Munca efectuată pentru deplasarea sarcinii este egală. Lucrarea câmpului electrostatic. Potenţial. suprafete echipotentiale. Explicația fizică a potențialului

Forțele acționează asupra sarcinilor electrice într-un câmp electrostatic. Prin urmare, dacă sarcinile se mișcă, atunci aceste forțe funcționează. Calculați lucrul forțelor unui câmp electrostatic omogen la deplasarea unei sarcini pozitive q dintr-un punct A exact B(Fig. 1).

pe taxa q, plasat într-un câmp electric uniform cu intensitate E, acționează forța \(~\vec F = q \cdot \vec E \). Munca pe teren poate fi calculată prin formula

\(~A_(AB) = F \cdot \Delta r \cdot \cos \alpha,\)

unde ∆ r⋅cosα = AC = X 2 – X 1 = Δ X- proiecția deplasării pe linia de forță (Fig. 2).

\(~A_(AB) = q \cdot E \cdot \Delta x. \ \ (1)\)

Luați în considerare acum mișcarea sarcinii de-a lungul traiectoriei ACB(vezi fig. 1). În acest caz, munca unui câmp omogen poate fi reprezentată ca suma lucrărilor din zone ACȘi CB:

\(~A_(ACB) = A_(AC) + A_(CB) = q \cdot E \cdot \Delta x + 0 = q \cdot E \cdot \Delta x\)

(Locația pe CB munca este zero, pentru că deplasarea este perpendiculara pe forta \(~\vec F \)). După cum puteți vedea, munca pe teren este aceeași ca atunci când sarcina se mișcă de-a lungul segmentului AB.

Nu este greu de demonstrat că munca câmpului atunci când se deplasează o sarcină între puncte AB pe orice traiectorie totul va fi conform aceleiași formule 1.

Prin urmare,

• munca de deplasare a unei sarcini într-un câmp electrostatic nu depinde de forma traiectoriei de-a lungul căreia s-a deplasat sarcina q , dar depinde doar de pozițiile inițiale și finale ale încărcăturii.
• Această afirmație este valabilă și pentru un câmp electrostatic neomogen.

Să găsim de lucru pe o traiectorie închisă ABCA:

\(~A_(ABCA) = A_(AB) + A_(BC) + A_(CA) = q \cdot E \cdot \Delta x + 0 - q \cdot E \cdot \Delta x = 0.\)

Câmpul, al cărui lucru al forțelor nu depinde de forma traiectoriei și este egal cu zero pe o traiectorie închisă, se numește potenţial sau conservator.

Potenţial

Din mecanică se știe că munca forțelor conservatoare este asociată cu o schimbare a energiei potențiale. Sistemul „sarcină – câmp electrostatic” are energie potențială (energia interacțiunii electrostatice). Prin urmare, dacă nu ținem cont de interacțiunea sarcinii cu câmpul gravitațional și mediu inconjurator, atunci munca efectuată la deplasarea unei sarcini într-un câmp electrostatic este egală cu modificarea energiei potențiale a sarcinii, luată cu semnul opus:

\(~A_(12) = -(W_(2) - W_(1)) = W_(1) - W_(2) . \)

Comparând expresia rezultată cu ecuația 1, putem concluziona că

\(~W = -q \cdot E \cdot x, \)

Unde X este coordonata de sarcină pe axa 0X îndreptată de-a lungul liniei câmpului (vezi Fig. 1). Deoarece coordonatele sarcinii depinde de alegerea cadrului de referință, energia potențială a sarcinii depinde și de alegerea cadrului de referință.

Dacă W 2 = 0, atunci în fiecare punct al câmpului electrostatic energia potențială a sarcinii q 0 este egal cu munca care s-ar face prin mutarea sarcinii q 0 de la un punct dat la un punct cu energie zero.

Să fie creat un câmp electrostatic într-o regiune a spațiului printr-o sarcină pozitivă q. Vom plasa diferite taxe de testare la un moment dat din acest domeniu q 0 . Energia lor potențială este diferită, dar raportul \(~\dfrac(W)(q_0) = \operatorname(const)\) pentru un punct dat al câmpului servește ca o caracteristică a câmpului, numită potenţial câmpul φ la un punct dat.

• Potențialul câmpului electrostatic φ într-un punct dat din spațiu este o mărime fizică scalară egală cu raportul energiei potențiale W, care are o taxă punctuală qîntr-un punct dat din spațiu, la valoarea acestei sarcini:

Unitatea SI a potentialului este volt(V): 1 V = 1 J/C.

• Potenţialul este energia caracteristică câmpului.

Proprietăți potențiale.

• Potențialul, ca și energia potențială a sarcinii, depinde de alegerea sistemului de referință (nivel zero). ÎN tehnică pentru potenţialul zero alegeţi potenţialul suprafeţei Pământului sau un conductor conectat la pământ. Un astfel de conductor se numește împământat. ÎN fizică căci punctul de referință (nivelul zero) al potențialului (și al energiei potențiale) este luat orice punct infinit depărtat de sarcinile care creează câmpul.

• La distanta r dintr-o încărcare punctuală q, care creează un câmp, potențialul este determinat de formulă

• Potenţial în orice punct al câmpului creat pozitivîncărca q, pozitiv, iar câmpul creat de sarcina negativă este negativ: dacă q> 0, atunci φ > 0; Dacă q < 0, то φ < 0.

• Potențialul câmpului format dintr-o sferă conducătoare încărcată uniform cu o rază R, într-un punct aflat la distanță r din centrul sferei \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(R)\) pentru r ≤ Rși \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(r)\) cu r > R .

• Principiul suprapunerii: potențialul φ al câmpului creat de sistemul de sarcini într-un anumit punct din spațiu este egal cu suma algebrică a potențialelor create în acest punct de fiecare sarcină separat:

Cunoscând potențialul φ al câmpului într-un punct dat, este posibil să se calculeze energia potențială a sarcinii q 0 plasat în acest moment: W 1 = q 0 ⋅φ. Dacă presupunem că al doilea punct este la infinit, i.e. W 2 = 0, atunci

\(~A_(1\infty) = W_(1) = q_0 \cdot \varphi_1 .\)

Energia potențială de încărcare q 0 într-un punct dat al câmpului va fi egal cu munca forțelor câmpului electrostatic pentru a muta sarcina q 0 de la un punct dat la infinit. Din ultima formula pe care o avem

\(~\varphi_1 = \dfrac(A_(1\infty))(q_0).\)

• Sensul fizic al potențialului: potențialul câmpului într-un punct dat este numeric egal cu munca de mutare a unei unități de sarcină pozitivă dintr-un punct dat la infinit.

Energia potențială de încărcare q 0 plasat într-un câmp electrostatic al unei sarcini punctiforme q pe distanta r De la el,

\(~W = k \cdot \dfrac(q \cdot q_0)(r).\)

• Dacă qȘi q 0 - ca taxe, atunci W> 0 dacă qȘi q 0 - taxe de semn diferit, atunci W < 0.

• Rețineți că această formulă poate fi utilizată pentru a calcula energia potențială a interacțiunii a doi taxe punctuale dacă pentru valoare zero W valoarea sa este aleasă la r = ∞.

Diferenta potentiala. Voltaj

Lucrarea forțelor câmpului electrostatic asupra mișcării sarcinii q 0 din punct 1 exact 2 câmpuri

\(~A_(12) = W_(1) - W_(2) .\)

Exprimăm energia potențială în termeni de potențialele câmpului în punctele corespunzătoare:

\(~W_(1) = q_0 \cdot \varphi_1 , W_(2) = q_0 \cdot \varphi_2 .\)

\(~A_(12) = q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2) .\)

Astfel, munca este determinată de produsul sarcinii și diferența de potențial dintre punctele inițiale și finale.

Din această formulă, diferența de potențial

\(~\varphi_1 - \varphi_2 = \dfrac(A_(12))(q_0) .\)

• Diferenta potentiala este o mărime fizică scalară, egală numeric cu raportul dintre munca forțelor câmpului pentru a muta sarcina între punctele date ale câmpului către această sarcină.

Unitatea SI pentru diferenta de potential este voltul (V).

• 1 V este diferența de potențial dintre două astfel de puncte ale câmpului electrostatic, la deplasarea între care o sarcină de 1 C este realizată de forțele câmpului, se execută un lucru de 1 J.

Diferența de potențial, spre deosebire de potențial, nu depinde de alegerea punctului zero. Diferența de potențial φ 1 - φ 2 este adesea numită tensiune electricăîntre punctele date ale câmpului și denotă U:

\(~U = \varphi_1 - \varphi_2 .\)

• Voltajîntre două puncte ale câmpului este determinată de munca forțelor acestui câmp pentru a muta o sarcină de 1 C dintr-un punct în altul.

Lucrarea forțelor câmpului electric este uneori exprimată nu în jouli, ci în electronvolti.

