Материал: kompendium_po_fizike
131
для
цепи
переменного
тока
.
Разность
фаз
между
приложенным
напряжением
U
и
током
I
определяется
углом
y
между
векторами
U
и
U
R
.
Аналогично
можно
построить
и
треугольник
сопротивлений
.
В
нём
2
2
1
c
L
R
Z
.
Из
треугольника
имеем
R
L
R
X
X
tg
c
c
L
1
.
Путем
аналогичных
рассуждений
для
цепи
из
параллельно
включенных
активного
,
индуктивного
и
емкостного
сопротивлений
можно
получить
следующее
соотношение
:
.
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
c
L
R
X
X
R
Z
c
L
Резонанс
в
цепи
переменного
тока
Из
формулы
для
полного
сопротивления
"
Z
"
контура
,
в
котором
последовательно
включены
R,L
,
и
C
,
следует
,
что
чем
ближе
по
величине
X
L
и
X
c
(
то
есть
L
и
1
c
),
тем
меньше
полное
сопротивление
"
Z
"
и
,
следовательно
,
тем
больше
ток
в
цепи
при
том
же
приложенном
напряжении
"
U
".
При
X
L
= X
c
или
L =
1
c
полное
сопротивление
Z = R
и
ток
достигает
наибольшего
значения
,
обусловленного
только
активным
сопротивлением
рез
Б
A
I
m
Рисунок
55.
Увеличение
амплитуды
колебаний
при
резонансной
частоте
132
цепи
:
R
U
I
рез
.
Это
явление
называют
электрическим
резонансом
.
Условие
резонанса
может
быть
обеспечено
путем
подбора
соответствующих
L
и
C
при
заданной
частоте
или
,
наоборот
,
при
заданных
L
и
C
путем
соответствующей
частоты
"
",
которая
называется
резонансной
(
или
собственной
)
частотой
электрической
цепи
.
Из
условия
1
рез
рез
L
следует
2
1
рез
LC
и
1
рез
LC
,
соответственно
,
1
2
рез
LC
.
На
рисунке
55
приведен
график
резонансной
кривой
,
показывающей
характер
изменения
тока
при
изменении
частоты
питающего
напряжения
вблизи
резонансной
частоты
.
Чем
меньше
активное
сопротивление
R
цепи
,
тем
острее
резонанс
(
кривая
А
при
малом
R
,
кривая
Б
при
значительном
R
).
Резонанс
в
последовательной
цепи
называют
резонансом
напряжений
,
так
как
при
этом
происходит
взаимная
компенсация
напряжений
U
L
и
U
c
,
каждое
из
которых
порознь
может
значительно
превышать
по
величине
приложенное
напряжение
"
U
"
к
цепи
.
Резонанс
может
иметь
место
также
в
цепи
из
параллельно
включенных
активного
,
индуктивного
и
емкостного
сопротивлений
,
к
которой
приложено
переменное
напряжение
"
U
".
Это
явление
называется
резонансом
токов
и
представляет
особый
интерес
,
так
как
имеет
место
в
генераторе
электрических
колебаний
.
133
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ
БИОЛОГИЧЕСКИХ
ТКАНЕЙ
ДЛЯ
ПОСТОЯННОГО
И
ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
.
ФИЗИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
РЕОГРАФИИ
1.
Электропроводность
электролитов
Электролитом
называют
раствор
или
расплав
,
способный
к
проведению
электрического
тока
.
Как
известно
,
для
того
,
чтобы
в
однородной
среде
существовал
электрический
ток
,
необходимо
выполнение
двух
условий
:
а
)
наличие
свободных
носителей
зарядов
;
б
)
наличие
разности
потенциалов
.
В
электролитах
носителями
зарядов
являются
ионы
,
образующиеся
в
результате
электролитической
диссоциации
–
произвольного
распада
молекул
растворенного
вещества
в
растворителе
с
образованием
пар
ионов
.
Электропроводность
электролитов
обеспечивается
движением
ионов
(
образованных
в
результате
электролитической
диссоциации
)
под
действием
внешнего
приложенного
напряжения
.
Величина
удельной
электропроводности
электролита
может
быть
вычислена
по
формуле
:
)
(
b
b
qn
,
где
–
коэффициент
диссоциации
раствора
,
q
–
заряд
,
переносимый
ионом
,
n
–
концентрация
раствора
,
b
и
b
–
подвижности
положительных
и
отрицательных
ионов
,
соответственно
.
2.
Первичное
действие
постоянного
тока
на
ткани
организма
.
Гальванизация
.
Лекарственный
электрофорез
При
пропускании
постоянного
тока
через
живые
ткани
было
установлено
,
что
сила
тока
не
остается
постоянной
,
а
уменьшается
,
хотя
прикладываемое
напряжение
не
изменяется
.
Сила
тока
уменьшается
до
некоторого
значения
,
после
чего
устанавливается
на
постоянном
уровне
.
Уменьшение
тока
во
времени
обусловлено
явлениями
поляризации
,
проходящими
в
ткани
.
При
прохождении
тока
через
биологическую
систему
в
ней
возникает
ЭДС
поляризации
P
,
134
направленная
противоположно
внешней
,
что
и
приводит
к
уменьшению
тока
.
Тогда
закон
Ома
запишется
в
виде
:
R
t
P
U
I
)
(
Вещества
обладают
свободными
и
связанными
зарядами
.
Свободные
заряды
(
электроны
и
ионы
)
будут
перемещаться
под
действием
поля
от
одного
электрода
к
другому
,
создавая
ток
проводимости
.
В
клетках
свободные
ионы
будут
перемещаться
только
от
одной
мембраны
к
другой
(
в
пределах
самой
клетки
).
Поляризация
–
процесс
перемещения
связанных
зарядов
под
действием
электрического
поля
и
образование
электродвижущей
силы
,
направленной
против
внешнего
поля
.
Виды
поляризации
:
Электронная
поляризация
–
смещение
ионов
на
своих
орбитах
относительно
положительно
заряженных
ядер
в
атомах
и
ионах
.
Ионная
поляризация
–
смещение
иона
относительно
кристаллической
решетки
.
Дипольная
поляризация
–
переориентация
свободных
полярных
молекул
.
Такая
поляризация
имеет
большое
значение
в
веществах
,
обладающих
большим
дипольным
моментом
(
в
воде
,
спиртах
).
Макроструктурная
поляризация
возникает
в
результате
перемещения
ионов
электролита
в
пределах
отдельных
проводящих
слоев
(
например
,
внутри
клетки
).
В
результате
этого
процесса
возникают
образования
,
обладающие
гигантским
дипольным
моментом
,
направленным
также
против
внешнего
поля
.
Первичное
действие
постоянного
тока
на
биологические
ткани
обусловлено
явлениями
поляризации
.
При
этом
в
тканях
возникают
структурные
перестройки
,
которые
изменяют
течение
локальных
биохимических
процессов
и
формируют
ответ
на
воздействие
током
на
органном
и
организменном
уровне
,
который
в
некоторых
случаях
проявляется
в
достижении
положительного
терапевтического
эффекта
.
Гальванизация
–
терапевтический
метод
воздействия
на
тело
человека
постоянным
током
напряжением
до
80
В
и
силой
тока
до
50
мА
.
Между
электродом
и
кожей
помещают
гидрофильные
135
прокладки
,
снижающие
сопротивление
кожи
и
устраняющие
прижигающее
действие
тока
под
сухими
электродами
.
Применение
данного
метода
повышает
или
снижает
функции
тканей
,
оказывает
болеутоляющий
эффект
,
улучшает
периферическое
кровообращение
,
восстанавливает
пораженные
ткани
,
в
том
числе
и
нервы
.
Ток
,
раздражая
множество
нервных
окончаний
,
вызывает
не
только
местную
,
но
и
более
или
менее
выраженную
общую
реакцию
,
стимулирует
регуляторную
функцию
нервной
системы
.
Лекарственный
электрофорез
–
метод
введения
лекарственных
веществ
через
кожу
или
слизистые
оболочки
с
помощью
постоянного
тока
.
Так
же
,
как
и
при
гальванизации
,
через
ткани
пропускают
постоянный
ток
,
небольшой
по
величине
,
только
на
электроды
наносят
раствор
лекарственного
вещества
.
Ионы
,
содержащиеся
в
этом
растворе
,
проникают
в
ткани
под
действием
приложенной
разности
потенциалов
.
Правильно
вводить
лекарство
с
того
полюса
(
электрода
),
зарядом
которого
оно
обладает
:
анионы
вводят
с
катода
,
катионы
с
анода
.
3.
Электропроводность
биотканей
для
переменного
тока
.
Зависимость
импеданса
биологических
объектов
от
частоты
электрического
тока
Для
описания
как
активных
,
так
и
реактивных
свойств
биологической
ткани
используется
показатель
импеданса
Z –
полного
сопротивления
ткани
:
Z
R iR
,
где
R –
активное
сопротивление
ткани
,
Х
–
реактивное
сопротивление
ткани
,
зависящее
от
ее
емкостных
свойств
;
1
i
–
мнимая
единица
.
Использование
мнимой
единицы
для
записи
величины
импеданса
позволяет
не
смешивать
при
расчетах
омические
и
емкостные
показатели
.
Кроме
величин
активной
и
реактивной
составляющих
импеданса
,
электрические
свойства
биологических
тканей
можно
описать
с
помощью
двух
других
показателей
–
модуля
импеданса
2
2
Z
R
X
и
фазы
импеданса
:
X
arctg
R
.