Бiофiзичнi основи електрографii
Информация - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие материалы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
Бiофiзичнi основи електрографii
1. Поняття електрографii
Робота багатьох важливих органiв людського органiзму звязана з електричними явищами, що виникають унаслiдок генерацii потенцiалiв дii на мембранах мязових i нервових клiток. При цьому в рiзних тканинах органiзму вiдбуваСФться змiна згодом електричних потенцiалiв. Електрична активнiсть клiток, тканин, органiв звязана з iхнiм функцiональним станом. РеСФстрацiя рiзностей потенцiалiв мiж рiзними крапками органiзму лежить в основi електрографiчних дiагностичних методик, з яких найбiльш вiдомою i поширеною СФ методика електрокардiографii (ЕКГ).
Вивчення бiофiзичних основ електрографii вимагаСФ попереднього поглиблення знань в областi фiзики електромагнiтних явищ.
Електричне поле - це вид матерii, що породжуСФться електрично зарядженими тiлами чи перемiнним магнiтним полем i виявляСФться по дii на зарядженi тiла. Характеристикою зарядженого тiла СФ його заряд. Заряд тiла - це скалярна фiзична величина. Вiд значення заряду тiла залежить величина електромагнiтних взаСФмодiй, у яких бере участь це тiло. Найважливiшими характеристиками електричного поля СФ його напруженiсть ( ) i потенцiал ( ).
Напруженiсть ( ) - це векторна фiзична величина, що СФ силовою характеристикою електричного поля. Напруженiсть у деякiй крапцi електричного поля дорiвнюСФ вiдношенню сили ( ), що дiСФ з боку поля на крапкове заряджене тiло, помiщене в цю крапку, до його заряду (q), тобто
= (1)
У СИ напруженiсть поля вимiряСФться у вольтах на метр (В/м).
Потенцiал ( ) - це скалярна величина, що СФ енергетичною характеристикою електричного поля. Потенцiал поля в деякiй крапцi дорiвнюСФ вiдношенню потенцiйноi енергii (W), якою володiСФ крапкове заряджене тiло, помiщене в цю крапку, до його заряду, тобто
(2)
Потенцiал, як i напруга ( рiзниця потенцiалiв), у СИ вимiряСФться у вольтах (В ).
Напруженiсть звязана з потенцiалом спiввiдношенням
E = -grad( )
Таким чином, напрямок вектора збiгаСФться з напрямком найбiльшого убування потенцiалу.
Будемо тут i далi називати крапковим зарядом заряджене тiло, розмiрами якого можна зневажити. Напруженiсть електричного поля, створюваного в деякiй крапцi вiдокремленим крапковим зарядом q, обчислюСФться по формулi
(3)
де - дiелектрична проникнiсть середовища; о електрична постiйна (0 = 8,85 х 10-12 Ф/м), а м - вiдстань вiд крапки, у якiй визначаСФться напруженiсть поля, до крапки, у якiй знаходиться заряд.
Потенцiал поля, створюваного крапковим зарядом, розраховуСФться по формулi
. (4)
Якщо поле створюСФться декiлькома зарядами, то його характеристики (напруженiсть i потенцiал) розраховуються, виходячи з принципу суперпозицii полiв. Вiдповiдно до цього принципу, напруженiсть електричного поля, створеного в деякiй крапцi декiлькома зарядами, дорiвнюСФ векторнiй сумi напруженостi полiй, створених у цiй крапцi кожним iз зарядiв, а потенцiал - алгебраiчнiй сумi потенцiалiв, створених кожним iз зарядiв, тобто
= 1+2 +3.....+ n; (5)
, (6)
де i - результуючi напруженостi i потенцiалу поля, створеного n зарядами; 1, 2, n - напруженостi полiв, створених кожним iз зарядiв, q1, q2, ... , qn - потенцiали полiв, створених кожним iз зарядiв.
Виходячи з принципу суперпозицii полiв, можна розрахувати характеристики поля створюваного рiзними системами зарядiв. Найпростiшою системою зарядiв СФ електричний диполь - система, що складаСФться з двох крапкових однакових по модулi, але протилежних за знаком зарядiв (+ q i -q), що знаходяться на вiдстанi L друг вiд друга. Вiдстань L називаСФться плечем диполя. Характеристикою електричного диполя СФ дипольний момент. Дипольний момент ( ) електричного диполя - це векторна величина, рiвна по модулi добутку модуля одного з зарядiв, що утворять диполь, на плече диполя, i спрямована вiд негативного заряду диполя до позитивного
=q (7)
При цьому плече диполя розглядаСФться як вектор, спрямований вiд негативного заряду до позитивного.
Використовуючи принцип суперпозицii полiв, можна показати, що потенцiал поля, створеного диполем у крапцi, розташованоi на вiдстанi r вiд центра диполя, у випадку, якщо r L, розраховуСФться по формулi.
, (8)
де - кут мiж прямою, проведеноi вiд центра диполя до крапки, у якiй визначаСФться потенцiал (крапка А на рис. 1), i вектором дипольного моменту.
Рис.1.
Електричнi явища в органiзмi людини звязанi з протiканням електричних струмiв у тканинах органiзму, що СФ здебiльшого середовищами, що добре проводять електричний струм. Основними характеристиками струмiв СФ сила (I) i щiльнiсть струму (j ). Якщо через провiдник протiкаСФ струм, то сила струму це вiдношення заряду (q), що проходить через поперечний перерiз провiдника за деякий промiжок часу (t), до цього промiжку, тобто
I= (9)
У СИ сила струму вимiряСФться в амперах ( А).
Щiльнiсть струму це вiдношення сили струму, що протiкаСФ через поперечний перерiз провiдника, до площi цього перетину (S),
j = (10)
Щiльнiсть струму вимiряСФться в амперах на метр квадратний (А/м2).
Здатнiсть провiдника проводити струм характеризуСФться його опором (R).
Опiр провiдника вимiряСФться в омах (Ом). Опiр провiдника залежить вiд його геометричних розмiрiв i вiд провiдних властивостей ?/p>