Загрузка...Тепловой эффект при переменном токе
Раздел 5. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФАКТОРОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ
66. Поляризацией вещества в электрическом поле называют явление, обусловленное упорядочением в этом веществе связанных электрических зарядов, которые ориентируются так,
1). что образуемое ими дополнительное электрическое поле направлено в сторону, противоположную внешнему полю*
2). что образуемое ими дополнительное электрическое поле направлено в туже сторону, что и внешнее поле
3). их положительные и отрицательные заряды чередуются
4). их положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются.
67. Наличие макроструктурной поляризации объясняется тем, что под действием внешнего электрического поля
1). движутся только ионы внутриклеточной жидкости
2). движение ионов ограничивается избирательной проницаемостью мембран*
3). движутся только ионы межклеточной жидкости
4). движение ионов ускоряется за счет проницаемости мембран.
68. Электрический ток представляет собой
1). колебательное движение заряженных частиц под действием электрического поля
2). направленное движение заряженных частиц под действием магнитного поля
3). направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля*
4). упорядоченное движение заряженных частиц под действием электрического поля.
69. Прохождение постоянного электрического тока по биологическим тканям сопровождается
1). движением свободных ионов и поляризацией диэлектриков*
2). перераспределением свободных ионов и поляризацией диэлектриков
3). перераспределением биологических жидкостей и поляризацией диэлектриков
4). перераспределением свободных ионов и поляризацией проводников.
70. Порогом ощутимого тока называют
1). наименьшую силу тока, при которой человек не может самостоятельно разжать руку
2). наименьшую силу тока, которая возбуждает мышцы
3). наименьшую силу тока, раздражающее действие которой ощущает человек*
4). наибольшую силу тока, действие которой ощущает человек
71. Порогом неотпускающего тока называют
5). наименьшую силу тока, при которой человек не может самостоятельно разжать руку*
6). наименьшую силу тока, которая возбуждает мышцы
7). наименьшую силу тока, раздражающее действие которой ощущает человек
8). наибольшую силу тока, действие которой ощущает человек
72. При наложении электродов на поверхность кожи ощущается жжение, т.к.
1). при прохождении электрического тока электроды нагреваются
2). при прохождении электрического тока возникает магнитное поле
3). в результате вторичных реакций на электродах образуются такие вещества, как НCI и NaOH*
4). в результате вторичных реакций на электродах образуются такие вещества, как NaCI и H2О.
73. Гальванизацией называют метод лечения слабым постоянным током, который вызывает
1). нагревание внутренних органов
2). изменение обменных и функциональных свойств внутренних органов*
3). раздражение клеток внутренних органов
4). проникновение лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки. внешнего электрического поля.
74. Тепловой эффект при гальванизации ничтожен, т.к.
1). при терапевтических воздействиях применяют токи малой плотности*
2). биологические ткани не нагреваются
3). между электродом и поверхностью кожи накладывается влажная прокладка
4). биологическая ткань имеет малое сопротивление постоянному току.
75. Лечебный электрофорез — метод терапевтического воздействия, основанный на
1). введении лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки под действием внешнего магнитного поля
2). введении лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки под действием внешнего электрического поля*
3). нагревании кожи и слизистых оболочек под действием внешнего электрического поля
4). введении лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки за счет поляризации биологических тканей.
76. Раздражение живой ткани происходит при действии
2). постоянного тока
3). переменного тока
4). импульсного тока.*
77. Закон Дюбуа – Раймона: раздражающее действие тока обусловлено
1). скоростью перемещения ионов тканевых электролитов
2). скоростью поляризации дипольных молекул тканевых электролитов
3). ускорением при перемещении ионов тканевых электролитов*
4). ускорением при перемещении молекул тканей-диэлектриков.
78. С чем связано первичное действие постоянного тока на ткани организма при гальванизации?
