Регистрация электрических потенциалов в методе ЭКГ

В любую фазу сердечной деятельности в сердце существуют возбужденные (-) и невозбужденные (+) участки, между ними возникают электрические силовые линии, которые распространяются по поверхности грудной клетки.

При этом разность потенциалов может быть зарегистрирована между отдельными частями тела.

Отведения биполярных в отличие от униполярных, при которых разность потенциалов регистрируется между активным и нулевым электродами.

Форма ЭКГ зависит от способы отведения. В норме самый высокий зубец R должен быть во втором отведении, так как длина проекции электрической оси сердца на отведение наибольшая.

Нормальная ЭКГ, записанная в стандартных отведениях, имеет 3 положительных, направленных вверх зубца ( P,R,T), и 2 отрицательных (Q и S), направленных вниз от изолинии. Между зубцами ЭКГ имеются интервалы (PQ,QRS,ST).

 При изменении положения сердца в грудной клетке

меняется и направление вектора и соотношение

Амплитуд зубцов в стандартных отведениях.

Происхождение зубцов и интервалов ЭКГ непосредственно связано с возникновением и распространением возбуждения в сердце и хорошо объясняется теорией сердечного диполя. Исходя из этой теории, сердце представляет собою

диполь, помещенный в объемную проводящую систему. Диполь – это система из двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов, расположенных друг oт друга на достаточно близком расстоянии.

Каждое мышечное волокно становится диполем в период деполяризации и реполяризации. Процесс деполяризации мышцы сердца как и процесс реполяризации, можно рассматривать как распространяющийся фронт поверхностей диполей, причем полярность диполей в обеих фазах активности диаметрально противоположна.

В любой момент систолы сердца возбуждается много миллионов волокон, расположенных в разных отделах сердца. Каждое возбуждающееся волокно представляет собою диполь. Каждый электрический диполь продуцирует элементарную электродвижущую силу (ЭДС).

Сердце в каждый момент возбуждения практически представляется в виде одного суммарного диполя, изменяющего в течение цикла возбуждения свою величину и ориентацию, но не меняющего местоположения своего центра.

Так как ЭДС сердца в процессе возбуждения меняет величину и направление, то она является векторной величиной.

Вектор характеризуется точкой приложения, направлением в пространстве и величиной (длиной вектора). Все векторы, возникающие в определенный момент сердечного цикла, можно суммировать в один результирующий вектор.

Обычно суммируют векторы в какой-то промежуток

 времени, например, в период формирования зубца R или Р. Эти векторы характеризуют направление сердечного диполя при возникновении какого-либо зубца, которое принято называть ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОСЬЮ сердца. Вследствие неоднородности охвата возбуждением различных отделов миокарда ЭЛЕКТРИЧЕСКAЯ ОСЬ сердца изменяет свое направление, что влечет за собой неравномерное распределение по телу электрических силовых линий и обеспечивает своеобразную форму электрокардиограмы.

 Зубец Р отражает алгебраическую

 сумму электрических потенциалов, возникающих при возбуждении предсердий.

Зубец Q обусловлен возбуждением внутренней поверхности желудочков, правой сосочковой мышцы и верхушки сердца.

Зубец R - отражает возбуждение поверхности и основания обеих желудочков. К концу зубца S оба желудочки охвачены возбуждением.

Зубец T связан с уходом возбуждения из сердца. Он отражает разность потенциалов между уже поляризованным (+) и еще деполяризованным (-) участками.

Комплекс зубцов QRST называют желудочковым комплексом.

 

При регистрации ЭКГ с помощью стандартных отведений мы фиксируем изменения амплитуды электрической оси сердца только в одном направлении - фронтальном. При этом проекция вектора электрической оси сердца на линию, соединяющую отводящие электроды, определяет амплитуду зубцов в разных отведениях.

Сказанное хорошо видно при рассмотрении т.н. треугольника Эйнтговена.

 

Вопрос 10

Энергия системы электрических зарядов в электрическом поле.усть имеются два неподвижных точечных заряда (рис.16.1). Поле - электростатическое и потенциальное, силы консервативны. Работа, которую совершает поле заряда q₁ при переносе заряда q₂ из бесконечности в точку 2 равна

Считая, что W_p¥(r_1¥®¥)=0, получаем

(16.2)

Это энергия взаимодействия двух точечных зарядов, которая в зависимости от знака зарядов, может быть как положительной, так и отрицательной. Можно говорить, что заряд q₂ в поле, созданном зарядом q₁ обладает потенциальной энергией W_p. Из симметрии формулы ясно, что можно рассуждать и наоборот.Теперь добавим в систему третий заряд q₃ (рис.16.2). По аналогии

а энергия всей системы зарядов

Заметим, что в это выражение все величины входят симметрично, т.е. безразлично, в какой последовательности мы собирали систему. Эта энергия не зависит от процесса, а лишь от состояния системы. Потенциальная энергия - это функция состояния системы. Нулевое значение берется при бесконечном удалении зарядов друг от друга. Заметим также, что это энергия всей системы, энергия взаимодействия, поэтому бессмысленно говорить, что какая-то часть этой энергии принадлежит одному из зарядов. Здесь мы не учитываем собственную энергию каждого точечного заряда.

Это та энергия, которую нужно затратить, чтобы собрать из бесконечно малых порций заряда точечный заряд. Формально она бесконечна, так как необходимо уложить заряды в нулевой объем. Кроме того, эту энергию изменить весьма проблематично. Поэтому можно считать, что это постоянная величина. А мы помним, что потенциальную энергию определяют с точностью до постоянной, которую всегда можно отбросить, так как смысл имеет не сама энергия, а ее изменение.

Обобщив сказанное, можно записать потенциальную энергию взаимодействия системы из N точечных зарядов

(16.5)

Множитель 1/2 появляется в связи с тем, что при суммировании каждая пара зарядов входит в формулу два раза. Перепишем это выражение несколько по иному

, N>1 (16.6) где j_i - потенциал в точке, где находится заряд q_i, созданный всеми другими зарядами.

Напомним, что энергия одного точечного заряда в поле, созданном всеми другими зарядами (рис.16.2) вычисляется в соответствии с формулами (6.16)-(6.18) как

(16.7)

 

 

11. Проводники электрическом поле

Проводник – материал, в котором есть свободный носитель заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно внутри всего материала(металлы, электролиты, плазма). Проводники, в которых преобладает электронная проводимость, обусловленная движением электронов, относят к проводникам первого рода. К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты).

В отсутствие внешнего электрического поля металлический проводник электрически нейтрален, поскольку внутри него электростатическое поле полностью компенсировано отрицательными и положительными зарядами внутри его объема.

Если внести металлический проводник во внешнее электростатическое поле, то электроны проводимости внутри проводника начнут перераспределяться, они придут в движение, и переместятся так, что всюду внутри объема проводника поле положительных ионов и поле электронов проводимости скомпенсирует в конце концов внешнее электростатическое поле.

Если поместить проводник в электрическое поле, то заряды в проводнике станутперемещаться, положительные по полю, отрицательные - против поля

Но на поверхности проводника напряженность E будет направлена по нормали к этой поверхности, ибо в противном случае, составляющая напряженности, направленная по касательной к поверхности проводника привела бы к перемещению зарядов по проводнику, что противоречило бы реальному, статическому из распределению. Снаружи, вне проводника, электрическое поле есть, значит есть и вектор E, перпендикулярный поверхности. Напряжённость электрического поля пропорциональна плотности эл. Заряда в этой точке поверхности.

В итоге, в установившемся состоянии, помещенный во внешнее электрическое поле металлический проводник будет иметь на своей поверхности заряд противоположного знака, а процесс этого установления длится наносекунды.

На том принципе, что внутрь проводника внешнее электрическое поле не проникает, основано электростатическое экранирование. Напряженность внешнего электрического поля Е компенсируется нормальным (перпендикулярным) электрическим полем на поверхности проводника En, а напряженность по касательной Eт равна нулю. Получается, что проводник в этой ситуации полностью эквипотенциален.

В любой точке такого проводника φ = const, поскольку dφ/dl = - E = 0. Поверхность проводника также эквипотенциальна, поскольку dφ/dl = - Eт = 0. Потенциал поверхности проводника равен потенциалу его объема. Нескомпенсированные заряды заряженного проводника, в такой ситуации, располагаются лишь на его поверхности, где носители заряда расталкиваются между собой кулоновскими силами.

Согласно теореме Остроградского-Гаусса, суммарный заряд q внутри объема проводника равен нулю, поскольку E = 0.

12.Диэлектрики. Примеры

Диэлектрик(изолятор) – материал, в которых нет свободных электрических зарядов. Все заряды прочно сидят в атомах/молекулах. Не имеют возможность мигрировать за пределы молекулы в присутствии электрического поля. Под действием они смещаются от своих равновесных положений, в результате молекула превращается в диполь.

 

Поляризация диэлектриков характеризуется вектором поляризации Р, который представляет собой электрический дипольный момент единицы объёма диэлектрика:

Диэлектрики бывают:

А) Полярные

Молекулы этих диэлектриков обладают собственным дипольным моментом даже в отсутствии внешнего эл. Поля

Б) Неполярные

Их молекулы в отсутствии электрического поля не имеют дипольного момента.

В) Сегнетоэлектрик - вещество, имеющее в составе области со спонтанной поляризацией.

Внешнее электрическое поле индуцирует в любой молекуле дипольный момент.

 

 

 

16. Конденсаторы. Пример расчета емкости плоского конденсатора.

Электроемкость уединенного проводника. Рассмотрим заряженный уединенный проводник, т. е. проводник, удаленный от других проводников, тел и зарядов. Потенциал создаваемого им электрического поля на бесконечности будем считать равным нулю. Так как потенциал имеет постоянное значение по всему объему проводника, то можно говорить о потенциале проводника в целом.

