По окончании практической работы заполните таблицу

Вид терапии	Диатермия	Индуктотермия	УВЧ-терапия	СВЧ-терапия
1. Физический фактор воздействия. 2. Преимущественно на какие ткани?. 3. Какое наблюдается явление? 4. Физический эффект явления. 5. Терапевтический эффект.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

 

Тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

ПРИНЦИП РЕОГРАФИИ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Один из способов исследования периферического кровообращения состоит в определении изменения импеданса определенного участка тканей. Зная основные параметры электрической цепи, имеющей определенное сопротивление, можно моделировать биологические процессы в организме и достаточно точно диагностировать их.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Катушка индуктивности, конденсатор, реостат, амперметр, вольтметр, ключи.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие переменного электрического тока.

2. Понятие мгновенного, амплитудного, действующего значения напряжения.

3. Получение переменного тока.

4. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

5. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением.

6. Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением.

7. Полное сопротивление цепи переменного тока. Импеданс тканей организма. Резонанс в электрических цепях.

8. Использование переменного тока в медицине. Реография.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Ток, изменяющийся по величине и направлению с течением времени, называют переменным током.

Наиболее распространенным является ток, изменяющийся во времени по гармоническому закону (закону синуса или косинуса)

(1) или для напряжения

(2)

где i, u – мгновенные значения силы тока (1) и напряжения (2),

I_m , U_m – максимальные значения,

j₀ – начальная фаза колебаний,

w₀ – круговая или циклическая частота – характеризует число колебаний за 2p секунд,

w₀ =2pn, где n - собственная частота переменного тока – число колебаний переменного тока за секунду.

Для промышленного переменного тока n=50 Гц.

T – период переменного тока – промежуток времени, в течение которого напряжение и сила тока совершают одно полное колебание.

Переменный ток можно рассматривать как вынужденные электромагнитные колебания.

В цепи переменного напряжения могут быть включены

 

а) резистор (R)

 

б) конденсатор (С)

 

в) катушка индуктивности (L)

 

		C
	R			L

а) б) в)

 

Отметим, что сила тока в цепи с резистором (а) будет изменяться в фазе с приложенным напряжением:

сила тока в цепи с конденсатором (б) будет опережать по фазе напряжение на :

,

а в цепи С катушкой индуктивности (в) будет отставать по фазе от приложенного напряжения на :

Для цепи с резистором имеем омическое сопротивление:

 

Для цепи с катушкой индуктивности – индуктивное сопротивление:

, где L – индуктивность катушки.

Для цепи с конденсатором – емкостное сопротивление:

, где С – емкость конденсатора.

Амперметры или вольтметры показывают действующее (или эффективное) значение силы тока или напряжения.

Действующей, или эффективной, силой переменного тока I_эф называют такой постоянный ток, который выделяет в цепи с сопротивлением R количество теплоты, одинаковое с переменным током:

,

Так, если говорят, что напряжение в цепи переменного тока 220 В, это означает действующее значение. Амплитуда напряжения при этом . Это обстоятельство необходимо учитывать, в частности, при расчете изоляции сети.

Представим цепь, в которой последовательно соединены резистор, катушка и конденсатор (см. рис.)

	R

Напряжение в цепи выражается зависимостью , а сила тока, вследствие сдвига фаз между током и напряжением на катушке и конденсаторе, в общем случае изменяется по закону , где j - разность фаз напряжения и силы тока.

Используя сложные тригонометрические преобразования (что выходит за рамки изложения) или с помощью векторных диаграмм, можно получить выражение для расчета общего (полного) сопротивления (Z) цепи переменного тока, содержащей последовательно соединенные R, L и C:

Омическое сопротивление R цепи называют активным, т.к. оно обусловливает превращение электрической энергии в тепловую.

Сопротивления X_L, X_C и их разность X_L-X_C - реактивными сопротивлениями, они не вызывают нагревания элементов электрической цепи.

Закон Ома для цепи переменного тока имеет вид:

Если X_L =X_C , то Z=R. Этот случай вынужденных электрических колебаний называют резонансом напряжения.

Ткани организма проводят не только постоянный, но и переменный ток.

