Удельное сопротивление биологических тканей и жидкостей при постоянном токе
Прохождение тока через ткани организма.
Органические вещества (белки, жиры, углеводы и др.), из которых состоят плотные ткани организма, являются диэлектриками. Но все ткани и клетки в организме содержат жидкости или омываются ими (кровь, лимфа, различные тканевые жидкости). В состав этих жидкостей кроме органических коллоидов входят также растворы электролитов и поэтому они являются довольно хорошими проводниками.
Наилучшую электропроводимость (L =) имеют спинномозговая жидкость, сыворотка крови, несколько меньшую - цельная кровь и мышечная ткань. Значительно меньше электропроводимость тканей внутренних органов, а также мозговой (нервной), жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками, то есть диэлектриками, являются роговой слой кожи, связки и сухожилия и особенно костная ткань без надкостницы.
Электропроводимость отдельных участков организма, находящихся между электродами, наложенными непосредственно на поверхность тела, существенно зависит от сопротивления кожи и подкожных слоев.
Для электролитов плотность тока j отдельно для положительных и отрицательных ионов равна:
j = qN = qnV = qnS¢ u = qnu
j+ = qn+ u+ и j- = qn-u-
где - их концентрация, V = S × u, а S = 1;
q - заряд, u - скорость направленного движения ионов.
Суммарная плотность тока:
j = j+ + j- = q (n+ u+ + n- u-). (1)
Если предположить, что каждая молекула диссоциирует на два иона, то концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова:
n+ = n- = a n, (2)
где a - коэффициент диссоциации,
n - концентрация молекул электролита.
Направленное движение ионов в электрическом поле можно приближенно считать равномерным, при этом сила, действующая на ион со стороны электрического поля F = qE, равна силе трения, которую полагаем пропорциональной скорости Fтр = r u :
qE = r u,
откуда, заменяя , получаем
u = bE; (3)
коэффициент пропорциональности “b” называют подвижностью ионов, он численно равен скорости направленного движения иона в поле с напряженностью, равной единице.
Для ионов разных знаков из (1) соответственно имеем:
u+ = b+ E и u- = b- E.
Подставляя (2) и (3) в (1), находим:
j = nqa(b+ + b-) E. (4)
Представим электролит в виде прямоугольного параллелепипеда с гранями электродами площадью S, расположенными на расстоянии “l”. Преобразуем (4), заменив и умножив обе части на S:
. (5)
Так как I = jS; то (5) соответствует закону Ома для участка цепи без источника тока:
, где
(6)
- сопротивление электролита.