1). с поляризацией полярных молекул воды
2). с выделением тепла при прохождении тока
3). с воздействием на нервные окончания
4). с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных участках тканей.*
79. Эквивалентная электрическая схема — это цепь, моделирующая изменение электрического сопротивления биологических тканей при прохождении переменного тока. Она состоит из
1). резисторов и конденсаторов, соединенных последовательно
2). резисторов и конденсаторов, соединенных параллельно
3). конденсатора и резистора в одной параллельной ветви и второго конденсатора в другой ветви
4). конденсатора и резистора в одной параллельной ветви и второго резистора в другой ветви.*
80. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление биологической ткани
4). становится равным нулю.
81. Полное электрическое сопротивление живых тканей переменному току (импеданс) определяется
1). емкостной и индуктивной составляющими
2). только активной компонентой (R)
3). емкостным и активным сопротивлениями.*
82. Каковы физические основы реографии?
1). регистрация изменений импеданса тканей в процессе сердечной деятельности*
2). спектральный анализ и регистрация шумов сердца
3). регистрация магнитного поля биотоков организма
4). измерение сопротивления тканей постоянному току.
83. Почему при частотах свыше 500 кГц переменный ток не оказывает раздражающего действия на ткани?
1). потому, что не удается получить большую плотность тока
2). потому, что при этом биологические ткани подобны диэлектрику и не пропускают электрический ток
3). потому, что при этом смещение ионов становится соизмеримым с их смещением за счет молекулярно-теплового движения*
4). потому, что при этом ток не проникает в клетки.
84. Интенсивность нагрева — это количество теплоты, выделяющейся
1). за единицу времени в организме человека
2). за единицу времени в единице объема ткани*
3). в единице массы ткани
4). за время нагрева биологической ткани.
85. Повышение внутренней энергии вещества, его нагрев происходит тем более интенсивно,
1). чем больше скорость колебательного движения частиц, т.е. чем больше амплитуда электромагнитного поля
2). чем меньше расход энергии на колебание электромагнитного поля
3). чем больше скорость колебательного движения частиц, т.е. чем больше частота электромагнитного поля*
4). чем меньше частота электромагнитного поля.
86. В чем суть диатермии?
1). прогревание тканей с помощью высокочастотного магнитного поля
2). прогревание тканей с помощью ультравысокочастотного электрического поля
3). прогревание тканей с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона
4). прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.*
87. Аппарат УВЧ-терапии является
1). усилителем гармонических колебаний
2). генераторным датчиком
3). генератором высокочастотных электромагнитных колебаний.*
88. В чем суть УВЧ-терапии?
1). прогревание тканей с помощью высокочастотного магнитного поля
2). прогревание тканей с помощью ультравысокочастотного электрического поля*
3). прогревание тканей с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона
4). прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.
89. В чем суть индуктотермии?
1). прогревание тканей с помощью высокочастотного магнитного поля*
2). прогревание тканей с помощью ультравысокочастотного электрического поля
3). прогревание тканей с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона
4). прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.
90. В чем суть метода микроволновой терапии?
1). прогревание тканей с помощью высокочастотного магнитного поля
2). прогревание тканей с помощью ультравысокочастотного электрического поля
3). прогревание тканей с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона*
4). прогревание тканей с помощью высокочастотного тока.
91. Вихревые токи, индуцированные в биологической ткани под действием высокочастотного электромагнитного поля
1). выделяют «джоулево» тепло и нагревают эти ткани*
2). раздражают клеточные мембраны и вызывает активизацию обменных процессов
3). изменяют направление ионных потоков через клеточные мембраны
4). создают собственное магнитное поле в этих тканях.
92. Глубина проникновения электромагнитного поля в ткани
1). не зависит от его частоты
2). зависит от частоты: чем больше частота, тем меньше проникающая способность электромагнитных волн
3). зависит от частоты, чем больше частота, тем больше проникающая способность электромагнитных волн*
4). не зависит от вида ткани.