• 1 eV este egal cu munca efectuată de forțele câmpului la mișcarea unui electron ( e\u003d 1,6 10 -19 C) între două puncte, tensiunea între care este de 1 V.

Diferență de potențial și tensiune

Calculați munca efectuată de forțele câmpului electrostatic la deplasarea unei sarcini electrice q 0 de la un punct cu potenţial φ 1 până la un punct cu potenţial φ 2 al unui câmp electric uniform.

Pe de o parte, munca câmpului forțe \(~A = q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2)\).

Pe de altă parte, munca de mutare a încărcăturii q 0 într-un câmp electrostatic uniform \(~A = q_0 \cdot E \cdot \Delta x\).

Echivalând cele două expresii cu lucrul, obținem:

\(~q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2) = q_0 \cdot E \cdot \Delta x, \;\; E = \dfrac(\varphi_1 - \varphi_2)(\Delta x),\)

unde ∆ X- proiecția deplasării pe linia de forță.

Această formulă exprimă relația dintre intensitatea și diferența de potențial a unui câmp electrostatic uniform. Pe baza acestei formule, puteți seta unitatea de tensiune în SI: volt pe metru (V/m).

Literatură

1. Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 228-233.
2. Zhilko, V. V. Fizica: manual. indemnizatie pentru clasa a XI-a. educatie generala instituţii cu limba rusă. lang. formare cu un termen de studiu de 12 ani (de bază și niveluri ridicate) /IN. V. Zhilko, L. G. Markovich. - Ed. a II-a, corectată. - Minsk: Nar. asveta, 2008. - S. 86-95.

Un câmp electric este o diagramă vectorială a unui câmp care apare lângă corpuri și particule încărcate electric atunci când câmpul electromagnetic se modifică. Un astfel de fenomen precum munca unui câmp electrostatic atunci când se mișcă o sarcină într-un conductor nu poate fi văzut. Poate fi urmărit atunci când este expus la corpuri încărcate. Adică, pentru a apărea, este necesar să le aplici o încărcare electrică. Parametrii principali ai unui câmp încărcat electric sunt tensiunea, potențialul și intensitatea.

Explicația fizică a potențialului

Pe limbaj simplu Potențialul este acțiunea de a muta un corp din locația sa inițială în locația sa finală. Într-un câmp electric, aceasta este energia care mișcă un electron; ca urmare, acesta se deplasează dintr-un punct cu potențial zero într-un alt punct care are un potențial care nu este egal cu zero.

Cu cât potențialul cheltuit pentru mișcarea sarcinii este mai mare, cu atât densitatea fluxului pe unitatea de suprafață este mai mare. Acest fenomen poate fi comparat cu legea gravitației: cu cât greutatea este mai mare, cu atât energia este mai mare și, prin urmare, densitatea semnificativă a câmpului gravitațional.

În natură, există încărcături cu un potențial nesemnificativ și cu un grad scăzut de densitate, precum și particule încărcate cu un potențial ridicat și o densitate de flux saturată. Un astfel de fenomen precum munca de mutare a unei sarcini este observat în timpul unei furtuni, când electronii sunt epuizați într-un loc și sunt saturati în altul, formând un astfel de câmp încărcat electric atunci când are loc o descărcare de fulger.

Formarea unui câmp electric și caracteristicile acestuia

Un câmp electric se formează în astfel de cazuri:

• cu modificări ale câmpului electromagnetic (de exemplu, cu oscilații electromagnetice);
• când apar particule încărcate.

Un câmp saturat electric exercită un anumit efect energetic asupra particulelor încărcate. Dar această forță nu este capabilă să accelereze corpurile încărcate în spațiu. În plus, ele sunt afectate de energia câmpului magnetic.

Lucrarea unui câmp electrostatic este ușor de observat într-un mediu domestic. Pentru a face acest lucru, luați niște material dielectric și frecați-l de lână. De exemplu, luați un stilou din plastic și frecați-l pe păr. Rezultatul acestei acțiuni va fi formarea unui câmp electric în jurul mânerului și apariția unei sarcini.

Din aceasta putem concluziona că un câmp saturat electric este o stare caracteristică a materiei. Funcția sa principală este un efect de forță asupra unei particule încărcate. În plus, are următoarele proprietăți:

• câștigă putere cu încărcare crescută;
• acționează asupra particulelor încărcate cu o anumită forță și nu are limite;
• este detectat în procesul de impact asupra părții încărcate a materiei.

Dacă sarcinile nu sunt mobile, atunci un astfel de câmp încărcat electric se numește electrostatic. Proprietatea sa principală este o stare încărcată care nu se schimbă în timp, deoarece câmpul se formează din cauza corpurilor încărcate (de exemplu cu un stilou și păr).

Conceptul de câmp electric omogen

Un câmp uniform încărcat electric este creat între două plăci plate cu sarcini opuse. Liniile lor de tensiune au o structură paralelă.

Datorită proprietății simetrice, câmpul electric exercită aceeași forță asupra particulelor încărcate. Lucrarea unui astfel de câmp electric poate fi măsurată fără nicio dependență.

Energia pentru mișcarea unei particule încărcate pozitiv

Un câmp saturat electric poate fi numit o avalanșă de particule încărcate de la plus la minus. Această mișcare creează un grad înalt tensiune în zona de curgere. Un flux este un set de caracteristici ale mișcării electronilor care trec în interiorul unui câmp electric. Particulele încărcate se deplasează întotdeauna de la polul încărcat pozitiv la polul încărcat negativ.

Intensitatea efectului câmpului asupra sarcinii în orice zonă este determinată de forța care acționează asupra particulei încărcate plasate în această zonă a câmpului încărcat electric. Lucrarea în sine constă în energia cheltuită pentru a deplasa sarcina în structura conductorului. Această acțiune poate fi găsită folosind legea lui Ohm.

Când deplasați o sarcină într-un câmp electric, aceasta se află în diferite zone:

• ramane neschimbat;
• scade;
• crește.

Energia unui câmp saturat electric și potențialul unei particule cu o anumită sarcină este proporțională cu nivelul sarcinii în sine. Raportul dintre potențialul unei particule încărcate și sarcina sa se numește potențialul câmpului încărcat electric din regiunea selectată.

O particulă care are o sarcină într-un câmp saturat electric este afectată de intensitatea acestui câmp încărcat electric. Această forță creează energie pentru mișcarea unei particule încărcate în câmpul propriu-zis. Sarcina mare are un potențial mare.

Video

Orice sarcină care se află într-un câmp electric este afectată de o forță. În acest sens, atunci când sarcina se mișcă în câmp, are loc o anumită lucrare a câmpului electric. Cum se calculează această muncă?

Lucrul unui câmp electric este de a transfera sarcini electrice de-a lungul unui conductor. Acesta va fi egal cu produsul dintre tensiune și timpul petrecut la muncă.

Aplicând formula legii lui Ohm, putem obține mai multe versiuni diferite ale formulei pentru calcularea lucrului curentului:

A = U˖I˖t = I²R˖t = (U²/R)˖t.

În conformitate cu legea conservării energiei, munca câmpului electric este egală cu modificarea energiei unei singure secțiuni a circuitului și, prin urmare, energia eliberată de conductor va fi egală cu munca curentului.

Exprimăm în sistemul SI:

[A] = V˖A˖s = W˖s = J

1 kWh = 3600000 J.

Să facem un experiment. Luați în considerare mișcarea unei sarcini în același câmp, care este formată din două plăci paralele A și B și sarcini opuse încărcate. Într-un astfel de domeniu linii de forță sunt perpendiculare pe aceste plăci pe toată lungimea lor, iar când placa A este încărcată pozitiv, atunci E va fi direcționată de la A la B.

Să presupunem că o sarcină pozitivă q sa deplasat de la punctul a la punctul b de-a lungul unui drum arbitrar ab = s.

Deoarece forța care acționează asupra sarcinii care se află în câmp va fi egală cu F \u003d qE, munca efectuată atunci când sarcina se mișcă în câmp în conformitate cu o cale dată va fi determinată de egalitate:

A = Fs cos α, sau A = qFs cos α.

Dar s cos α = d, unde d este distanța dintre plăci.

De aici rezultă: A = qEd.

Să presupunem că acum sarcina q se va muta de la a și b la în esență acb. Lucrul câmpului electric efectuat pe această cale este egal cu suma muncii efectuate pe secțiunile sale individuale: ac = s₁, cb = s₂, i.e.

A = qEs₁ cos α₁ + qEs₂ cos α₂,

A = qE(s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂,).

Dar s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂ = d, și deci în acest caz A = qEd.

În plus, să presupunem că sarcina q se mișcă de la a la b de-a lungul unei linii curbe arbitrare. Pentru a calcula munca efectuată pe un traseu curbiliniu dat, este necesar să se stratifice câmpul dintre plăcile A și B, din care un anumit număr va fi atât de aproape unul de celălalt încât secțiunile individuale ale traseului s între aceste planuri pot fi considerate drepte. .

În acest caz, lucrul câmpului electric produs pe fiecare dintre aceste segmente ale traseului va fi egal cu A₁ = qEd₁, unde d₁ este distanța dintre două plane adiacente. Iar munca totală pe întregul drum d va fi egal cu produsul lui qE și suma distanțelor d₁ egală cu d. Astfel, și ca urmare traseu curbat munca efectuată va fi egală cu A = qEd.

Exemplele pe care le-am luat în considerare arată că munca unui câmp electric în deplasarea unei sarcini dintr-un punct în altul nu depinde de forma traseului de mișcare, ci depinde numai de poziția acestor puncte în câmp.

În plus, știm că munca gravitațională la deplasarea unui corp de-a lungul unui plan înclinat de lungime l va fi egală cu munca efectuată de corp la căderea de la o înălțime h, și cu înălțimea planului înclinat. Aceasta înseamnă că munca sau, în special, munca în timpul mișcării corpului în câmpul gravitațional, de asemenea, nu depinde de forma căii, ci depinde doar de diferența de înălțime a primului și ultimului punct. a căii.

Astfel, se poate dovedi că proprietate importantă poate avea nu numai un câmp electric omogen, ci orice. Gravitația are o proprietate similară.

Lucrul unui câmp electrostatic în deplasarea unei sarcini punctiforme dintr-un punct în altul este determinat de integrala liniară:

A₁₂ = ∫ L₁₂q (Edl),

unde L₁₂ este traiectoria sarcinii, dl este deplasarea infinitezimală de-a lungul traiectoriei. Dacă conturul este închis, atunci simbolul ∫ este folosit pentru integrală; în acest caz, se presupune că este selectată direcția de parcurgere a conturului.

Munca forțelor electrostatice nu depinde de forma traseului, ci doar de coordonatele primului și ultimului punct de mișcare. Prin urmare, puterile câmpului sunt conservatoare, în timp ce câmpul în sine este potențial. Este demn de remarcat faptul că munca oricărei persoane de-a lungul unei căi închise va fi egală cu zero.

Unul dintre conceptele de bază în electricitate este câmpul electrostatic. Proprietatea sa importantă este munca de deplasare a unei sarcini într-un câmp electric, care este creată de o sarcină distribuită care nu se modifică în timp.

Condiții de lucru

Forța dintr-un câmp electrostatic mută o sarcină dintr-un loc în altul. Este complet neafectat de forma traiectoriei. Definiția forței depinde numai de poziția punctelor la început și la sfârșit, precum și de cantitatea totală de sarcină.

Pe baza acestui fapt, putem trage următoarea concluzie: Dacă traiectoria la mișcarea unei sarcini electrice este închisă, atunci toată munca forțelor în câmpul electrostatic are o valoare zero. În acest caz, forma traiectoriei nu contează, deoarece forțele Coulomb produc aceeași muncă. Când direcția în care se mișcă sarcina electrică este inversată, forța însăși își schimbă semnul. Prin urmare, o traiectorie închisă, indiferent de forma ei, determină întregul lucru produs de forțele Coulomb, egal cu zero.

Dacă mai multe sarcini punctuale iau parte la crearea unui câmp electrostatic simultan, atunci munca lor totală va fi suma muncii efectuate de câmpurile Coulomb ale acestor sarcini. Munca totală, indiferent de forma traiectoriei, este determinată numai de locația punctelor de început și de sfârșit.

Conceptul de energie potențială a unei sarcini

Caracteristic câmpului electrostatic, vă permite să determinați energia potențială a oricărei sarcini. În plus, cu ajutorul său, munca de deplasare a unei sarcini într-un câmp electric este determinată mai precis. Pentru a obține această valoare, este necesar să selectați un anumit punct din spațiu și energia potențială a sarcinii plasate în acest punct.

O sarcină plasată în orice punct are o energie potențială egală cu munca efectuată de câmpul electrostatic în timpul mișcării sarcinii dintr-un punct în altul.

ÎN simțul fizic, energia potențială este valoarea pentru fiecare dintre cele două puncte diferite din spațiu. În același timp, munca de mutare a încărcăturii este independentă de traseele mișcării acesteia și de punctul selectat. Potențialul unui câmp electrostatic într-un punct spațial dat este egal cu munca efectuată de forțele electrice atunci când o sarcină pozitivă unitară este îndepărtată din acest punct în spațiu infinit.

Lucrarea câmpului electric

Pentru fiecare sarcină dintr-un câmp electric, există o forță care poate mișca această sarcină. Determinați lucrul A de deplasare a unei sarcini punctiforme q din punctul O în punctul n, efectuată de forțele câmpului electric al unei sarcini negative Q. Conform legii lui Coulomb, forța care mișcă sarcina este variabilă și egală cu

Unde r este distanța variabilă dintre sarcini.

; Această expresie poate fi obținută astfel

Valoarea este energia potențială W p a sarcinii într-un punct dat al câmpului electric:

Semnul (-) arată că atunci când o sarcină este mișcată de un câmp, energia sa potențială scade, transformându-se în munca de mișcare.

Valoarea egală cu energia potențială a unei singure sarcini pozitive (q=+1) se numește potențialul câmpului electric.

Apoi

Astfel, diferența de potențial a două puncte ale câmpului este egală cu munca forțelor câmpului în deplasarea unei singure sarcini pozitive dintr-un punct în altul.

Potențialul unui punct de câmp electric este egal cu munca pentru a muta o unitate de sarcină pozitivă dintr-un punct dat la infinit.

Unitate de măsură - Volt \u003d J / C

Munca de mutare a unei sarcini într-un câmp electric nu depinde de forma căii, ci depinde doar de diferența de potențial dintre punctele inițiale și finale ale căii.

O suprafață în toate punctele a căror potențial este același se numește echipotențial.

Intensitatea câmpului este caracteristica sa de putere, iar potențialul este caracteristica energetică.

Relația dintre puterea câmpului și potențialul său este exprimată prin formulă

,

Semnul (-) se datorează faptului că intensitatea câmpului este direcționată în direcția potențialului în scădere și în direcția potențialului în creștere.

5. Utilizarea unui câmp electric în medicină.

franklinizare, sau „duș electrostatic”, este o metodă terapeutică în care corpul pacientului sau părți ale acestuia sunt expuse unui câmp electric constant de înaltă tensiune.

Câmp electric constant în timpul procedurii impactul general poate ajunge la 50 kV, cu expunerea locală 15-20 kV.

Mecanismul acțiunii terapeutice. Procedura de franklinizare se realizează în așa fel încât capul pacientului sau o altă parte a corpului să devină, parcă, una dintre plăcile condensatorului, în timp ce al doilea este un electrod suspendat deasupra capului sau instalat deasupra locului de impact la o distanta de 6-10 cm. Sub influența tensiunii înalte sub vârfurile acelor fixate pe electrod, are loc ionizarea aerului cu formarea de ioni de aer, ozon și oxizi de azot.

Inhalarea ionilor de ozon și aer provoacă o reacție în sistemul vascular. După un vasospasm de scurtă durată, capilarele se extind nu numai în țesuturile superficiale, ci și în cele profunde. Ca urmare, procesele metabolice și trofice sunt îmbunătățite, iar în prezența leziunilor tisulare sunt stimulate procesele de regenerare și restabilire a funcțiilor.

Ca urmare a îmbunătățirii circulației sângelui, normalizării proceselor metabolice și a funcției nervoase, există o scădere a durerilor de cap, a tensiunii arteriale crescute, a tonusului vascular crescut și o scădere a ritmului cardiac.

Utilizarea franklinizării este indicată pentru tulburările funcționale sistem nervos

Exemple de rezolvare a problemelor

1. În timpul funcționării aparatului de franklinizare, în 1 cm 3 de aer se formează 500.000 de ioni de aer ușor în fiecare secundă. Determinați munca de ionizare necesară pentru a crea aceeași cantitate de ioni de aer în 225 cm 3 de aer în timpul ședinței de tratament (15 min). Se presupune că potențialul de ionizare al moleculelor de aer este de 13,54 V; în mod convențional, aerul este considerat a fi un gaz omogen.

este potențialul de ionizare, A este opera ionizării, N este numărul de electroni.

2. La tratarea cu un duș electrostatic, electrozii mașinii electrice se aplică o diferență de potențial de 100 kV. Determinați ce sarcină trece între electrozi în timpul unei proceduri de tratament, dacă se știe că forțele câmpului electric fac munca de 1800J.

De aici

Dipol electric în medicină

Conform teoremei lui Eithoven, care stă la baza electrocardiografiei, inima este un dipol electric situat în centru. triunghi echilateral(triunghiul lui Eithoven), ale cărui vârfuri pot fi considerate convențional

situat în mâna dreaptă, mâna stângă și piciorul stâng.

În timpul ciclului cardiac, atât poziția dipolului în spațiu, cât și momentul dipolului se modifică. Măsurarea diferenței de potențial dintre vârfurile triunghiului Eithoven vă permite să determinați relația dintre proiecțiile momentului dipol al inimii de pe laturile triunghiului în felul următor:

Cunoscând tensiunile U AB , U BC , U AC se poate determina modul în care este orientat dipolul față de laturile triunghiului.

În electrocardiografie, diferența de potențial dintre două puncte de pe corp (în acest caz, între vârfurile triunghiului lui Eithoven) se numește plumb.

Se numește înregistrarea diferenței de potențial în clienți potențiali în funcție de timp electrocardiogramă.

Locul punctelor sfârșitului vectorului momentului dipolar în timpul ciclului cardiac se numește cardiogramă vectorială.

Prelegerea #4

fenomene de contact

1. Diferența de potențial de contact. legile lui Volta.

2. Termoelectricitate.

3. Termocuplul, utilizarea sa în medicină.

4. Potenţial de odihnă. Potențialul de acțiune și distribuția acestuia.

1. La contactul strâns cu metale diferite, între ele apare o diferență de potențial, în funcție doar de acestea compoziție chimicăși temperatura (prima lege a lui Volta).

Această diferență de potențial se numește contact.

Pentru a părăsi metalul și a intra în mediu, electronul trebuie să lucreze împotriva forțelor de atracție a metalului. Această muncă se numește funcția de lucru a electronului din metal.

Să punem în contact două metale diferite 1 și 2, având funcția de lucru A 1 și, respectiv, A 2 și A 1< A 2 . Очевидно, что свободный электрон, попавший в процессе теплового движения на поверхность раздела металлов, будет втянут во второй металл, так как со стороны этого металла на электрон действует большая сила притяжения (A 2 >A1). În consecință, prin contactul metalelor, electronii liberi sunt „pompați” de la primul metal la al doilea, în urma căruia primul metal este încărcat pozitiv, al doilea negativ. Diferența de potențial rezultată creează un câmp electric de putere E, ceea ce face dificilă „pomparea” în continuare a electronilor și o va opri complet atunci când munca de mișcare a electronului din cauza diferenței de potențial de contact devine egală cu diferența de funcție de lucru:

(1)

Să punem acum în contact două metale cu A 1 = A 2 având concentrații diferite de electroni liberi n 01 >n 02 . Apoi va începe transferul predominant de electroni liberi de la primul metal la al doilea. Ca rezultat, primul metal va fi încărcat pozitiv, al doilea - negativ. Va exista o diferență de potențial între metale, care va opri transferul suplimentar de electroni. Diferența de potențial rezultată este determinată de expresia:

, (2)

unde k este constanta lui Boltzmann

În cazul general al contactului metalelor care diferă atât în ​​funcţia de lucru, cât şi în concentraţia electronilor liberi, p.r.p. de la (1) și (2) va fi egală cu

(3)

Este ușor de demonstrat că suma diferențelor de potențial de contact ale conductoarelor conectate în serie este egală cu diferența de potențial de contact creată de conductorii de capăt și nu depinde de conductorii intermediari.

Această poziție se numește a doua lege a lui Volta.

Dacă acum conectăm direct conductoarele de capăt, atunci diferența de potențial existentă între ele este compensată printr-o diferență de potențial egală care apare în contactele 1 și 4. Prin urmare, K.R.P. nu creează curent într-un circuit închis de conductori metalici având aceeași temperatură.

2. Termoelectricitate este dependența diferenței de potențial de contact de temperatură.

Să facem un circuit închis din doi conductori metalici diferiți 1 și 2. Temperaturile contactelor a și b vor fi menținute prin diferite T a > T b . Apoi, conform formulei (3), f.r.p. joncțiunea fierbinte mai mult decât joncțiunea rece:

Ca rezultat, apare o diferență de potențial între joncțiunile a și b

Se numește forță termoelectromotoare, iar curentul I va circula într-un circuit închis. Folosind formula (3), obținem

Unde pentru fiecare pereche de metale

3. Un circuit închis de conductori care creează un curent datorită diferenței de temperatură a contactelor dintre conductori se numește termocuplu.

Din formula (4) rezultă că forța termoelectromotoare a unui termocuplu este proporțională cu diferența de temperatură a joncțiunilor (contactelor).

Formula (4) este valabilă și pentru temperaturile pe scara Celsius:

Un termocuplu poate măsura doar diferențele de temperatură. De obicei, o joncțiune este menținută la 0°C. Se numește joncțiune rece. Cealaltă joncțiune se numește joncțiune fierbinte sau de măsurare.

Termocuplul are avantaje semnificative față de termometrele cu mercur: este sensibil, fără inerție, permite măsurarea temperaturii obiectelor mici și permite măsurători la distanță.

Măsurarea limitei câmpului de temperatură al corpului uman.

Se crede că temperatura corpului uman este constantă, dar această constanță este relativă, deoarece în diferite părți ale corpului temperatura nu este aceeași și variază în funcție de starea funcțională a organismului.

Temperatura pielii are propria sa topografie bine definită. cel mai temperatura scazuta(23-30º) au membre distale, vârful nasului, auricule. Temperatura cea mai ridicată este la axilă, în perineu, gât, buze, obraji. Zonele rămase au o temperatură de 31-33,5ºС.

La o persoană sănătoasă, distribuția temperaturii este simetrică față de linia de mijloc corp. Încălcarea acestei simetrii servește drept criteriu principal pentru diagnosticarea bolilor prin construirea unui profil de câmp de temperatură folosind dispozitive de contact: un termocuplu și un termometru de rezistență.

4 . Membrana de suprafață a unei celule nu este la fel de permeabilă la diferiți ioni. În plus, concentrația oricăror ioni specifici este diferită pe diferite părți ale membranei, cea mai favorabilă compoziție a ionilor este menținută în interiorul celulei. Acești factori duc la apariția într-o celulă care funcționează normal a unei diferențe de potențial între citoplasmă și mediu (potențial de repaus)

Când este excitat, diferența de potențial dintre celulă și mediu se modifică, apare un potențial de acțiune, care se propagă în fibrele nervoase.

Mecanismul de propagare a unui potențial de acțiune de-a lungul unei fibre nervoase este considerat prin analogie cu propagarea unei unde electromagnetice de-a lungul unei linii cu două fire. Cu toate acestea, alături de această analogie, există diferențe fundamentale.

O undă electromagnetică, care se propagă într-un mediu, slăbește, deoarece energia ei este disipată, transformându-se în energia mișcării termice moleculare. Sursa de energie a undei electromagnetice este sursa acesteia: generator, scânteie etc.

Unda de excitație nu se stinge, deoarece primește energie chiar din mediul în care se propagă (energia unei membrane încărcate).

Astfel, propagarea potențialului de acțiune de-a lungul fibrei nervoase are loc sub forma unei unde auto. Celulele excitabile sunt mediul activ.

Exemple de rezolvare a problemelor

1. La construirea unui profil al câmpului de temperatură al suprafeței corpului uman se utilizează un termocuplu cu rezistența r 1 = 4 Ohm și un galvanometru cu rezistența r 2 = 80 Ohm; I=26mkA la diferența de temperatură a joncțiunii ºС. Care este constanta termocuplului?

Puterea termică care apare într-un termocuplu este egală cu

(1) unde termocupluri, - diferența de temperatură a joncțiunilor.

Conform legii lui Ohm pentru secțiunea lanțului în care U este luat ca . Apoi

Prelegerea #5

Electromagnetism

1. Natura magnetismului.

2. Interacțiunea magnetică a curenților în vid. legea lui Ampere.

4. Substanțe dia-, para- și feromagnetice. Permeabilitatea magnetică și inducția magnetică.

5. Proprietățile magnetice ale țesuturilor corpului.

1 . Un câmp magnetic apare în jurul sarcinilor electrice în mișcare (curenți), prin care aceste sarcini interacționează cu sarcini magnetice sau alte sarcini electrice în mișcare.

Câmpul magnetic este un câmp de forță, este reprezentat prin intermediul liniilor magnetice de forță. Spre deosebire de liniile de forță ale câmpului electric, liniile de forță magnetice sunt întotdeauna închise.

Proprietățile magnetice ale unei substanțe se datorează curenților circulari elementare din atomii și moleculele acestei substanțe.

2 . Interacțiunea magnetică a curenților în vid. legea lui Ampère.

Interacțiunea magnetică a curenților a fost studiată folosind circuite de sârmă mobile. Ampere a constatat că mărimea forței de interacțiune a două secțiuni mici ale conductorilor 1 și 2 cu curenții este proporțională cu lungimile acestor secțiuni, curenții I 1 și I 2 din ele și este invers proporțională cu pătratul distanței r. intre sectiuni:

S-a dovedit că forța de impact a primei secțiuni asupra celei de-a doua depinde de poziția relativă a acestora și este proporțională cu sinusurile unghiurilor și .