Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами. Применение Радиосвязь, телевидение, радиолокация. В природе радиоволны излучаются различными внеземными источниками (ядра галактик, квазары).

Инфракрасное излучение (тепловое)

ν =3-1011- 4.1014 Гц, λ =8.10-7 - 2.10-3 м.

Излучается атомами и молекулами вещества.

Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре.

Применение. Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.

Видимое излучение

 

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):

Свойства. Воздействует на глаз.

Ультрафиолетовое излучение

 

Свойства. Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.

Рентгеновские лучи

12345678Следующая ⇒

Поделиться: