ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

1. МАКРОИЗЛУЧАТЕЛИ – ПРОВОДНИКИ, ПО КОТОРЫМ ПРОТЕКАЮТ ТОКИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ (ОТКРЫТЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ КОНТУРЫ);

2. МИКРОИЗЛУЧАТЕЛИ – ВОЗБУЖДЕННЫЕ АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, АТОМНЫЕ ЯДРА ВЕЩЕСТВ, А ТАКЖЕ ДВИЖУЩИЕСЯ С УСКОРЕНИЕМ ЗАРЯЖЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ.

№2

пороговая сила (порог ощутимого тока) – минимальная величина амплитуды импульсов тока, вызывающего физиологическую реакцию, чаще всего сокращение мышцы.

порог неотпускающего тока - минимальная сила тока, вызывающая у «среднего» человека такое сгибание суставов, при котором человек не может самостоятельно освободиться от проводника - источника напряжения.

Импульсный ток как лечебный фактор используется в медицине главным образом для электростимуляции.

Билет 4

№1

Электрический заряд – это свойство частиц материи (или тел), характеризующее интенсивность электромагнитного взаимодействия. Единица измерения в СИ: 1 Кл = 1 А × с.

Фундаментальные свойства электрического заряда:

Существует в двух видах: положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

> Электрический заряд дискретен.

> Электрический заряд аддитивен.

> Электрический заряд подчиняется закону сохранения заряда.

Закон сохранения электрического заряда

Алгебраическая сумма электрических зарядов любой изолированной системы сохраняется.

Изолированная система – система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами.

Закон Кулона

Модуль силы взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорционален зарядам q1 и q2 и обратно пропорционален квадрату расстояния r между ними:

где ε0 – электрическая постоянная, относящаяся к числу фундаментальных физических постоянных; ε0 = 8,85×10–12 Ф/м.

№2

Электрическим током называется направленное перемещение электрических зарядов.

Характеристики тока.

Электрический ток имеет две основные характеристики: величину, или силу тока, и направление.

Силой тока называется заряд, проходящий в единицу времени через поперечное сечение проводника:

или, при равномерном течении тока, просто

Сила тока – скалярная характеристика. Измеряется в амперах, A.

За направление тока условно принято направление перемещения положительных зарядов. Траектории направленного движения положительных зарядов по проводнику называют линиями тока. Касательная к линии тока в любой точке показывает направление скорости этого упорядоченного движения.

Есть еще дополнительная, но также важная, характеристика тока – его плотность. Плотностью тока называется заряд, протекающий в единицу времени через единицу площади сечения проводника. С учетом определения силы тока можно записать:

где S – площадь сечения.

При равномерном распределении заряженных частиц по сечению можно воспользоваться формулой:

Плотность тока можно выразить через характеристики создающих ток частиц: заряд одной частицы q0 , скорость υ движения носителей заряда и их концентрацию – число n заряженных частиц в единице объема проводника:

Так как скорость – вектор, то и плотность тока (в отличие от силы тока) является векторной характеристикой. Вектор плотности тока направлен по касательной к линиям тока и совпадает по направлению с вектором скорости.

Размерность плотности тока – ампер на квадратный метр, А / м^2.

Виды тока.

Исходя из двух основных характеристик тока, различают ток постоянный, переменный и прямой, или пульсирующий.

У постоянного тока (рис.1) и величина, и направление не меняются со временем.

У переменного тока (рис.3), напротив, обе характеристики изменяются со временем.

У прямого тока (рис.2) во времени меняется величина, но направление остается постоянным.

Постоянный электрический ток – упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Билет 5

№ 1

ПЕРВИЧНЫЙ МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТОКОВ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОРГАНИЗМ – ФИЗИЧЕСКИЙ и ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ. С ОДНОЙ СТОРОНЫ, СУТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗАВИСИТ ОТ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ФАКТОРА (НАПРЯЖЕННОСТИ ПОЛЯ, ЧАСТОТЫ И ДР.). С ДРУГОЙ СТОРОНЫ, ОТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ СРЕДЫ. ОДНАКО, МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ВЫРАЖЕНЫ ОЧЕНЬ СЛАБО И ПРИ РАССМОТРЕНИИ МЕХАНИЗМА ВОЗДЕЙСТВИЯ НЕ УЧИТЫВАЮТСЯ.

Электрические свойства тканей зависят от содержания в них воды с растворенными солями. По содержанию воды биологические ткани делятся на:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ (ρ) ИЛИ УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ (𝜸 = 𝟏/𝝆) – ДЛЯ ПРОВОДЯЩИХ ТОК ТКАНЕЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНИЦАЕМОСТЬЮ (ε) – ДЛЯ ТКАНЕЙ-ДИЭЛЕКТРИКОВ.