93. В переменном электрическом поле УВЧ диапазона сильнее нагреваются
2). жировая ткань
4). биологические жидкости.
94. В высокочастотном магнитном поле сильнее нагреваются
2). жировая ткань
4). биологические жидкости.
95. Для диагностических целей ценную информацию дает метод ЯМР-томографии (магнитно-резонансная томография), основанный
1). на регистрации излучения разных участков тела человека при помещении его в магнитное поле
2). на послойном сканировании участков тела рентгеновскими лучами малой интенсивности
3). на регистрации резонансного поглощения электромагнитного излучения при послойном сканировании участков тела, помещенного в постоянное магнитное поле.*
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.007 с) .
Воздействие переменными (импульсными) токами
Параметры внешнего воздействия и характеристики тканей, определяющие тепловые эффекты при действии на организм ВЧ токов и полей.
Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. При низких, звуковых и ультразвуковых частотах (до 20 кГц) переменный ток, как и постоянный, вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов, их разделением, изменением их концентрации в разных частях клетки и межклеточного пространства.
При частотах приблизительно более 500 кГц смещение ионов становится соизмеримым с их смещением в результате молекулярно-теплового движения, поэтому ток или электромагнитная волна не будет вызывать раздражающего действия. Основным первичным эффектом в этом случае является тепловое воздействие.
Лечебное прогревание высокочастотными электромагнитными колебаниями обладает рядом преимуществ перед традиционной грелкой. Прогревание грелкой внутренних органов осуществляется за счёт теплопроводности наружных тканей – кожи и подкожножировой клетчатки.
Высокочастотное прогревание происходит за счёт образования теплоты во внутренних частях организма, т.е. его можно создать там, где нужно. Выделяемая теплота зависит от диэлектрической проницаемости тканей, их удельного сопротивления и частоты электромагнитных колебаний. Подбирая соответствующую частоту, можно осуществлять «термоселективное» воздействие, т.е. преимущественное образование теплоты в нужных тканях и органах.
Регулируя мощность генератора, можно управлять мощностью тепловыделения во внутренних органах, а при некоторых процедурах возможно и дозирование нагрева.
Кроме теплового эффекта электромагнитные колебания и волны при большой частоте вызывают и внутримолекулярные процессы, которые приводят к некоторым специфическим воздействиям.
Чтобы нагреть ткани нужно пропускать большой ток Q=I 2 Rt . Но постоянный и низкочастотный ток большой величины может привести к электролизу и разрушению ткани. Поэтому для нагревания токами используются токи высокой частоты.
Для сравнения: параметры внешнего воздействия при электростимуляции – частоты низкие 1-200 Гц , токи небольшие 1-50 мА (амплитуда больше порогового и меньше поражающего тока).
На малых частотах при достижении I поражающего в результате электростимуляции пациент гибнет. С увеличением частоты пороговый ток растёт, поэтому можно пропускать большие токи, а стимуляции нет (фибрилляции и остановки дыхания не будет).
ВЧ-терапия – это воздействие на организм ЭМ колебаниями и волнами в диапазоне частот 10 5 –10 11 Гц.
Эффекта воздействия два: тепловой (за счёт локального повышения температуры изменяется скорость и характер биохимических реакций); нетепловой (внутримолекулярные, физико-химические изменения).
Нагревание происходит за счёт выделения тепла в самих тканях. Термоселективность (тепло в определённых тканях) определяют частота и методика воздействия (током, полем, какая составляющая Е или В преобладает).
Удельное количество теплоты в единице объёма q=Q/Vt зависит от параметров воздействия и свойств ткани. q = f ( I, E, B, ν,……….. ……ρ, ε)
внешнее воздействие параметры ткани
Виды высокочастотных воздействий.
Воздействие ВЧ током (накладываются электроды).
Местная дарсонвализация – воздействие на участки тела слабым импульсным переменным током (10 мА) высокого напряжения (20 кВ) и средней частоты (100 кГц). Процедура не тепловая.
