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





.