№2

Силой тока называется заряд, проходящий в единицу времени через поперечное сечение проводника:

или, при равномерном течении тока, просто

Сила тока – скалярная характеристика. Измеряется в амперах, A.

где S – площадь сечения.

При равномерном распределении заряженных частиц по сечению можно воспользоваться формулой:

Размерность плотности тока – ампер на квадратный метр, А / м^2.

Виды тока.

Исходя из двух основных характеристик тока, различают ток постоянный, переменный и прямой, или пульсирующий.

У постоянного тока (рис.1) и величина, и направление не меняются со временем.

У переменного тока (рис.3), напротив, обе характеристики изменяются со временем.

У прямого тока (рис.2) во времени меняется величина, но направление остается постоянным.

Постоянный электрический ток – упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Билет № 6

№1

Виды полей

Поле, характеристики которого не меняются во времени, называется постоянным (стационарным). Пример стационарного поля - электростатическое поле. Поле, характеристики которого изменяются во времени, – переменное.

Если работа сил поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории, то поле называется потенциальным. Работа такого поля на замкнутой траектории равна нулю.

Электростатическое поле – поле, созданное неподвижными зарядами. Такое поле неизменно во времени, то есть является стационарным. Кроме того, это пример потенциального поля.

Поле, во всех точках которого напряжённость одинакова как по величине, так и по направлению, называется однородным.

Силовые линии электростатического поля не замкнуты: они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах.

Принцип суперпозиции

Напряженность поля системы точечных неподвижных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавали бы каждый из зарядов в отдельности:

Систему из двух проводников (обкладок), разделённых тонким слоем диэлектрика, способную хранить электрические заряды значительной величины, называют конденсатором

Заряд, находящийся на каждой обкладке конденсатора, создаёт между ними электрическое поле, напряжённость которого пропорциональна величине этого заряда, q. Поэтому работа по перенесению любого заряда между обкладками конденсатора, а значит, и напряжение между его обкладками будет пропорциональна заряду q. Таким образом, заряд q любого конденсатора должен быть пропорционален напряжению U между его обкладками, что можно записать следующим образом:

q = CU

где С – постоянный для данного конденсатора коэффициент, называемый электроёмкостью конденсатора и равный отношению заряда одной из его обкладок к напряжению между этой обкладкой и другой.

Электроёмкость конденсатора не зависит от заряда на его обкладках и определяется только размерами, формой и относительным расположением этих обкладок.

Единицей электроёмкости в СИ является фарад (Ф), названный так в честь М. Фарадея. Конденсатор имеет электроёмкость в 1 Ф, если напряжение между его обкладками, обладающими разноимёнными зарядами по 1 Кл, равно 1 В. Из q=CU следует, что 1 Ф = 1 Кл/1 В. Электроёмкость реальных конденсаторов гораздо меньше 1 Ф, поэтому для её измерения часто используются микрофарад (мкФ, 10-6 Ф) или пикофарад (пФ, 10-12 Ф).

Конденсатор, у которого обкладками являются плоские, параллельные друг другу, металлические пластины, разделённые тонким слоем диэлектрика, называют плоским конденсатором Энергия его ЭП равна работе по созданию поля при зарядке конденсатора. Зарядка производится путем переноса малого, "элементарного" заряда dq с одной пластины на другую. Элементарная работа зарядки конденсатора

A = qU / 2,

A = q^2 / (2c).

№2

Суть теории Максвелла состоит в том, что изменяющееся магнитное поле создает не только в окружающих телах, но и в вакууме вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, вызывает появление магнитного поля.

Четыре основных положения:

1) Электрическое поле, соответствующее какому-либо распределению заряда, определяется из закона Кулона

2) Магнитные заряды не существуют

3) Переменное магнитное поле возбуждает электрический ток

4) Магнитное поле возбуждается токами и переменными электрическими полями

Электромагнитная волна – это распространение в пространстве колебаний единого электромагнитного поля (связанных друг с другом вихревого электрического и переменного магнитного полей).

E, H и 𝐸𝑚𝑎𝑥, 𝐻𝑚𝑎𝑥 – мгновенные и максимальные, соответственно, значения напряженностей электрического и магнитного полей;

ω – циклическая частота колебаний;

t – время;

𝑙 – расстояние от источника э/м волны до данной точки;

𝜐 – скорость распространения э/м волны.

Билет 7

№1

Электрический диполь – это система, двух точечных зарядов +q и –q, жестко связанных между собой и смещенных на расстояние l друг относительно друга.

Плечо диполя - это векторная велична l , направленным от отрицательного заряда к положительному.

Дипольный момент - векторная характеристика, он направлен по линии, соединяющей центры зарядов, от отрицательного полюса диполя к положительному.

Потенциал поля, созданного диполем, вычисляется по формуле:

jд = p Cos α / 4πε0εr^2.

