ДИСПЕРСИЯ в физике (лат. dispersio рассеивание) — изменение скорости распространения волны электромагнитного или акустического излучения в зависимости от частоты его колебаний (длины волны). Явление Д. находит применение в мед. практике при создании мед. диагностических приборов, а также в леч. целях — в физиотерапии, при выборе оптимального диапазона частоты излучения.
В зависимости от природы излучения различают акустическую Д., Д. электромагнитных волн (в частности, оптическую Д.) и Д. электропроводности. Возникновение Д. связано с изменением скорости распространения волны излучения вследствие рассеяния и избирательного поглощения ее веществом. Любое реальное излучение представляет собой совокупность отдельных гармонических колебаний. Поэтому при прохождении излучения через среду будут наблюдаться изменения скорости прохождения каждой волны в зависимости от частоты ее колебания. Величина изменения скорости волны в данной среде в зависимости от изменения частоты и будет характеризовать величину Д.
Акустическая дисперсия
Зависимость фазовой скорости звуковых волн от частоты акустического излучения при распространении звуковых или ультразвуковых волн в какой-либо среде, определяемая свойствами этой среды. При малых частотах энергия волны за период колебания успевает распределиться между молекулами среды, но с ростом частоты излучения такое перераспределение не успевает произойти — упругость газа и фазовая скорость звуковой волны растут, т. е. возникает акустическая Д. Акустическая Д. наблюдается в однородной, а также в неоднородных средах с различающейся вязкостью или теплопроводностью; в жидких средах, содержащих дисперсную фазу в виде эмульсионных частиц, Д. возникает за счет появления температурных градиентов (перепадов температуры) между компонентами системы, создаваемых звуковой волной, к-рая вызывает в жидкости местное сжатие и разрежение. При высоких частотах выравнивание температуры между частицами эмульсии и среды не успевает произойти и наблюдается увеличение скорости звука. Аналогичное явление имеет место в вязких средах, содержащих плотные частицы, а также в биол, тканях.
Характер акустической Д., свойственный тем или иным биол, тканям (мышечной, жировой, костной и др.), создает возможность для разработки методов ультразвуковой диагностики различных новообразований.
Оптическая дисперсия
Оптическая дисперсия (дисперсия света)— зависимость показателя преломления от частоты падающего света или скорости световых волн от частоты их колебания. Следствием Д. света будет разложение пучка белого света в спектр при прохождении сквозь призму.
Показатель преломления света в веществе n = с0/с, где с0 — скорость света в вакууме, с — скорость его в данной среде. По электромагнитной теории света с = с0 √(εμ) , где ε — диэлектрическая проницаемость, μ — магнитная проницаемость. В оптической области μ очень близка к 1, поэтому можно считать, что п = √ε . Зависимостью диэлектрической проницаемости (см.) от частоты колебания света и объясняется явление оптической Д. Эта зависимость связана с взаимодействием электромагнитного поля световой волны с атомами и молекулами вещества, приводящего к поглощению энергии. Под действием электромагнитного поля световой волны электроны атомов и молекул вещества совершают вынужденные колебания с частотой, равной частоте падающего света; с приближением частоты световой волны к частоте собственных колебаний электронов возникает явление резонанса. При этом происходит поглощение света. Оптическая Д. называется нормальной в случае, если показатель преломления убывает с увеличением длины волны, и аномальной — если показатель преломления возрастает при увеличении длины волны падающего света. Аномальная Д. наблюдается в области поглощения вещества, а вдали от полос поглощения — нормальная Д.
Изменения состояния вещества, как правило, приводят к изменению его оптических свойств, а характерные особенности оптической Д. позволяют судить о состоянии и превращениях исследуемых веществ (белков, нуклеиновых к-т, пигмент-белковых комплексов и других биологически важных соединений).
Оптическая Д. в прозрачных материалах учитывается при создании оптических приборов (см. Спектральный анализ), при расчете ахроматических линз и т. д.
Дисперсия электропроводности
Зависимость электропроводности вещества от частоты приложенного к нему электрического поля. Электропроводность вещества — комплексная величина, поэтому его Д. может быть связана как с активной (напр., электропроводность металлов, р-ров электролитов), так и с реактивной (диэлектрики) составляющей электропроводности (см. Импеданс, Электропроводность биологических систем).
Электропроводность металлов с увеличением частоты электрического поля уменьшается вследствие неоднородного распределения переменного тока по сечению проводника. Электропроводность электролитов, наоборот, с увеличением частоты поля растет, что объясняется уменьшением тормозящего влияния ионной атмосферы. Д. электропроводности, связанная с этим явлением, наблюдается на частотах порядка 10 8 —10 9 гц.
Читайте также: Ткань мяса составляющие которой наиболее усвояемые в говяжьем мясе
Рядом особенностей обладают р-ры макромолекул, биополимеров и взвеси биол, клеток. Это связано с наличием у них диэлектрических свойств, с тем, что электропроводность таких систем в большей степени связана с реактивной составляющей электропроводности (см. Диэлектрическая проницаемость). В соответствии с механизмами поляризации (см.) для таких систем известны три области Д. электропроводности — альфа-, бета- и гамма-, отличающиеся частотной локализацией области Д.
Частотная локализация области альфа-Д. (низкочастотной) меняется в зависимости от размеров и структуры частиц, электролитного состава, вязкости и других факторов. Для крупнодисперсных систем область альфа-Д. смещена в сторону более низких частот, чем для мелкодисперсных. Напр., альфа-Д. для взвеси эритроцитов наблюдается в диапазоне 25—2×10 3 гц, а для взвеси более мелких клеток Е. coli лежит ок. 10 4 гц.
Существует несколько объяснений возникновения альфа-Д. Наиболее вероятным из них считают механизм, связанный с поляризацией двойных электрических слоев мембран и макромолекул (см. Мембраны биологические).
Характерные особенности клеточных структур отражает также высокочастотная бета-Д. (область частот 10 4 — 10 8 гц). Появление ее связывают с ориентацией диполей, а также с поляризацией, аналогичной поляризации слоистых диэлектриков.
Область гамма-Д. проявляется на частотах 10 9 гц и выше. Ее происхождение связано с полярными свойствами молекул воды.
Д. электропроводности биол, тканей наиболее выражена в области частот 10 4 — 10 6 гц. В этой области частот проявляется важная особенность биол, объектов — тесная взаимосвязь между характеристиками Д. электропроводности и физиол, состояния при различных патол, процессах, а также при воздействии физ. и хим. факторов (см. Электропроводность биологических систем).
Д. электропроводности присуща только живым тканям, поэтому предложено характеризовать состояние ткани коэффициентом поляризации (Kn), представляющим собой отношение величин сопротивления ткани, измеренного на частотах 10 4 и 10 6 гц.
Библиография: Андреев В. С. Кондукто-метрические методы и приборы в биологии и медицине, с. 13, М., 1973, библиогр.; Байер В. Биофизика, пер. с нем., с. 116 и др., М., 1962; Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, с. 186, М., 1968; Ландсберг Г. С. Оптика, Л., 1976; С к у ч и к Е. Основы акустики, пер. с нем., т. 1—2, М., 1976, библиогр.
Ю. М. Петрусевич; Б. А. Гуляев (оптическая дисперсия), Г. Е. Федоров (дисперсия электропроводности).