Ток подводится к пациенту с помощью стеклянного электрода. Второго электрода нет, цепь замкнута через тело пациента и окружающую среду на землю. Сопротивление сухой кожи и стекла велико, поэтому ток незначительный.
При плотном контакте электрода с кожей возникают разряды, вызывающие раздражение нервных волокон кожи, что приводит к изменению их возбудимости. Афферентная импульсация от нервных проводников поступает в задние рога спинного мозга и вызывает возбуждение двигательных и трофических волокон. Это приводит к рефлекторным реакциям внутренних органов и тканей, связанных с этим сегментом. Это расширение артериол и капилляров в области воздействия и усиление кровотока, что вызывает активацию метаболизма кожи. Так же повышается эластичность тургора кожи, стимулируется её секреторная и выделительная функции.
При увеличении амплитуды импульсного тока и увеличении зазора между электродом и кожей сила разряда возрастает переходя в искру. Искровой разряд расширяет капилляры и артериолы, повышает тонус вен , усиливает трофометаболические процессы в тканях. Разряд вызывает деструкцию оболочек микроорганизмов и их гибель. Этот эффект усиливается выделяющимися при местной дарсонвализации окислами азота и озоном.
Л
ечебные эффекты: местный анальгетический, вазоактивный, местный трофический, местный противовоспалительный, противозудный, бактерицидный.
а) Диатермия – прогревание тканей ВЧ током (1,5-2 МГц) большой L
величины (до 2 А) проходящим между двумя металлическими электродами,
наложенными на кожу пациента. Тепловая процедура.
Основной показатель тепловой терапии q – удельное количество
Закон Джоуля-Ленца Q=I 2 Rt . Если ткань расположена между двумя плоскими электродами площадью S и расстоянием между ними L . Плотность тока j=I/S учитывая, что R=ρL/S, получаем Q = I 2 Rt = j 2 S 2 ·ρLt/S = j 2 ρVt где V=L·S — объём ткани. Следовательно q=Q/Vt=j 2 ρ
Т.к удельное количество теплоты пропорционально удельному сопротивлению, значит больше прогреваются ткани с большим ρ, (кожа, жировая ткань). В настоящее время в терапевтической практике этот метод не применяется из-за опасности локальных ожогов, но широко применяется в хирургии.
б) Электрохирургия: электрокоагуляция (сваривание ткани) и электротомия (рассечение ткани).
При электрокоагуляции ткань под электродом нагревается до 60-80 ˚ С, что приводит к необратимому свёртыванию тканевых белков. Глубина воздействия не более половины диаметра электрода.
При электротомии ткань под активным электродом S1 в форме тонкого лезвия нагревается до 100-120 ° С , что вызывает разрушение ткани (глубина разреза 1-5 мм).
Моноактивная методика предполагает значительное уменьшение площади активного электрода по отношению к площади пассивного. Плотность тока под активным электродом при этом много больше, чем под пассивным.
Биактивная методика предполагает малую площадь обоих электродов S1 иS2 – биполярный пинцет. Удобна при удалении выступающих участков.моноактивная методика S1
аковые клетки вблизи операционного поля погибают
Активное сопротивление цепи переменного тока
Активным или ваттным сопротивлением называется всякое сопротивление, поглощающее электрическую энергию или вернее превращающее ее в другой вид энергии, например в тепловую, световую или химическую.
Потери энергии, а, следовательно, и активное сопротивление в электрической цепи при переменном токе всегда больше потерь энергии в этой же цепи при постоянном токе. Причина этого заключается в том, что в цепях переменного тока потери энергии обусловлены не только обычным омическим сопротивлением проводников, но и многими другими причинами.
Рассмотрим некоторые из этих.