Здесь α – угол между диполем и направлением на точку, в которой измеряется потенциал; r – расстояние от диполя до этой точки; ε0 – электрическая постоянная; ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которую помещен диполь.

Электрическое поле диполя

Электрическое поле, созданное диполем, отличается от того, которое создаётся одиночным зарядом. Если электрическое поле создано положительным зарядом, силовые линии начинаются на заряде и направлены в бесконечность. Силовые линии диполя начинаются на положительном заряде и завершаются на отрицательном заряде.

№2

ВЕЛИЧИНА ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА :

где H – величина напряженности магнитного поля; 𝝂 – частота; ρ – удельное сопротивление ткани; 𝜸 – удельная проводимость ткани.

ОСНОВНОЕ ТЕПЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ОКАЗЫВАЕТСЯ НА ТКАНИ С МАЛЫМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ИЛИ БОЛЬШОЙ УДЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ.

ПОЭТОМУ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ТКАНИ СИЛЬНЕЕ НАГРЕВАЮТСЯ ТКАНИ – ЭЛЕКТРОЛИТЫ, НАПРИМЕР, МЫШЦЫ. В МЕНЬШЕЙ СТЕПЕНИ НАГРЕВАЮТСЯ ТАКИЕ ТКАНИ КАК ЖИР.

ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ТКАНЯМИ:

1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТОКОВ ФУКО И ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ.

2. НЕТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТ - вихревые токи вызывают изменение характера взаимодействия собственных магнитных полей заряженных частиц в ткани, но подробно этот механизм мы разбирать не будем..

Совместное действие вихревых токов и тепла вызывает ряд физико-химических изменений в тканях организма и включает рефлекторные механизмы регуляции физиологических функций организма.

ПЕРЕМЕННОЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПРИМЕНЯЮТ В ЭЛЕКТРОТЕРАПЕВТИЧЕСКОМ МЕТОДЕ - ИНДУКТОТЕРМИЯ.

Билет 8

№1

Постоянный электрический ток – упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Классификация:

1. Ток проводимости – направленное движение зарядов в проводящих телах (электроны в металлах, ионы в электролитах).

2. Конвекционный ток – движение заряженных тел и поток электронов или других заряженных частиц в вакууме.

Условия существования электрического тока:

1. Наличие свободных зарядов.

2. Наличие электрического поля, т.е. сил, действующих на эти заряды.

Характеристика: и величина, и направление не меняются со временем.

Переменный ток – это вынужденные электрические колебания. Сила тока и напряжение изменяются по гармоническому закону:

Характеристики переменного тока:

1. Частота колебаний силы тока и напряжения - v [Гц]

2. Период переменного тока – T [с]

3. Циклическая частота – число колебаний за 2π сек. - ω [рад/с]

4. Мгновенные значения силы тока и напряжения.

5. Амплитуды силы тока и напряжения.

6. Эффективное значение силы тока и напряжения (все измерительные приборы регистрируют это значение). Эффективное значение переменного тока – такое значение постоянного тока, который за одинаковое время в одном и том же проводнике выделяет такое же количество теплоты, что и данный переменный ток.

7. Фаза колебания (ω +ϕ0 t ), где ϕ 0 - разность фаз колебаний силы тока и напряж.

Виды сопротивлений в цепи переменного тока:

1. Активные сопротивления – сопротивления, на которых происходит необратимый процесс превращения энергии электрического тока в тепловую энергию. Обозначаются: R.

Определяется:

2. Реактивные сопротивления – сопротивления, на которых происходят обратимые процессы преобразования энергии электрического тока в энергию электрического и магнитного полей.Это сопротивление конденсатора и катушки индуктивности. Обозначается: X C X L.

№2

ГРАФИЧЕСКОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭТИХ ДИАПАЗОНОВ В РЯД ПО ЧАСТОТАМ ИЛИ ДЛИНАМ ВОЛН НАЗЫВАЮТ ШКАЛОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

РАДИОВОЛНЫ – э/м волны с λ в диапазоне 3 ∙ 104м − 1 мм и частотой от 10^4 Гц до 10^13Гц. Источниками радиоволн являются макроизлучатели.

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (ИК – лучи) – э/м волны с длиной волны λ = 2 мм ─ 760 нм и частотой 1013− 1014Гц. Излучаются всеми телами при температуре выше 0°К, благодаря внутриатомным и внутримолекулярным процессам.

ВИДИМЫЙ СВЕТ – э/м волны, которые действуя на глаз, вызывают у человека зрительное ощущение. Длина волны λ = 760 ─ 380 нм. Источниками являются возбужденные атомы.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (УФ– лучи) – э/м волны с длиной волны λ = 380 ─ 10 нм. Источниками являются возбужденные атомы.

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (Х – лучи) – э/м волны с длиной волны λ в диапазоне 80 ─ 10−5 нм, которые возникают при изменении скорости движения электронов внутренних оболочек атомов и резком торможении электронов.

ГАММА – ИЗЛУЧЕНИЕ - самое коротковолновое (λ< 0,1 нм) и самое высокочастотное (ν > 1019 Гц ) электромагнитное излучение. Возникает при радиоактивном распаде неустойчивых ядер некоторых элементов.

Билет 9

№1

Фундаментальные свойства электрического заряда:

> Электрический заряд дискретен.

> Электрический заряд аддитивен.

> Электрический заряд подчиняется закону сохранения заряда.

Закон сохранения электрического заряда

Алгебраическая сумма электрических зарядов любой изолированной системы сохраняется.

Изолированная система – система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами.

Закон Кулона

Точечным зарядом называется заряженное тело или частица, размеры которого (которой) пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других зарядов рассматриваемой системы.

Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то кулоновская сила:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды

Электрическое поле – векторное поле, определяющее воздействие на заряженные частицы, не зависящее от их скоростей. Электрическое поле является одной из компонент единого электромагнитного поля.

Если все заряды, создающие поле, в данной системе отсчета неподвижны, то поле называется электростатическим.

Напряженностью электрического поля в данной точке называется отношение силы, действующей со стороны электрического поля на покоящийся пробный заряд:

Единица измерения в СИ: 1Н/Кл = 1 В/м.

Напряженность численно равна силе, действующей со стороны электрического поля на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Потенциалом электрического поля в данной точке называется работа сил поля по перемещению положительного единичного точечного заряда из данной точки поля в бесконечность:

При этом потенциал бесконечности условно принимают равным нулю, полагая, что на бесконечности поле отсутствует: j¥ = 0.

Конечно, такое определение потенциала не позволяет выполнить его экспериментальное измерение, т.к. в действительности невозможно удалиться на бесконечность. Поэтому реальный физический смысл имеет понятие «разность потенциалов» двух точек поля, то есть работа поля по перемещению положительного единичного точечного заряда из одной точки поля (1) в другую (2):

Потенциал и разность потенциалов – величины скалярные.

В системе СИ потенциал и разность потенциалов измеряются в вольтах, В = Дж/Кл.

Если поле создаётся несколькими зарядами, то потенциал его в каждой точке равен алгебраической сумме потенциалов отдельных зарядов:

№2

Электрическим контуром называется замкнутая электрическая цепь.

Для того, чтобы в контуре могли возникнуть колебания, он должен содержать два обязательных элемента: конденсатор и катушку индуктивности. Если контур включает только эти элементы, он называется идеальным. Свободные колебания в идеальном контуре – незатухающие, гармонические. Если же, кроме этих элементов, контур включает еще резистор, то свободные колебания в нем будут затухающими.

Свободные колебания в идеальном контуре

Для того чтобы в идеальном контуре возникли свободные колебания, нужно сначала зарядить конденсатор, после чего отключить контур от источника питания. (Точно так же для возникновения механических колебаний нужно было вывести систему из положения равновесия.) После отключения конденсатор начинает разряжаться на катушку, при этом энергия его электрического поля ЕЭП = CU2/2 уменьшается. В катушке возникает ЭДС самоиндукции и начинает протекать индукционный ток, вокруг нее при этом возникает магнитное поле с энергией ЕМП = LI2 / 2. Индукционный ток перезаряжает конденсатор, и начинается обратный процесс – переход магнитного поля катушки в электрическое поле конденсатора.

И конденсатор, и катушка индуктивности обладают реактивным сопротивлением. Следовательно, полная энергия колебаний в идеальном контуре остается неизменной, не меняется во времени: ЕП = ЕЭП + ЕМП = Const.

В идеальном контуре заряд на обкладках конденсатора изменяется по гармоническому закону:

а период собственных колебаний: - формула Томсона

Билет 10

№1

q = CU

A = qU / 2,

A = q^2 / (2c).

№2

Электрическим током называется направленное перемещение электрических зарядов.

Характеристики тока.

Электрический ток имеет две основные характеристики: величину, или силу тока, и направление.

Силой тока называется заряд, проходящий в единицу времени через поперечное сечение проводника:

или, при равномерном течении тока, просто

Сила тока – скалярная характеристика. Измеряется в амперах, A.

где S – площадь сечения.

При равномерном распределении заряженных частиц по сечению можно воспользоваться формулой:

Размерность плотности тока – ампер на квадратный метр, А / м^2.

Виды тока.

Исходя из двух основных характеристик тока, различают ток постоянный, переменный и прямой, или пульсирующий.

У постоянного тока (рис.1) и величина, и направление не меняются со временем.

У переменного тока (рис.3), напротив, обе характеристики изменяются со временем.

У прямого тока (рис.2) во времени меняется величина, но направление остается постоянным.

Постоянный электрический ток – упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 686; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!