Дисперсия
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Полезное
Смотреть что такое «Дисперсия» в других словарях:
дисперсия — Рассеяние чего нибудь. В математике дисперсия определяет отклонение величин от среднего значения. Дисперсия белого света приводит к его разложению на составляющие. Дисперсия звука является причиной его расплывания. Рассеяние хранимых данных по… … Справочник технического переводчика
ДИСПЕРСИЯ — (от латинского dispersio рассеяние) волн, зависимость скорости распространения волн в веществе от длины волны (частоты). Дисперсия определяется физическими свойствами той среды, в которой распространяются волны. Например, в вакууме… … Современная энциклопедия
ДИСПЕРСИЯ — (variance) Мера разброса данных. Дисперсия множества из N членов находится путем сложения квадратов их отклонений от среднего значения и деления на N. Поэтому, если членами являются хi при i = 1, 2. N, a их средним является m, дисперсия… … Экономический словарь
Дисперсия — (от латинского dispersio рассеяние) волн, зависимость скорости распространения волн в веществе от длины волны (частоты). Дисперсия определяется физическими свойствами той среды, в которой распространяются волны. Например, в вакууме… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Читайте также: Ткани из кореи розница
ДИСПЕРСИЯ — (от лат. dispersio рассеяние) в математической статистике и теории вероятностей мера рассеивания (отклонения от среднего). В статистике дисперсия есть среднее арифметическое из квадратов отклонений наблюденных значений (x1, x2. xn) случайной… … Большой Энциклопедический словарь
Дисперсия — в теории вероятностей наиболее употребительная мера отклонения от среднего (мера рассеяния). По английски: Dispersion Синонимы: Статистическая дисперсия Синонимы английские: Statistical dispersion См. также: Выборочные совокупности Финансовый… … Финансовый словарь
ДИСПЕРСИЯ — [лат. dispersus рассеянный, рассыпанный] 1) рассеяние; 2) хим., физ. раздробление вещества на очень малые частицы. Д. света разложение белого света с помощью призмы в спектр; 3) мат. отклонение от среднего. Словарь иностранных слов. Комлев Н.Г.,… … Словарь иностранных слов русского языка
дисперсия — (варианса) показатель разброса данных, соответственный среднему квадрату отклонения этих данных от средней арифметической. Равна квадрату стандартного отклонения. Словарь практического психолога. М.: АСТ, Харвест. С. Ю. Головин. 1998 … Большая психологическая энциклопедия
дисперсия — рассеяние, разброс Словарь русских синонимов. дисперсия сущ., кол во синонимов: 6 • нанодисперсия (1) • … Словарь синонимов
Дисперсия — [variance] характеристика рассеивания значений случайной величины, измеряемая квадратом их отклонений от среднего значения (обозначается d2). Различается Д. теоретического (непрерывного или дискретного) и эмпирического (также непрерывного и… … Экономико-математический словарь
Дисперсия — * дысперсія * dispersion 1. Рассеяние; разброс; вариация (см.). 2. Теоретико вероятностное понятие, характеризующее меру отклонения случайной величины от ее математического ожидания. В биометрической практике используется выборочная дисперсия s2 … Генетика. Энциклопедический словарь
14.4. Импеданс тканей организма. Дисперсия импеданса. Физические основы реографии
Ткани организма проводят не только постоянный (см. § 12.10), но и переменный ток. Опыт показывает, что в этом случае сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Следовательно (см. § 14.3), емкостное сопротивление тканей больше индуктивного. В таблице 24 вкачестве примера приведены значения разности фаз тока и напряжения для некоторых тканей (частота 1 кГц).
Отсюда следует, что моделировать электрические свойства биологических тканей можно, используя резисторы, которые обладают активным сопротивлением, и конденсаторы — носители емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма. Она представляет собой схему, состоящую из резисторов и конденсаторов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани.
На рис. 14.10 представлен график частотной зависимости импеданса мышечной ткани. Ради компактности кривая построена влогарифмических координатах. Из графика видны две особенности этой зависимости: во-первых, плавное уменьшение импеданса с увеличением частоты (общий ход зависимости импеданса от частоты) и, во-вторых, наличие трех областей частот, в которых имеет место отклонение от общего 10хода зависимости импеданса от частоты: Z мало изменяется. Они были
Рис. 14.10 названы, соответственно, областями -, - и -дисперсии импеданса.
Установим, какая электрическая схема (модель) наиболее удачно отражает общий ход зависимости импеданса ткани организма от частоты. В качестве вариантов рассмотрим схемы, представленные на рис. 14.11.
Для схемы, изображенной на рис. 14.11, а, частотная зависимость импеданса может быть получена из (14.41)при L = 0:
(14.45)
В соответствии с формулой (14.45) импеданс уменьшается с увеличением частоты, однако имеется противоречие с опытом:
при 0 Z . Последнее означает бесконечно большое сопротивление при постоянном токе, что противоречит опыту (рис. 14.10).
Схема, изображенная на рис. 14.11, б, соответствует общей тенденции экспериментальной кривой: при увеличении частоты уменьшается емкостное сопротивление и уменьшается импеданс. Однако при ХС 0 и Z 0, что не соответствует опыту.
