ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

 

Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора.

Плотность энергии эл. поля конденсатора:

 

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, ЕГО ВИДЫ. УСЛОВИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

Электрический ток

 

В первую очередь, стоит выяснить, что представляет собой электрический ток. Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое поле, под действием которого вышеупомянутые заряженные частицы придут в движение.

 

Первые сведения об электричестве, появившиеся много столетий назад, относились к электрическим «зарядам», полученным посредством трения. Уже в глубокой древности люди знали, что янтарь, потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Но только в конце XVI века английский врач Джильберт подробно исследовал это явление и выяснил, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тела, способные, подобно янтарю, после натирания притягивать легкие предметы, он назвал наэлектризованными. Это слово образовано от греческого электрон — «янтарь». В настоящее время мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами тела называются «заряженными».

 

Электрические заряды всегда возникают при тесном контакте различных веществ. Если тела твердые, то их тесному соприкосновению препятствуют микроскопические выступы и неровности, которые имеются на их поверхности. Сдавливая такие тела и притирая их друг к другу, мы сближаем их поверхности, которые без нажима соприкасались бы только в нескольких точках. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае тела называют «проводники», а во втором — «диэлектрики, или изоляторы». Проводниками являются все металлы, водные растворы солей и кислот и др. Примерами изоляторов могут служить янтарь, кварц, эбонит и все газы, находящиеся в нормальных условиях.

 

Тем не менее нужно отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрические заряды бывают положительными и отрицательными. Такого рода ток просуществует недолго, потому что в наэлектризованном теле кончится заряд. Для продолжительного существования электрического тока в проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей используются источники электротока. Самый простой случай возникновения электрического тока — это когда один конец провода соединен с наэлектризованным телом, а другой — с землей.

 

Электрические цепи, подводящие ток к осветительным лампочкам и электромоторам, появились лишь после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого развитие учения об электричестве пошло так быстро, что менее чем за столетие оно стало не просто частью физики, но легло в основу новой электрической цивилизации.

Основные величины электрического тока

 

Количество электричества и сила тока. Действия электрического тока могут быть сильными или слабыми. Сила действия электрического тока зависит от величины заряда, который протекает по цепи за определенную единицу времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к другому, тем больше общий заряд, перенесенный электронами. Такой общий заряд называется количество электричества, проходящее сквозь проводник.

 

От количества электричества зависит, в частности, химическое действие электрического тока, т. е. чем больший заряд прошел через раствор электролита, тем больше вещества осядет на катоде и аноде. В связи с этим количество электричества можно подсчитать, взвесив массу отложившегося на электроде вещества и зная массу и заряд одного иона этого вещества.

 

Силой тока называется величина, которая равна отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к времени его протекания. Единицей измерения заряда является кулон (Кл), время измеряется в секундах (с). В этом случае единица силы тока выражается в Кл/с. Такую единицу называют ампером (А). Для того чтобы измерить силу тока в цепи, применяют электроизмерительный прибор, называемый амперметром. Для включения в цепь амперметр снабжен двумя клеммами. В цепь его включают последовательно.

 

Электрическое напряжение. Мы уже знаем, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц — электронов. Это движение создается при помощи электрического поля, которое совершает при этом определенную работу. Это явление называется работой электрического тока. Для того чтобы переместить больший заряд по электрической цепи за 1 с, электрическое поле должно выполнить большую работу. Исходя из этого, выясняется, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но существует и еще одно значение, от которого зависит работа тока. Эту величину называют напряжением.

 

Напряжение — это отношение работы тока на определенном участке электрической цепи к заряду, протекающему по этому же участку цепи. Работа тока измеряется в джоулях (Дж), заряд — в кулонах (Кл). В связи с этим единицей измерения напряжения станет 1 Дж/Кл. Данную единицу назвали вольтом (В).

 

Для того чтобы в электрической цепи возникло напряжение, нужен источник тока. При разомкнутой цепи напряжение имеется только на клеммах источника тока. Если этот источник тока включить в цепь, напряжение возникнет и на отдельных участках цепи. В связи с этим появится и ток в цепи. То есть коротко можно сказать следующее: если в цепи нет напряжения, нет и тока. Для того чтобы измерить напряжение, применяют электроизмерительный прибор, называемый вольтметром. Своим внешним видом он напоминает ранее упоминавшийся амперметр, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра стоит буква V (вместо А на амперметре). Вольтметр имеет две клеммы, с помощью которых он параллельно включается в электрическую цепь.