Так, например, наличие конденсатора в цепи переменного тока связано с дополнительными потерями энергии в результате периодического (с частотой переменного тока) изменения поляризации диэлектрика или, попросту говоря, в результате непрерывного переворачивания взад и вперед молекулярных парных зарядов. При этом происходит нагревание диэлектрика, т. е. электрическая энергия превращается в тепловую. Эти потери энергии называются диэлектрическими потерями.
Кроме диэлектрических потерь, как уже говорилось раньше, происходят потери энергии из-за утечки тока вследствие несовершенства изоляции между пластинами конденсаторов. Эти потери называются потерями утечки.
Вокруг всякого переменного тока существует переменное магнитное поле. Следовательно, во всех окружающих железных предметах происходит непрерывное переворачивание молекулярных магнитиков в такт с частотой переменного тока. В результате железные предметы, находящиеся в поле переменного тока, нагреваются, т. е электрическая энергия превращается в тепловую. Эти потери называются потерями на гистерезис.
Благодаря электромагнитной индукции переменный электрический ток наводит в близлежащих замкнутых электрических цепях индукционные токи, что связано с нагреванием этих цепей, т. е. с дополнительными потерями энергии.
Кроме того, такие же индукционные круговые токи возникают не только в замкнутых электрических цепях, но и в близлежащих металлических предметах и нагревают их. Эти токи называются токами Фуко. Возникновение токов Фуко также сопряжено с потерями электрической энергии.
Токи Фуко не всегда являются вредными. Например, на принципе токов Фуко основана защита радиоприборов медными или алюминиевыми экранами от переменных магнитных полей высокой частоты.
Наконец, при очень высоких частотах цепь переменного тока может излучать электромагнитные волны (радиоволны), что связано с потерями на излучение.
Наличие всех этих потерь увеличивает активное сопротивление цепи переменному току.
Опыт показывает, что при высоких частотах и омическое сопротивление проводника оказывается значительно большим, чем при постоянном токе.
Для объяснения этого явления увеличим мысленно сечение проводника (рис. 1) и посмотрим, что происходит в нем при прохождении по нему переменного тока. Вдоль проводника взад и вперед с частотой переменного тока движется огромное количество электронов.
Рисунок 1. Поверхностный эффект, как фактрор увеличения активного сопротивления в цепи переменного тока. Ток вытесняется магнитным полем на поверхность проводника (а), поэтому у поверхности проводника плотность тока больше, чем внутри проводника (б).
До сих пор нам было известно, что движущийся по проводнику переменный поток электронов создает вокруг него переменное магнитное поле. Теперь же, когда мы заглянем внутрь проводника, мы увидим, что магнитное поле имеется и внутри проводника. Это вызвано тем, что каждый электрон при движении создает вокруг себя магнитное поле, а так как часть электронов движется вблизи оси проводника, то они создают магнитное поле не только во вне, но и внутри проводника.
Продолжая присматриваться к происходящему внутри проводника, мы заметим, что наиболее быстро движутся электроны, находящиеся у поверхности проводника, а по мере приближения к середине проводника амплитуда (размах) колебаний электронов становится все меньше и меньше.
Почему же электроны колеблются с различными амплитудами в разных точках сечения проводника?
Это явление также имеет свое объяснение. Вспомним, что при всяком изменении скорости движения электрона на него действует ЭДС самоиндукции, противодействующая этому изменению. Вспомним также, что ЭДС самоиндукции зависит от числа магнитных силовых линий вокруг движущегося электрона. Чем большим числом магнитных силовых линий охватывается электрон, тем труднее ему совершать колебательное движение.
Теперь становится ясным, почему электроны, находящиеся у поверхности проводника, колеблются с большой амплитудой, а электроны, находящиеся глубоко внутри проводника, — с малой. Ведь первые охватываются только теми магнитными силовыми линиями, которые расположены вне проводника, а вторые охватываются и внешними и внутренними магнитными силовыми линиями.
Таким образом, плотность переменного тока получается большей у поверхности проводника и меньшей внутри его.