Наиболее удачна схема рис. 14.11, в, в ней отсутствуют противоречия с опытом, характерные для двух предыдущих схем. Именно такое сочетание резисторов и конденсатора может быть принято за эквивалентную электрическую схему тканей организма. Частотная зависимость импеданса эквивалентной электрической схемы соответствует общему ходу экспериментальной зависимостиимпеданса от частоты. Важно отметить, что при этом электроемкость и, следовательно, диэлектрическая проницаемость остаются постоянными.
Читайте также: Узи фиброма мягких тканей голени
Поясним причину возникновения областей -, - и -дисперсии импеданса. Ткань организма является структурой, обладающей свойствами проводника (электролита) и диэлектрика. Поляризация диэлектрика (§ 12.6) во внешнем электрическом поле происходит не мгновенно, а зависит от времени. Это означает зависимость от времени поляризованности диэлектрика (Ре) при воздействии постоянного электрического поля (Е — напряженность электрического поля):
Если электрическое поле изменяется по гармоническому закону, то поляризованность будет также изменяться по гармоническому закону, а амплитуда поляризованности будет зависеть от частоты изменения поля с запаздыванием по фазе:
Из (12.41) получим выражение для диэлектрической проницаемости:
(14.48)
Из (14.48) следует, что условие (14.47) означает частотную зависимость диэлектрической проницаемости при воздействии переменным (гармоническим) электрическим полем: = f(). Изменение диэлектрической проницаемости с изменением частоты, электрического поля означает изменение электроемкости и, как следствие, изменение импеданса.
Запаздывание изменения поляризованности относительно изменения напряженности электрического поля зависит от механизма поляризации вещества. Самый быстрый механизм —электронная поляризация (см. § 12.6), так как масса электронов достаточно мала. Это соответствует частотам (около 10 15 Гц), которые существенно превышают области -, -, и -дисперсии.
Ориентационная поляризация воды, молекулы которой имеют сравнительно малую массу, соответствует -дисперсии (частоты около 20 ГГц).
Крупные полярные органические молекулы, например белки, имеют значительную массу и успевают реагировать на переменное электрическое поле с частотой 1 —10 МГц. Это соответствует -дисперсии.
При -дисперсии происходит поляризация целых клеток в результате диффузии ионов, что занимает относительно большое время, и -дисперсии соответствует область низких частот (0,1 — 10 кГц). В этой области емкостное сопротивление мембран очень велико, поэтому преобладают токи, огибающие клетки и протекающие через окружающие клетки растворы электролитов.
Итак, области -, -, и -дисперсии импеданса объясняются тем, что с увеличением частоты переменного электрического поля в явлении поляризации участвуют разные структуры биологических тканей: при низких частотах на изменение поля реагируют все структуры (-дисперсия), с увеличением частоты реагируюткрупные молекулы-диполи органических соединений и молекулы воды (-дисперсия), а при самых больших частотах реагируют только молекулы воды (-дисперсия). Во всех случаях имеет местоэлектронная поляризация. С увеличением частоты электрического тока (электрического поля) все меньше структур будет реагировать на изменение этого поля и меньше будет значение поляризо-ванности Рет. Отсюда, согласно (14.48), с увеличением частоты будет уменьшаться диэлектрическая проницаемость , а следовательно, и электроемкость С, а это, согласно (14.33), приведет к увеличению емкостного сопротивления Хс и импеданса Z. Следовательно, на фоне общего хода зависимости Z = f() (см. рис. 14.10) появляются области с меньшим убыванием Z при возрастании частоты (области -, - и -дисперсии).
Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей организма, что важно знать для пересадки (трансплантации) тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случаях здоровой и больной ткани.
Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой деятельности.
Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импеданс-плетизмография).
С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма), магистральных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерения обычно проводят на частоте 30 кГц.
В заключение отметим, что знание пассивных электрических свойств биологических тканей важно при разработке теоретических основ методов электрографии органов и тканей, так как создаваемый токовыми диполями электрический ток проходит через них. Кроме того, представления о дисперсии импеданса позволяют оценить механизм действия токов и полей, используемых в терапевтических целях.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом