Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.
Внутренняя энергия тела может изменяться за счет работы внешних сил. Для характеристики изменения внутренней энергии при теплообмене вводится величина, называемая количеством теплоты и обозначаемая Q. В международной системе единицей количества теплоты, также как работы и энергии, является джоуль: [Q] = [A] = [E] = 1 Дж. На практике еще иногда применяется внесистемная единица количества теплоты – калория. 1 кал. = 4,2 Дж.
Количество теплоты, передаваемое от одного тела к другому, может идти на нагревание тела, плавление, парообразование, либо выделяться при противоположных процессах – остывании тела, кристаллизации, конденсации. Теплота выделяется при сгорании топлива. Между массой вещества и количеством теплоты, необходимым для его нагревания, существует прямая пропорциональная зависимость.
- Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при его охлаждении, прямо пропорционально массе тела и изменению его температуры:
Q = cmΔT, где с — удельная теплоемкость [Дж/кг·К], m — масса тела [кг], ΔT — изменение температуры [К]
- Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар или выделяющееся при его конденсации, прямо пропорционально массе жидкости:Q = Lm, где L — удельная теплота парообразования [Дж/кг], m — масса тела [кг]
- Количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделяющееся при его кристаллизации, прямо пропорционально массе этого тела:Q = λm, где λ (лямбда) — удельная теплота плавления [Дж/кг], m — масса тела [кг]
- Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, прямо пропорционально его массе:Q = qm, где q — удельная теплота сгорания [Дж/кг], m — масса тела [кг]
Удельная теплоемкость вещества показывает, чему равно количество теплоты, необходимое для нагревания или выделяющееся при охлаждении 1 кг вещества на 1 К.
Удельные теплоты парообразования, плавления, сгорания показывают, какое количество теплоты требуется для парообразования, плавления или выделяется при конденсации, кристаллизации, сгорании 1 кг вещества.
Диатермия, диатермокоагуляция, электротомия
Метод ДИАТЕРМИИ основан на хорошо известном эффекте Джоуля. На тело пациента накладываются электроды терапевтического контура (см. рис.1). Протекающий по цепи высокочастотный ток (1,5-2МГц) создает тепловой эффект в тканях (см. рис. 2).
Количество теплоты q, выделяемое в единицу времени в единице объема ткани, может быть рассчитано на основании закона Джоуля-Ленца по формуле:
(1)
где: — удельное сопротивление ткани;
— плотность тока.
При диатермии кожа и подкожная клетчатка нагреваются сильнее, чем мышцы и другие хорошо проводящие ткани.
Кожа и подкожная
Электрод 1 клетчатка
Переменный ток
Метод диатермии предполагает очень плотный контакт тела пациента с электродами, т.к. при нарушении контакта вследствие возрастания плотности тока могут возникнуть ожоги. В настоящее время диатермия применяется мало — ее заменяют более эффективные бесконтактные методы: УВЧ-терапия, индуктотермия и микроволновая терапия.
Читайте также: Текстура баннерной ткани бесшовная
ДИАТЕРМОКОАГУЛЯЦИЯ и ЭЛЕКТРОТОМИЯ — хирургические методы сваривания и рассечения тканей с использованием высокочастотного переменного тока.
Один из электродов (активный) при диатермокоагуляции (электрокоагуляции) имеет форму маленького шарика, второй остается плоским с достаточно большой площадью поверхности.
Точечный электрод плотно прижимается к ткани, после чего включается ток. При этом максимальная плотность тока будет в малом объеме около активного электрода (рис. 3). Нагрев ткани под электродом до 60-80 о вызывает свертывание белков.
При электротомии активный электрод имеет форму тонкого лезвия, поэтому нагрев ткани под электродом происходит еще более интенсивно (больше плотность тока). Мгновенное испарение (со взрывом) клеточной и межклеточной жидкости приводит к рассечению ткани.
 |
Область большой
Индуктотермия
Метод индуктотермии отличается от диатермии тем, что тепловой эффект достигается не высокочастотным электрическим током, а наведенными высокочастотным магнитным полем (10-15МГц) вихревыми токами (токи Фуко).
В этом методе свободные клеммы терапевтического контура подсоединяются к катушке индуктивности (индуктору), содержащей несколько витков гибкого изолированного провода, который либо обмотан вокруг конечности человека (в виде соленоида), либо сложен в плоскую спираль. Быстропеременное магнитное поле индуцирует электрическое поле в тканях организма, которое имеет особую, вихревую структуру и приводит к образованию вихревых токов. Основное тепловыделение при индуктотермии происходит в тканях с высоким содержанием электролита (кровь, лимфа).
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Если биологическая ткань, обладающая удельной электропроводностью 
,помещена в однородное переменное магнитное поле с индукцией ( 
) и частотой ( 
) (рис. 4), а индукция магнитного поля изменяется по гармоническому закону, то скорость изменения магнитного поля можно представить в виде выражения:
. (2)
Тогда на основании закона электромагнитной индукции мгновенные значения индукционного тока :
 |
,
эффективное значение индукционного тока IВ:
 |
, (3)
где — эффективное значение индукции магнитного поля.
( )
Рис. 4. B – линии магнитной индукции ( 
),
— мгновенные значения индукционного тока.
Тогда удельная мощность, выделяемая в тканях:
, (4)
где некоторый коэффициент пропорциональности.
Таким образом, количество теплоты q, выделившееся при индуктотермии в единице объема за единицу времени, прямо пропорционально квадрату частоты и квадрату магнитной индукции и обратно пропорционально удельному сопротивлению тканей.
Индуктотермия вызывает усиление тормозных процессов в коре головного мозга; генерализованные сосудистые реакции; повышение местной и, незначительное, общей температуры тела; влияет на обменные процессы; изменение свертывающей и антисвертывающей системы крови.
Метод индуктотермии эффективен при лечении хронических воспалительных процессов, возникающих как поверхностно, так и в глубоко лежащих тканях.
Использование токов и полей в лечебных целях
Биологические ткани и органы являются разнородными образованиями: одни из них являются диэлектриками, другие проводниками. Значительную часть организма составляют биологические жидкости (электролиты), содержащие большое количество ионов.
Под воздействием постоянного электрического поля ионы, содержащиеся в биологических тканях, приходят в направленное движение. При этом происходит их разделение и изменение их концентрации в различных элементах ткани.
Читайте также: Прихватка своими руками из ткани 4 класс шаблоны
Электрофорез — метод, основанный на введении вещества через кожу или слизистые оболочки под действием постоянного тока. Под электроды на кожу кладут прокладки, смоченные соответствующим лекарственным препаратом. Через катод вводят анионы (йод, гепарин, бром), а через анод — катионы (Na, Ca, новокаин).
Гальванизация — физиотерапевтический метод, основанный на пропускании постоянного тока напряжением 60—80 В через ткани организма.
Первичное действие переменного (гармонического) тока и электромагнитного поля на биологические объекты заключается в следующем: а) смещение ионов в растворах электролитов, их разделение, перераспределение; б) изменение поляризации диэлектриков.
Высокочастотные токи. 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. (Постоянный ток и токи низкой частоты для нагревания тканей не пригодны, так как их использование при больших значениях может привести к электролизу и разрушению).
Преимущества лечебного прогревания ВЧ электромагнитными колебаниями перед грелкой:
• образование теплоты во внутренних частях организма;
• подбирая соответствующую частоту, можно осуществлять термоселективное воздействие;
• можно дозировать нагревание, регулируя мощность генератора;
• возникновение внутримолекулярных процессов, которые приводят к специфическим воздействиям.
Вычислим количество теплоты q, выделяющееся в единице объема.
Мощность тока, расходуемая на нагревание тканей, определяется по формуле Р = I 2 ·R. Преобразуем ее, считая, что образец биологической ткани длиной L имеет удельное сопротивление р и контактирует с двумя плоскими электродами площадью S (рис. 12.3).
Пусть плотность тока j одинакова во всех точках ткани и равна плотности тока на электродах.Учитывая что получаем:
Рис. 12.3.Схема расположение биологической ткани между электродами
где V = SL — объем ткани. Разделив полученное выражение на объем, узнаем количество теплоты q, выделяющееся за 1 с в 1 м 3 :
Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в следующих физиотерапевтических процедурах.