 

Электрическое сопротивление. После подключения в электрическую цепь всевозможных проводников и амперметра можно заметить, что при использовании разных проводников амперметр выдает разные показания, т. е. в этом случае сила тока, имеющаяся в электрической цепи, разная. Это явление можно объяснить тем, что разные проводники имеют разное электрическое сопротивление, которое представляет собой физическую величину. В честь немецкого физика ее назвали Омом. Как правило, в физике применяются более крупные единицы: килоом, мегаом и пр. Сопротивление проводника обычно обозначается буквой R, длина проводника — L, площадь поперечного сечения — S. В этом случае можно сопротивление записать в виде формулы:

 

R = р * L/S

 

где коэффициент р называется удельным сопротивлением. Данный коэффициент выражает сопротивление проводника длиною в 1 м при площади поперечного сечения, равной 1 м2. Удельное сопротивление выражается в Ом х м. Поскольку провода, как правило, имеют довольно малое сечение, то обычно их площади выражают в квадратных миллиметрах. В этом случае единицей удельного сопротивления станет Ом х мм2/м. В нижеприведенной табл. 1 показаны удельные сопротивления некоторых материалов.

Электрическая емкость. Мы уже знаем, что два изолированных друг от друга проводника могут накапливать электрические заряды. Это явление характеризуется физической величиной, которую назвали электрической емкостью. Электрическая емкость двух проводников — не что иное, как отношение заряда одного из них к разности потенциалов между этим проводником и соседним. Чем меньше будет напряжение при получении заряда проводниками, тем больше их емкость. За единицу электрической емкости принимают фарад (Ф). На практике используются доли данной единицы: микрофарад (мкФ) и пикофарад (пФ).

 

 

1. ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ПАРАМЕТРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК

 

Электрический ток представляет собой направленное движение электрически заряженных частиц (электронов, ионов). Он может быть различным по направлению, напряжению и силе. Электрический ток, не меняющий своего направления, называют постоянным током (рис. 4).

Рис. 4. Графическое изображение разновидностей электрического тока:

 

а — гальванический; б — импульсный экспоненциальный; в — импульсный полусинусоидальный; г — импульсный прямоугольный; д — импульсный треугольный; с — переменный

 

Из методов, основанных на использовании постоянного непрерывного тока, наиболее известны гальванизация и лекарственный электрофорез.

 

ГАЛЬВАНИЗАЦИЯ

 

Гальванизация — воздействие на организм постоянным непрерывным электрическим током малой силы (до 50 мА) и низкого напряжения (30—80 В) через контактно наложенные на тело больного электроды. Такой ток в честь известного итальянского ученого Луиджи Гальвани принято называть гальваническим.

Физико-химические основы действия

постоянного тока

 

Неповрежденная кожа человека обладает высоким омическим сопротивлением, поэтому в организм ток проникает в основном через выводные протоки потовых и сальных желез, межклеточные щели. Поскольку их общая площадь не превышает 1/200 части поверхности кожи, то на преодоление эпидермиса, обладающего наибольшим электросопротивлением, тратится основная часть энергии тока. Поэтому здесь развиваются наиболее выраженные первичные (физико-химические) реакции на воздействие постоянным током, сильнее проявляется раздражение нервных рецепторов. Преодолев сопротивление эпидермиса и подкожной жировой ткани, ток дальше распространяется по пути наименьшего сопротивления, преимущественно по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам, оболочкам нервов и мышцам, значительно отклоняясь от прямой, которой можно условно соединить два электрода.

 

Наиболее существенным физико-химическим процессом, обусловленным природой фактора и играющим важную роль в механизме действия постоянного тока, считается изменение ионной конъюнктуры, количественного и качественного соотношения ионов в тканях. В поле постоянного тока положительно заряженные ионы (катионы) двигаются к катоду (отрицательному электроду), а отрицательно заряженные ионы (анионы) к аноду (положительному электроду). В связи с различиями физико-химических свойств (заряд, радиус, гидратация и др.) ионов скорость их перемещения в тканях будет неодинакова. В результате этого после гальванизации в тканях организма возникает ионная асимметрия, сказывающаяся на жизнедеятельности клеток, скорости протекания в них биофизических, биохимических и электрофизиологических процессов. Наиболее характерным проявлением ионной асимметрии является относительное преобладание у катода одновалентных катионов, а у анода — двухвалентных катионов. Именно с этим явлением связывают общеизвестное раздражающее (возбуждающее) действие катода и, наоборот, успокаивающее (тормозное) — анода.

 

При гальванизации наблюдается увеличение активности ионов в тканях. Это обусловлено переходом части ионов из связанного с полиэлектролитами в свободное состояние. Данный процесс способствует повышению физиологической активности тканей и рассматривается как один из механизмов стимулирующего действия гальванизации.

 

Существенную роль среди первичных механизмов действия постоянного тока играет явление электрической поляризации — скопление у мембран противоположно заряженных ионов с образованием электродвижущей силы, имеющей направление, обратное приложенному напряжению. Поляризация приводит к изменению дисперсности коллоидов протоплазмы, гидратации клеток, проницаемости мембран, влияет на процессы диффузии и осмоса. Поляризация затухает в течение нескольких часов и определяет последействие фактора.

 

Одним из физико-химических эффектов при гальванизации считается изменение кислотно-основного состояния в тканях вследствие перемещения положительных ионов водорода к катоду, а отрицательных гидроксильныхионов к аноду. Это отражается на деятельности ферментов и тканевом дыхании, состоянии биоколлоидов, служит источником раздражения кожных рецепторов.

 

Наряду с движением ионов при гальванизации происходит движение жидкости (воды) в направлении катода (электроосмос). Вследствие этого под катодом наблюдается отек иразрых-ление, а в области анода — сморщивание и уплотнение тканей, что следует учитывать, особенно при лечении воспалительных процессов. Названные и другие физико-химические эффекты гальванического тока определяют его физиологическое и терапевтическое действие.

 

Физиологическое и лечебное действие

постоянного тока

 

В организме под действием постоянного тока возникают разнообразные реакции местного, сегментарного или генерализованного характера. Они зависят от параметров воздействия, исходного функционального состояния организма и расположения электродов.

 

Местные изменения возникают преимущественно в коже. В зоне воздействия отмечается гиперемия, более выраженная в области катода, что способствует улучшению обмена веществ и усилению процессов репарации, оказывает рассасывающее действие. Кроме того, под катодом увеличивается содержание гистамина, ацетилхолина, адреналина, гепарина, натрия, калия, снижается активность холинэстеразы и содержание хлора, что повышает активность тканей (катэлектротон). Под анодом происходят противоположные сдвиги и возбудимость тканей, наоборот, снижается (анэлектротон).

 

Перераспределение ионов, накопление продуктов электролиза, образование биологически активных веществ, а также непосредственное действие тока на нервные окончания и рецепторы ведут к возникновению нервной афферентной импульсации. При малоинтенсивных воздействиях в рефлекторную ответную реакцию вовлекаются органы и системы, принадлежащие к тому же сегменту спинного мозга, что и раздражаемая кожная поверхность.

 

Интенсивное раздражение, воздействие на большие рецепторные зоны, а также проведение гальванизации с расположением электродов на голове приводят к возникновению афферентной импульсации, достигающей центральной нервной системы — лимбико-ретикулярного комплекса и коры головного мозга. В результате афферентации изменяется их функциональное состояние, активируются внутрикорковые индукционные отношения и ряд других процессов. Это проявляется усилением регуляторной и трофической функции нервной системы, улучшением кровоснабжения и обмена веществ в мозге, ускорением регенерации поврежденных нервных структур.

 

В ответной реакции организма на гальванизацию важная роль принадлежит эндокринной системе. Терапевтические дозировки тока стимулируют функцию надпочечников, гипофиза, щитовидной железы, причем максимальные сдвиги отмечаются при расположении электродов в области их накожной проекции.

 

Изменение функционального состояния ЦНС и возникновение нового уровня функционирования эндокринной системы, происходящие при гальванизации, оказывают нормализующее действие на состояние внутренних органов и обмен веществ. Так, при использовании тока по общим или сетаентарно-реф-лекторным методикам наблюдаются снижение повышенного артериального давления, улучшение кровообращения и лимфо-оттока, усиление секреторной и моторной функции желудка и кишечника, бронхолитический эффект и стимуляция деятельности мерцательного эпителия, улучшение функций печени и почек. В тканях увеличивается содержание АТФ и напряжение кислорода, активируются процессы окислительного фосфорилирования, уменьшается содержание в крови холестерина и др. Под влиянием постоянного тока возрастает фагоцитарная активность лейкоцитов, стимулируется ретикулоэндотелиальная система, повышается активность гуморальных факторов неспецифического иммунитета, усиливается выработка антител. Нормализующее и стимулирующее действие гальванизации наиболее отчетливо проявляется при функциональных расстройствах и использовании небольших терапевтических дозировок тока (0, 03—0, 05 мА/см2).

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: