ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ. СИЛОВА ТА ЕНЕРГЕТИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛЯ
Завдання для самостійної роботи
План лекції
Фізичні та біофізичні основи реографії
Тема: Поняття про електрокардіографію органів і тканин.
Лекція №6
Мета: знати
- характеризувати поле, створене електричним диполем;
- механізм електричної активності органів і тканин під час їх функціонування (на прикладі серцевого м'яза);
- на яких фізичних засадах грунтується електрокардіографія;
- визначення електрокардіограми,її елементи та основні ознаки, за якими здійснюють діагностику;
- основні критерії, які визначають нормальний синусів ритм, тривалість внутрішнього відхилення;
- стандартні відведення та їх графічне зображення;
- суть реографії.
1. Фізичні та біофізичні основи електрокардіографії.
2. Перша концепція Ейнтговена про генез (серце - електричний диполь, потенціал електричного поля, система відведень).
3. Закон Ома в диференційній формі, електропровідність біологічних тканин.
4. Друга концепція ЕКГ (серце - електродиполь, потенціал струмового диполя).
5. Ланцюги змінного струму, що містять активний, ємнісний та індуктивний опори. Векторні діаграми та імпеданс.
6. Коефіцієнт дисперсії імпедансу.
1. Фізичні та біофізичні основи електрокардіографії.
2. Електропровідність біологічних тканин.
3. Фізичні та біофізичні основи реографії.
4. Зв'язок деформації кровоносних судин із зміною їх електичного опору.
5. Ємнісні властивості та еквівалентні електричні схеми біологічних тканин.
Запитання для самоконтролю
1. Що називається електрограмою?
2. У чому суть теорії Ейнтговена?
3. Що називається електрокардіограмою?
4. Що називають відведенням? Назвати стандартні відведення та полярність.
5. Яку інформацію можна отримати за допомогою реограми?
Література
1. Л.Ф.Ємчик, Я.М.Кміт «Медична та біологічна фізика», Л. «Світ»,2003, розділ IX §9.1 -§9.7, розділ VIII ст..232-233
2. А.Ф. Шевченко «Основи біологічної фізики», К, «Медицина», 2008, §59
Зміст лекції
Простір, у якому перебуває електричний заряд, має певні фізичні властивості. Заряд, розміщений у цьому просторі, зазнає дії електростатичних сил (кулонівських). Поля, створені нерухомими зарядами, називаються електростатичними.
Результати експериментів свідчать, що сила, яка діє на пробний заряд, розміщений у певній точці електростатичного поля, за інших однакових умов пропорційна величині заряду.
Для характеристики електричного поля вводять фізичну величину, чисельно рівну силі, з якою поле діє на одиничний додатний заряд, розміщений у певній точці. Її напрям збігається з напрямом сили. Ця величина називається напруженістю поля і визначається так:
Е = .
Одиницею напруженості є [Е] = Н/кл = В/м. Якщо поле створене точковим зарядом, то його напруженість визначають так:
Е =
Завдання електростатики полягає у визначенні за заданим розподілом у просторі та величиною джерел поля величини і напряму напруженості в кожній точці поля.
Якщо поле створене системою нерухомих точкових зарядів, то напруженість електричного поля дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створених кожним із цих зарядів зокрема, тобто результуюче поле є результатом накладання (суперпозиції) полів окремих зарядів: Е - Е1 + Е2 +... + Еп. Отриманий результат називають принципом суперпозиції полів.
Графічно електричне поле можна зобразити силовими лініями (лініями напруженості). Силовими лініями називають криві, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямом вектора напруженості поля. Прийнято вважати, що силові лінії починаються на позитивних зарядах, а закінчуються на негативних (рис. 1)
Рис.1. Зрізи електростатичних полів різнойменних (а) та однойменних (б) зарядів
Сила, що діє на заряд в електростатичному полі, спричиняє його рух. Робота, яку виконують сили електричного поля, переміщаючи заряд, залежить від його величини і від початкового та кінцевого положень у полі. Отже, вона дорівнює зменшенню потенціальної енергії цього заряду:
Потенціальна енергія заряду д у полі системи точкових зарядів q1,q2,...,qп дорівнює сумі потенціальних енергій у полях кожного із зарядів:
Потенціалом електростатичного поля називають енергетичну характеристику поля, що дорівнює відношенню потенціальної енергіїWп заряду q до його величини:
ϕ =
Робота, виконана електричними силами при переміщенні заряду з однієї точки електростатичного поля в іншу, дорівнює:
А = q(ϕ1-ϕ2) =q∆ϕ
Між напруженістю поля і його потенціалом існує зв'язок, який можна виразити так:
E=-
Напруженість у будь-якій точці електростатичного поля дорівнює градієнтові потенціалу в цій точці, взятому з протилежним знаком:
E=-grad ϕ
Геометричне місце точок з однаковим потенціалом називається еквіпотенціальною поверхнею. Оскільки потенціал сталий лише вздовж кривих, перпендикулярних до силових ліній поля, то й еквіпотенціальні поверхні мають бути всюди перпендикулярними до силових ліній. Вочевидь, робота,, яка виконується під час переміщення електричного заряду по еквіпотенціальній поверхні, дорівнює нулеві. Графічно електростатичне поле можна зобразити не лише силовими лініями, а й еквіпотенціальними поверхнями.
Навколо кожної системи зарядів можна провести необмежену кількість еквіпотенціальних поверхонь (рис. 2).
Рис.2. Еквіпотенціальні поверхні поля точкового заряду (а) та зарядженого тіла довільної форми (б)
Зазвичай їх поводять так, щоб різниці потенціалів між будь-якими двома сусідніми еквіпотенціальними поверхнями були однаковими. За відомим розташуванням силових ліній можна побудувати еквіпотенціальні поверхні, та навпаки.
Потенціал поля, створеного системою зарядів у будь-якій точці поля, дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів. Створених у цій точці кожним із зарядів.
ϕ = ϕ1+ϕ2+ϕ3+…+ ϕn.