В организме нет таких систем, которые были бы подобны катушкам индук-
тивности, поэтому индуктивность тканей организма близка к нулю (X_L=0).

Биологические мембраны и весь организм в целом обладают емкостными свойствами, в связи с этим полное сопротивление тканей организма определяется только омическим и емкостным сопротивлениями:

Полное сопротивление в цепи переменного тока, содержащей биологическую ткань, называют импендансом.

Зависимость импеданса от частоты характеризует жизнеспособность тканей организма. Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой системы.

Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импеданс-плетизмография). С помощью этого метода получают реограммы головного мозга, сердца, магистральных сосудов, конечностей и др.

Измерения обычно проводят на частоте 3 кГц, ток подается на электроды, накладываемые на границы исследуемого участка ткани.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какой ток называется переменным?

2. Как выражается зависимость силы переменного тока (напряжения) от времени?

3. Что такое мгновенное, амплитудное и действующее значение переменного тока, напряжения, ЭДС? Какое значение силы тока и напряжения показывает амперметр и вольтметр в цепи переменного тока?

4. Напишите формулу, связывающую эффективные и максимальные значения переменного синусоидального тока и напряжения.

5. Что такое круговая частота?

6. Что такое активное и реактивное сопротивление?

7. Что называется емкостью конденсатора? В каких единицах измеряется?

8. Чему равно емкостное сопротивление в цепи постоянного тока?

9. Что такое импеданс? Запишите формулу.

10. Как влияет величина емкости (индуктивности) цепи на полное сопротивление?

11. Что такое электрический резонанс?

12. Каковы физические основы реографии? Ее применение в медицине.

 

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Последовательность действий

Способ выполнения задания

1. Определение емкостного сопротивления и емкости конденсатора.

1.Проверьте соответствие измерительной схемы рис. 1.   Рис. 1. 2. Включите в цепь конденсатор, поставив ключ в положение С по схеме. 3. Измерьте 3 раза силу тока в цепи конденсатора при различных значениях напряжения от 90 до 150 В (значение напряжения задается преподавателем). Результаты измерений занесите в таблицу.

№ п/п

Uэф, (В)

Iэф, (А )

хс, (Ом)

хс ср, (Ом)

C, (Ф)

1.

2.

3.

4. Используя закон Ома I = U/Xс (R = 0; L = 0), рассчитайте емкостное сопротивление конденсатора по формуле: Xc=Uэф/Iэф для каждого измерения. 5. Используя среднее значение емкостного сопротивления Хс и формулу емкостного сопротивления, рассчитайте емкость конденсатора.

2. Определение индуктивного сопротивления и индуктивности катушки.

1. Включите в цепь только катушку индуктивности поставив ключ К2 в положение L (по схеме). 2. Результаты измерений занести в таблицу.

№ п/п

Uэф, (В)

Iэф, (А )

х1, (Ом)

х1 ср, (Ом)

L, (Гн)

1.

2.

3.

3. Рассчитайте индуктивное сопротивление катушки; т.к. при подаче на зажимы цепи переменного напряжения вольтметр покажет значения падения напряжения на полном сопротивлении катушки, то по закону Ома: 4. Активное сопротивление катушки см. на установке. Используя среднее значение индуктивного сопротивления, рассчитайте индуктивность катушки.

3. Определение полного сопротивления цепи.

1. Поставив контакт ключа К1 в положение ZC включите в цепь источника катушку и конденсатор. В этом случае цепь будет состоять из активного, индуктивного и емкостного сопротивления. 2. Измерьте не менее 3-х раз силу тока в цепи при напряжениях 90 - 150 В. Результаты измерений занесите в таблицу.

№ п/п

Uэф, (В)

Iэф, (А )

Z, (Ом)

Z ср, (Ом)

Z’, (Ом)

1.

2.

3.

3. Используя закон Ома I = U/Z, рассчитайте полное сопротивление по формуле: 4. Используя полученные в заданиях 1 и 2 значения индуктивности катушки L и емкости конденсатора C, а также значения активного сопротивления R, рассчитайте полное сопротивление цепи по формуле: 5. Сравните полученные значения с определенным из опыта полным сопротивлением Zср и сделайте вывод.