Импедансом ткани называют ее полное сопротивление

Полная цепь переменного тока и её виды. Импеданс и его формула. Особенности импеданса живой ткани

Полная цепь переменного тока — это цепь из генератора, а также R, C, и L элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.

Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные последовательные и параллельные цепи.

Последовательная цепь — это такая цепь, где все элементы могут быть соединены последовательно, один за другим.

В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.

Особенности полной цепи:

2.Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.

3.Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее значение:

Z — импеданс последовательной цепи,

R — активное сопротивление,

X_L – индуктивное и X_C – ёмкостное сопротивление,

L — индуктивность катушки (генри),

C — ёмкость конденсатора (фарад).

Так как ёмкостное и индуктивное сопротивления дают для напряжения сдвиг фаз в противоположном направлении, возможен случай, когда X_L = X_C. При этом алгебраическая сумма модулей будет равна нулю, а импеданс – наименьшим.

Состояние, при котором в цепи переменного тока ёмкостное сопротивление равно индуктивному, называется резонансом напряжения. Частота, при которой X_L = X_C, называется резонансной частотой. Эту частоту n_p можно определить по формуле Томсона:

4.Особенности импеданса живой ткани и её эквивалентная электрическая схема.

При пропускании тока через живую ткань, её можно рассматривать как электрическую цепь, состоящую из определенных элементов.

Экспериментально установлено, что это цепь обладает свойствами активного сопротивления и ёмкости. Это доказывается выделением тепла и уменьшением полного сопротивления ткани с возрастанием частоты. Свойств индуктивности у живой ткани практически не обнаруживается. Таким образом, живая ткань представляет собой сложную, но не полную электрическую цепь.

Импеданс живой ткани можно рассматривать как для последовательного, так и для параллельного соединения её элементов.

При последовательном соединении токи через элементы равны, общее приложенное напряжение будет векторной суммой напряжений на R и C элементах и формула импеданса последовательной цепи будет иметь вид:

Z_ — импеданс последовательной цепи,

R — её активное сопротивление,

X_C — ёмкостное сопротивление.

При параллельном соединении напряжения на R и C элементах равны, общий ток будет векторной суммой токов каждого элемента, а фомула импеданса будет следующей:

Теоретические формулы импеданса живой ткани при параллельном и последовательном соединении её элементов от экспериментальных отличаются следующим:

1.При последовательной схеме соединения практические данные дают большие отклонения на низких частотах.

2.При параллельной схеме эти измерения показывают конечное значение Z, хотя теоретически оно должно стремиться к нулю.

Эквивалентная электрическая схема живой ткани – это условная модель, приближенно характеризующаяживую ткань, как проводник переменного тока.

Схема позволяет судить:

1.Какими электрическими элементами обладает ткань

2.Как соединены эти элементы.

3.Как будут меняться свойства ткани при изменении частоты тока.

В основе схемы лежат три положения:

1.Внеклеточная среда и содержимое клетки есть ионные проводники с активным сопротивлением среды Rср и клетки Rк.

2.Клеточная мембрана есть диэлектрик, но не идеальный, а с небольшой ионной проводимостью, а, следовательно, и сопротивлением мембраны Rм.

3.Внеклеточная среда и содержимое клетки, разделённые мембраной, являются конденсаторами См определенной ёмкости (0,1 – 3,0 мкФ/см 2 ).

Если в качестве модели живой ткани взять жидкую тканевую среду – кровь, содержащую только эритроциты, то при составлении эквивалентной схемы нужно учитывать пути электрического тока.

1.В обход клетки, через внеклеточную среду.

Читайте также: Шаблоны звездочек из ткани

Путь в обход клетки представлен только сопротивлением средыRср.

Путь через клетку сопротивлением содержимого клетки Rк, а также сопротивлением и ёмкостью мембраны.Rм, См.

Если заменить электрические характеристики соответствующими обозначениями, то получим эквивалентные схемы разной степени точности:

Схема Фрике (ионная проводимость не

Схема Швана (ионная проводимость учитывается в виде сопротивления мембраны)

Обозначения на схеме:

Rcp — активное сопротивление клеточной среды

Rk — Сопротивление клеточного содержимого

Rm — сопротивление мембраны.

Анализ схемы показывает, что при увеличении частоты тока проводимость клеточных мембран увеличивается, а полное сопротивление тканевой среды уменьшается, что соответствует практически проведенным измерениям.

Электропроводность в неживой природе. Электропроводность живых тканей. Диэлектрические свойства живых тканей. Физические поля биологических объектов , страница 2

Дисперсия диэлектрической проницаемости объясняет возмож­ность селективного нагревания разных тканей в высокочастотных ЭМП. Возрастание интенсивности движения ионов, переориента­ции полярных молекул в ЭМП связаны с поглощением энергий по­ля и аналогичны процессу нагревания.

Импеданс — это полное сопротивление электрической цепи при синусоидальном напряжении. По современным представлениям импеданс живой ткани имеет только две составляющие: активную и ёмкостную (см. рис.)

Для последовательного соединения этих элементов импеданс равен:

Для параллельного соединения активного и емкостного сопро­тивлений:

(электроемкость плоского конденсатора )

Электроемкость живых тканей складывается из емкости компартментов, так как клеточные мембраны можно считать диэлект­риками, а клеточные и межклеточные жидкости, содержащие раст­воры солей, проводниками. В момент включения тока конденсато­ры заряжаются и величину электроёмкости ткани можно оценить по формуле:

Электрические свойства живой ткани можно смоделировать следующими цепями:

Зависимость импеданса живой ткани (а) и её моделей (б) от частоты тока представлена на рис.

Дисперсия импеданса — это явление изменения импеданса жи­вых тканей в зависимости от изменения частоты пропускаемого че­рез них электрического тока.

Отметим, что ход кривых дисперсий Z и ε в одной и той же ткани несовпадает. Дисперсия Z, очевидно, отражает более широ­кий круг электрических процессов в живых тканях. Импеданс сильнее зависит от разнообразньх нарушений жизнедеятельности исследуемой ткани. Есть упрощенный, но эффективный способ определения жизнеспособности ткани. Определяют коэффициент поляризации:

, где Z_нч измеряют при ν=10 2 Гц, а Zвч — при ν =10 6 Гц.

В живой ткани К>1 и тем больше, чем выше уровень обмена веществ и чем лучше сохранена структурная целостность.

Широкое применение в медицинской практике нашла методика реографии— исследование импеданса тканей, органов, обуслов­ленных изменением их кровенаполнения.

В этом методе используют обычно ток частотой от 20 до 200 кГц, и не более 10 мА в величине. Реограмма представляет собой зависимость импеданса ткани от времени. Конфигурация, амплитуда и временные параметры этой кривой зависят от многочисленных факторов: состояния миокарда, тонуса сосудов, состояния капил­лярного и венозного кровотока.

В процессе жизнедеятельности живые организмы, человек в частности, излучают в широком диапазоне электромагнитных волн: от радиочастот до ультрафиолетового излучения. В широком диапазоне частот излучаются и звуки. Тело человека имеет сложное строение, т.е. подразделяется на отдельные органы, ткани, жидкости; оно характеризуется значительной неоднородностью пассивных электрических, механических и др. характеристик. Все это обуславливает сложную структуру излучаемых ЭМ и звуковых полей. К тому же все излучения обязательно промодулированы переменными физиологическими процессами.

Физические поля несут обширную информацию о жизнедеятельности живых организмов. Поэтому понятен интерес к их регистрации, изучению и применению в диагностике. Рассмотрим более подробно поля излучаемые человеком.

1. Для тела с температурой около 300 К максимум излучения приходится на инфракрасную область с λ=8-14 мкм. Мощность излучения человека в этой области составляет около 100 Вт.

Читайте также: Как покрасить мягкую мебель из ткани в домашних условиях

Кисть руки излучает 100 мВт. Чувствительность кожи к инфракрасному излучению — 0,1 мВт/см 2 . Это объясняет возможность обратного воздействия на физиологические процессы от внешних источников излучения (рук человека). Установлено, что, действуя на кожу в зонах Захарьина-Геда малыми дозами тепла, можно в какой-то степени стимулировать работу внутреннего органа, связанного с этой зоной. Зоны Захарьина-Геда — области кожи, в которых при заболеваниях отдельных внутренних органов возникают отраженные боли, а также болевая и температурная повышенная чувствительность к раздражителям, воздействующим на органы чувств.

Интересно отметить, что ИК излучение человека попадает в «окно прозрачности» атмосферы и сравнительно мало поглощается в ней. Это позволяет регистрировать ИК излучение человека на расстоянии. Современные тепловизорные системы позволяют получать термограммы биообъекта с достаточно высокой чувствительностью — до 0,05°С.

2. Радиоизлучение — дециметровые волны (частота несколько гигагерц, т.е. λ-30 см) дают информацию о тeмпepaтype и временных ритмах внутренних органов. Регистрируются сигналы с глубины 5-6 см, мощность радиоизлучения составляет 10 -13 Вт. Современная аппаратура регистрирует изменения мощности 10 -16 Вт.

Злокачественные опухолевые процессы повышают температуру тканей на 1,2°С, при нарушениях кровообмена температура в органе снижается.

Увеличение глубины, на которой измеряется температура, возможнo при увеличении длины волны регистрируемого излучения, но при этом ухудшается разрешающая способность в определении изменений температуры.

3.Низкочастотные электрические поля — до 1кГц — связаны с электрохимическими потенциалами и потоками ионов через мембраны. Эта поля сильно ослабляются живыми тканями и частично экранируются проводящими участками тканей. Эффект экранирования заключается в том, что электростатическое поле не проходит внутрь проводника.

Исследование низкочастотных полей очень распространено в диагностике. Это такие методы как электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография.

4.Излучение магнитных полей.

Основные химические компоненты биосред относятся к диамагнетикам (белки, углеводы, липиды, вода) с магнитной проницаемостью µ≈1, это означает, что живые ткани не ослабляют магнитное поле.

Источники магнитных полей можно локализировать с достаточной точностью, несмотря на то, что человек излучает очень слабые магнитные поля, примерно, в миллион раз слабее магнитного поля Земли. Магнитодиагностика весьма информативна в исследованиях сердца, мозга, мышц. Так, при исследовании сердца магнитные сигналы позволяют локализовать область патологии с точностью до 1 см.

5. В оптическом диапазоне регистрируются сигналы биолюминесценции, по которым можно контролировать протекание биохимических процессов.

6.В процессе метаболизма биологический объект вносит возмущение в среду, т.е. изменяет газовый и аэрозольный состав, проводимость и диэлектрическую проницаемость. Например, по запаху можно диагностировать около 40 заболеваний: абцесс легкого, диабет, дифтерию и др.

7.Очень информативны акустические сигналы. В инфразвуковом диапазоне может быть получена информация о функционировании внутренних органов, мышц. О процессах на клеточном и молекулярном уровне несут информацию высокочастотные сигналы.

Источники акустического излучения можно локализовать достаточно точно, т.к. длина акустических волн меньше, чем у электромагнитных (низкочастотных) волн.

Состояние биоо6ъекта существенно не стационарно, поэтому важно наблюдать динамику изменения физических полей, в которой должны проявляться характеристики регуляторных систем гомеостаза.

8. Биополе. (В физике поле — это функция, характеризующая в трехмерном пространстве силы, действующие на те или другие пробные тела (заряд, магнит, массу). Поле считается физической реальностью лишь в той мере, в какой соответствующие силы можно измерить).

Впервые термин «биополе» или «морфогенное поле» ввел в научный оборот А.Г. Гурвич. В результате экспериментов по морфогенезу он пришел к следующим выводам:

Читайте также: Прокладочная ткань для платья

1.Вокруг растущего зародыша существует некое «морфогенное поле», распространяющееся за его пределы и определяющее в каждой точке пространства направление и скорость роста других клеток того же организма.

2.Морфогенные поля отдельных зародышевых клеток векторно складываются.

3.Морфогенное поле имеет не силовой характер, т.е. само не совершает никакой работы против внешних сил. Оно выполняет сугубо информационную роль, управляя процессами обмена веществ в клетках.

Мы видим, что введенное понятие является полем лишь с точки зрения биолога, но не физика. Позднее этим термином стали называть «новое» физическое поле, а это уже подпадает под.

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 267
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 172
• БГТУ 603
• БГУ 155
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 963
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 120
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1966
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 299
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 408
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 498
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 131
• ИжГТУ 145
• КемГППК 171
• КемГУ 508
• КГМТУ 270
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2910
• КрасГАУ 345
• КрасГМУ 629
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 138
• КубГУ 109
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 369
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 331
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 637
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 455
• НИУ МЭИ 640
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 213
• НУК им. Макарова 543
• НВ 1001
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1993
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 302
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 120
• РАНХиГС 190
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 245
• РГГМУ 117
• РГПУ им. Герцена 123
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 123
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 131
• СПбГАСУ 315
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 146
• СПбГПУ 1599
• СПбГТИ (ТУ) 293
• СПбГТУРП 236
• СПбГУ 578
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 194
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 114
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1654
• СибГТУ 946
• СГУПС 1473
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2424
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 325
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

• 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