На рис. 1,б плотность тока характеризуется количеством красных точек. Как видим, наибольшая плотность тока получается около самой поверхности проводника.
При очень высоких частотах противодействие ЭДС самоиндукции внутри проводника становится настолько сильным, что все электроны движутся только по поверхности проводника. Это явление и называется поверхностным эффектом. Так как активное сопротивление проводника зависит от его сечения, а полезным сечением при токе высокой частоты оказывается только тонкий наружный слой проводника, то вполне понятно, что его активное сопротивление увеличивается с повышением частоты переменного тока.
Для уменьшения поверхностного эффекта проводники, по которым протекают токи высокой частоты, делают трубчатыми и покрывают их слоем хорошо проводящего металла, например серебра.
В целях борьбы с явлением поверхностного эффекта применяют также провода специальной конструкции, так называемый литцендрат.
Такой проводник свивают из отдельных тонких медных жилок, имеющих эмалевую изоляцию, причем скрутка жилок производится таким образом, чтобы каждая из них проходила поочередно то внутри проводника, то снаружи его.
Явление поверхностного эффекта особенно сильно сказывается в железных проводах, в которых вследствие большой магнитной проницаемости железа внутренний магнитный поток оказывается особенно большим и поэтому явление поверхностного эффекта становится очень заметным даже при сравнительно низких (звуковых) частотах.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Глубина проникновения тока в металл
Явление поверхностного эффекта
Постоянный ток в проводнике распределяется равномерно по сечению, переменный ток распределяется по сечению неравномерно в зависимости от частоты тока (рис. 10.6.).
Рис. 10.6. Глубина проникновения тока в металл в зависимости от его частоты: а — постоянный, б, в, г — переменный 50, 10 000, 125 000 Гц соответственно
При пропускании переменного тока наибольшая противоэлектродвижущая сила индуктируется в центре проводника, который охватывается полным магнитным потоком. Чем ближе к поверхности проводника, тем слабее магнитное поле, а, следовательно, меньше противо электродвижущая сила. Существование этой силы равноценно появлению в проводнике некоторого добавочного сопротивления, носящего название индуктивного сопротивления цепи. Встречая в центре проводника наибольшее индуктивное сопротивление, ток будет стремиться пройти в направлении наименьшего сопротивления и вытисниться к поверхности проводника.
Свойство тока высокой частоты протекать только по поверхностному слою проводника принято называть поверхностным эффектом, или скин-эффектом.
Плотность тока для различных точек сечения проводника будет неодинаковой. Чем выше частота тока, тем больше в центре проводника индуктивное сопротивление и меньше плотность тока. Неравномерное распределение индукционных токов приводит к неравномерному нагреву деталей: поверхностные слои очень быстро нагреваются до высоких температур, а сердцевина или совсем не нагревается или нагревается незначительно, благодаря теплопроводности стали.
Для количественной оценки явления поверхностного эффекта введено понятие глубины проникновения тока 8 (дельта). При этом считают, что переменный ток протекает только в поверхностном слое, толщина которого равна глубине проникновения тока, и имеет на этой глубине равномерную плотность.
Глубина проникновения тока или толщина слоя определяется по формуле:
где р — удельное электрическое сопротивление, Ом-мм 2 /м; р — магнитная проницаемость, Гс/Э; f- частота тока, Гц.
Следовательно, с увеличением частоты глубина проникновения индукционных токов уменьшается (рис. .103, таблица 10.4.). Если менять частоту тока, то можно в широких пределах изменять глубину проникновения 8, а, следовательно, и толщину слоя, по которому идет ток, вызывающий нагрев поверхности закаливаемой детали.
Из приведенных в табл., данных следует, что с повышением температуры нагрева металла глубина проникновения тока растет и достигает наибольшего значения при температуре потери магнитных свойств — точки Кюри.
Таблица 10.4
Глубина проникновения тока в металл при различных частотах