Потенциал, который приобретает проводник при сообщении ему заряда q, будем обозначать φ. Многочисленными экспериментами было установлено, что отношение q/φ заряда проводника q к его потенциалу φ не зависит ни от q, ни от φ, а определяется только формой, размерами проводника и диэлектрической проницаемостью ε среды, в которой он находится. Это отношение назвали емкостью уединенного проводника(электроемкостью).

 

Электроемкость - физическая величина, численно равна заряду, который необходимо сообщить проводнику для того, чтобы изменить его потенциал на единицу.

Емкость C уединенного проводника задается соотношением: q=C⋅φ

где q − заряд этого проводника, φ − его потенциал. В СИ единица измерения емкости – фарад

1Ф=1Кл/ 1В

Фарад − очень большая единица измерения, поэтому, как правило, используются внесистемные единицы: микрофарад, 1 мкФ=10⁻⁶ Ф, и пикофарад,1 пФ=10⁻¹² Ф. Емкость земного шара примерно равна 700 мкФ. Емкостью в один фарад обладал бы шар с радиусом в 13 раз большим, чем радиус Солнца.

Конденсатор- система проводников, которая обладает емкостью, значительно большей, чем уединенный проводник, и притом не зависящей от окружающих тел.

Конденсаторы применяются для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов, для накопления электрической энергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.

Простейший конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), расположенных на малом

расстоянии друг от друга.

Форма пластин может быть различной: плоской, сферической, цилиндрической. По форме пластин различают и тип конденсатора. Если заряжается одна пластина, то благодаря явлению электростатической индукции заряд второй наводится через влияние первой. Поэтому вторая пластина будет иметь такой же заряд, но противоположного знака. Заряд q конденсатора − модуль заряда одной из его обкладок, при этом на одной из обкладок находится положительный заряд +q, а на другой − отрицательный −q.

Обозначаются конденсаторы на схемах так:

— конденсатор постоянной емкости;

— конденсатор переменной емкости.

 

Конденсатор- 2 проводника, разделенные непроводящей средой(вакуум , диэлектрики)

Основной характеристикой конденсатора является его емкость. В отличие от емкости уединенного проводника под емкостью конденсатора понимают отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками (эту разность называют напряжением):С = q/UU = φ1−φ2

где q − заряд конденсатора, φ1−φ2 − разность потенциалов между его обкладками.

В СИ единица измерения емкости − фарад: [C]=Ф.

Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические.

Плоский конденсатор − система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии.

Заряженный плоский конденсатор создает вокруг себя электрическое поле. В основном оно локализовано между его пластинами, однако вблизи краев пластин и в окружающем пространстве проявляются краевые эффекты и возникает слабое электрическое поле.

Если пренебречь краевыми эффектами, то электрическое поле конденсатора сосредоточено только между его обкладками и является однородным. Напряженность этого поля определяется по формуле:

 

где q − заряд конденсатора, S − площадь его пластин, ε − диэлектрическая проницаемость среды между его пластинами, ε₀=8,85⋅10^-12 Ф/м − электрическая постоянная.

ЕмкостьCплоского конденсатора определяется соотношением:  ,

где S − площадь его пластин, d − расстояние между ними, ε₀=8,85⋅10⁻¹² Ф/м −электрическая постоянная, ε − диэлектрическая проницаемость среды между его пластинами.

Конденсатор называют воздушным, если между его обкладками находится воздух (в воздухе ε=1).

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СООТНОШЕНИЯ

Приложим к плоскому конденсатору произвольную разность потенциалов U_C=φ1−φ2. Заряд конденсатора станет равным q=C⋅U_C. Емкость C не зависит ни от q, ни от U_C, а определяется отношением q/U_C. Выразим q/U_C, используя связь между напряженностью E_∑ и разностью потенциалов U_C=φ1−φ2 в однородном электрическом поле:

,U_C=E_∑⋅d,

где E_∑= − напряженность результирующего электростатического поля конденсатора между пластинами конденсатора. Итого получаем, что

U_C= ,

откуда C= = , что и требовалось доказать.

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов.

При параллельном соединении напряжения на конденсаторах одинаковы: U₁ = U₂ = U, а заряды равны q₁ = С₁U и q₂ = C₂U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q₁ + q₂при напряжении между обкладками равном U. Отсюда следует

Таким образом, при параллельном соединении электроемкостискладываются.

Рисунок 1.6.3. Параллельное соединение конденсаторов. C = C1 + C2

Рисунок 1.6.4. Последовательное

При последовательном соединении одинаковыми оказываются заряды обоих конденсаторов: q₁ = q₂ = q, а напряжения на них равны и

Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор, заряженный зарядом q при напряжении между обкладками U = U₁ + U₂. Следовательно,

---

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 957; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!