Диатермия (сквозное прогревание) — получение теплового эффекта в глубоколежащих тканях. При диатермии применяют ток частотой 1—2 МГц, напряжением 100—150 В, сила тока 1—1,5 А. При этом сильно нагреваются кожа, жир, кости, мышцы (так как у них наибольшее удельное сопротивление). Меньше нагреваются органы, богатые кровью или лимфой: легкие, печень, лимфоузлы.
Недостаток диатермии — непродуктивное выделение теплоты в слое кожи и подкожной клетчатке.
Местная дарсонвализация. При этом применяют ток частотой 100—400 кГц, силой тока I = 10—15 мА и напряжением — десятки кВ.
Токи высокой частоты используются для хирургических целей.
Диатермокоагуляция — прижигание, «сваривание» ткани. При этом применяется плотность тока 6—10 мА/мм 2 , в результате чего температура ткани повышается и ткань коагулирует.
Диатермотомия — рассечение тканей при помощи электрода в форме лезвия. При этом плотность тока составляет 40 мА/мм 2 .
Электрохирургическое воздействие сопровождается меньшими кровопотерями.
Переменное магнитное поле
Читайте также: Как сделать из ткани собакам костюмы
Если поместить биологическую ткань в переменное магнитное поле (например, возле торца катушки с переменным током), то в результате явления электромагнитной индукции в проводящих тканях образуются вихревые токи (токи Фуко), нагревающие объект.
Нагревание области тела при действии высокочастотного магнитного поля (частота 10—15 МГц) называется индуктотермией. Схема воздействия показана на рис. 12.4.
При индуктотермии больше нагреваются ткани с небольшим удельным сопротивлением. Сильнее будут нагреваться ткани, богатые сосудами, например, мышцы. Меньше будут нагреваться такие ткани, как жир. Используется также индуктотермия при УВЧ магнитном поле.
Рис. 12.4.Схема воздействия при индуктотермии
В полую катушку помещают образец. При пропускании по катушке переменного тока создается высокочастотное магнитное поле, нагревающее образец
Высокочастотные токи и поля
Одним из распространенных методов высокочастотной терапии является воздействие высокочастотным электрическим полем УВЧ (УВЧ-терапия). При этом биологическая система помещается между плоскими электродами, которые не касаются тела (рис. 12.5).
Рис. 12.5.Схема воздействия полем УВЧ
При УВЧ-терапии колебания имеют частоту 40—50 МГц. В России в аппаратах УВЧ используется частота 40,58 МГц.
При УВЧ-терапии диэлектрические ткани организма нагреваются интенсивнее проводящих (на частоте около 40 МГц, которая используется на практике).
Тепловой эффект не всегда является главной целью процедуры. Во многих случаях важным является значительное влияние на физиологическое состояние клетки, которое может изменяться под влиянием колебаний полярных молекул или отдельных частей органических молекул в переменном УВЧ электрическом поле.
Электромагнитные СВЧ волны
Физиотерапевтические методы, основанные на использовании электромагнитных волн СВЧ диапазона, в зависимости от длины волны получили два названия: микроволновая терапия (частота — 2375 МГц, длина волны — 12,6 см) и ДЦВ-терапия, т. е. терапия дециметровыми волнами (частота — 460 МГц, длина волны — 65,2 см).
Первичное действие СВЧ волн на вещество обусловлено колебаниями ионов в растворах электролитов, а также атомов или молекул в полярных диэлектриках, которые вызываются переменным высокочастотным электромагнитным полем волны, проникающей в вещество. При этом в единице объема ткани выделяется количество теплоты прямо пропорциональное относительной диэлектрической проницаемости ткани е, круговой частоте со и квадрату интенсивности электромагнитного поля I.
где k — некоторый коэффициент.
Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от способности этих тканей поглощать энергию волны. Сантиметровые волны проникают в мышцы, кожу на глубину до 2 см, в жировую ткань, кости — около 10 см. Дециметровые волны проникают на глубину в 2 раза большую.
Поскольку в частотный диапазон СВЧ-излучения попадает собственная частота колебаний молекул воды, то именно водные среды организма поглощают энергию СВЧ-волн в большей степени. СВЧ-волны слабо взаимодействуют с кожей и жировой клетчаткой, а в мышцах и внутренних органах интенсивно поглощаются. Поэтому мышцы и внутренние органы испытывают наибольшее нагревание при микроволновой терапии. Много тепла выделяется в жидкостях, заполняющих различные полости.
- 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