Práca vykonaná na pohyb náboja je rovnaká. Práca elektrostatického poľa. Potenciál. ekvipotenciálne plochy. Fyzikálne vysvetlenie potenciálu

Sily pôsobia na elektrické náboje v elektrostatickom poli. Preto, ak sa náboje pohybujú, potom tieto sily fungujú. Vypočítajte prácu síl homogénneho elektrostatického poľa pri pohybe kladného náboja q z bodu A presne tak B(obr. 1).

za nabitie q, umiestnené v rovnomernom elektrickom poli s intenzitou E, pôsobí sila \(~\vec F = q \cdot \vec E \). Práca v teréne sa môže vypočítať podľa vzorca

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

kde ∆ r⋅cosα = AC = X 2 – X 1 = Δ X- priemet posunu na siločiaru (obr. 2).

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

Zvážte teraz pohyb náboja pozdĺž trajektórie ACB(pozri obr. 1). V tomto prípade môže byť práca homogénneho poľa reprezentovaná ako súčet prác v oblastiach AC A CB:

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

(Umiestnenie zapnuté CB práca je nulová, pretože posunutie je kolmé na silu \(~\vec F \)). Ako vidíte, práca v teréne je rovnaká, ako keď sa náboj pohybuje pozdĺž segmentu AB.

Nie je ťažké dokázať, že práca poľa pri presúvaní náboja medzi bodmi AB pozdĺž akejkoľvek trajektórie bude všetko podľa rovnakého vzorca 1.

teda

• pohyb náboja v elektrostatickom poli nezávisí od tvaru trajektórie, po ktorej sa náboj pohyboval q , ale závisí len od počiatočnej a konečnej polohy náboja.
• Toto tvrdenie platí aj pre nehomogénne elektrostatické pole.

Poďme nájsť prácu na uzavretej trajektórii ABCA:

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

Pole, ktorého pôsobenie síl nezávisí od tvaru trajektórie a na uzavretej trajektórii sa rovná nule, sa nazýva tzv. potenciál alebo konzervatívny.

Potenciál

Z mechaniky je známe, že práca konzervatívnych síl je spojená so zmenou potenciálnej energie. Systém "náboj - elektrostatické pole" má potenciálnu energiu (energiu elektrostatickej interakcie). Ak teda neberieme do úvahy interakciu náboja s gravitačným poľom a životné prostredie potom sa práca vykonaná pri pohybe náboja v elektrostatickom poli rovná zmene potenciálnej energie náboja s opačným znamienkom:

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

Porovnaním výsledného výrazu s rovnicou 1 môžeme konštatovať, že

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

Kde X je súradnica náboja na osi 0X smerujúca pozdĺž siločiary (pozri obr. 1). Keďže súradnica náboja závisí od výberu referenčnej sústavy, potenciálna energia náboja závisí aj od voľby referenčnej sústavy.

Ak W 2 = 0, potom v každom bode elektrostatického poľa potenciálna energia náboja q 0 sa rovná práci, ktorú by vykonal pohyb náboja q 0 z daného bodu do bodu s nulovou energiou.

Nech sa v nejakej oblasti priestoru vytvorí elektrostatické pole kladným nábojom q. V určitom bode tohto poľa umiestnime rôzne testovacie poplatky q 0 Ich potenciálna energia je rôzna, ale pomer \(~\dfrac(W)(q_0) = \operatorname(const)\) pre daný bod poľa slúži ako charakteristika poľa, tzv. potenciál poľa φ v danom bode.

• Potenciál elektrostatického poľa φ v danom bode priestoru je skalárna fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru potenciálnej energie W, ktorá má bodový poplatok q v danom bode v priestore na hodnotu tohto náboja:

Jednotkou SI potenciálu je volt(V): 1 V = 1 J/C.

• Potenciál je energetická charakteristika poľa.

Potenciálne vlastnosti.

• Potenciál, podobne ako potenciálna energia náboja, závisí od výberu referenčného systému (nulová úroveň). IN technika pre nulový potenciál zvoľte potenciál povrchu Zeme alebo vodiča spojeného so zemou. Takýto vodič je tzv uzemnený. IN fyzika za referenčný bod (nulovú hladinu) potenciálu (a potenciálnej energie) sa berie akýkoľvek bod nekonečne vzdialený od nábojov, ktoré vytvárajú pole.

• Na diaľku r z bodového poplatku q, ktorý vytvára pole, potenciál je určený vzorcom

• Potenciál v ktoromkoľvek bode vytvoreného poľa pozitívne poplatok q, pozitívne a pole vytvorené záporným nábojom je záporné: ak q> 0, potom φ > 0; Ak q < 0, то φ < 0.

• Potenciál poľa tvoreného rovnomerne nabitou vodivou guľou s polomerom R, v bode vo vzdialenosti r od stredu gule \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(R)\) pre r ≤ R a \(~\varphi = k \cdot \dfrac(q)(r)\) s r > R .

• Princíp superpozície: potenciál φ poľa vytvoreného sústavou nábojov v určitom bode priestoru sa rovná algebraickému súčtu potenciálov vytvorených v tomto bode každým nábojom samostatne:

Pri znalosti potenciálu φ poľa v danom bode je možné vypočítať potenciálnu energiu náboja q 0 umiestnené v tomto bode: W 1 = q 0 ⋅φ. Ak predpokladáme, že druhý bod je v nekonečne, t.j. W 2 = 0 teda

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

Potenciálna nábojová energia q 0 v danom bode poľa sa bude rovnať práci síl elektrostatického poľa na pohyb náboja q 0 z daného bodu do nekonečna. Z posledného vzorca, ktorý máme

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

• Fyzický význam potenciálu: potenciál poľa v danom bode sa číselne rovná práci presunutia jednotkového kladného náboja z daného bodu do nekonečna.

Potenciálna nábojová energia q 0 umiestnený v elektrostatickom poli bodového náboja q na diaľku r Od neho,

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

• Ak q A q 0 - ako poplatky, potom W> 0 ak q A q 0 - poplatky iného znamienka teda W < 0.

• Všimnite si, že tento vzorec možno použiť na výpočet potenciálnej energie interakcie dvoch bodové poplatky ak pre nulová hodnota W jeho hodnota sa volí pri r = ∞.

Potenciálny rozdiel. Napätie

Práca síl elektrostatického poľa na pohybe náboja q 0 od bodu 1 presne tak 2 poliach

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

Potenciálnu energiu vyjadrujeme pomocou potenciálov poľa v zodpovedajúcich bodoch:

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

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

Práca je teda určená súčinom náboja a potenciálnym rozdielom počiatočného a konečného bodu.

Z tohto vzorca, potenciálny rozdiel

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

• Potenciálny rozdiel je skalárna fyzikálna veličina, ktorá sa číselne rovná pomeru práce síl poľa na presun náboja medzi danými bodmi poľa k tomuto náboju.

Jednotkou SI pre potenciálny rozdiel je volt (V).

• 1 V je potenciálny rozdiel medzi dvoma takými bodmi elektrostatického poľa, pri pohybe medzi ktorými sa vykonáva náboj 1 C silami poľa sa vykoná práca 1 J.

Potenciálny rozdiel, na rozdiel od potenciálu, nezávisí od výberu nulového bodu. Často sa nazýva potenciálny rozdiel φ 1 - φ 2 elektrické napätie medzi danými bodmi poľa a označte U:

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

• Napätie medzi dvoma bodmi poľa je určená prácou síl tohto poľa na presun náboja o 1 C z jedného bodu do druhého.

Práca síl elektrického poľa sa niekedy vyjadruje nie v jouloch, ale v elektrónvoltov.

• 1 eV sa rovná práci vykonanej silami poľa pri pohybe elektrónu ( e\u003d 1,6 10 -19 C) medzi dvoma bodmi, medzi ktorými je napätie 1 V.

Potenciálny rozdiel a napätie

Vypočítajte prácu, ktorú vykonávajú sily elektrostatického poľa pri pohybe elektrického náboja q 0 z bodu s potenciálom φ 1 do bodu s potenciálom φ 2 rovnomerného elektrického poľa.

Na jednej strane práca poľných síl \(~A = q_0 \cdot (\varphi_1 - \varphi_2)\).

Na druhej strane práca s pohybom náboja q 0 v rovnomernom elektrostatickom poli \(~A = q_0 \cdot E \cdot \Delta x\).

Prirovnaním týchto dvoch výrazov k práci dostaneme:

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

kde ∆ X- priemet posunu na siločiaru.

Tento vzorec vyjadruje vzťah medzi intenzitou a potenciálnym rozdielom rovnomerného elektrostatického poľa. Na základe tohto vzorca môžete nastaviť jednotku napätia v SI: volt na meter (V/m).

Literatúra

1. Aksenovič L. A. Fyzika v stredná škola: Teória. Úlohy. Testy: Proc. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné. prostredia, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 228-233.
2. Zhilko, V. V. Fyzika: učebnica. príspevok pre 11. platovú triedu. všeobecné vzdelanie inštitúcie s ruštinou. lang. školenie s 12-ročnou dobou štúdia (základné a zvýšené hladiny) /IN. V. Žilko, L. G. Markovič. - 2. vyd., opravené. - Minsk: Nár. asveta, 2008. - S. 86-95.

Elektrické pole je vektorový diagram poľa, ktoré sa vyskytuje v blízkosti elektricky nabitých telies a častíc pri zmene elektromagnetického poľa. Takýto jav, ako je práca elektrostatického poľa pri pohybe náboja vo vodiči, nemožno vidieť. Dá sa vysledovať, keď je vystavený nabitým telesám. To znamená, že na to, aby sa objavil, je potrebné na ne aplikovať elektrický náboj. Hlavnými parametrami elektricky nabitého poľa sú napätie, potenciál a intenzita.

Fyzikálne vysvetlenie potenciálu

Zapnuté jednoduchý jazyk Potenciál je akt presunu telesa z jeho počiatočného miesta do jeho konečného miesta. V elektrickom poli je to energia, ktorá pohybuje elektrónom; v dôsledku toho sa pohybuje z bodu s nulovým potenciálom do iného bodu, ktorý má potenciál, ktorý sa nerovná nule.

Čím vyšší je potenciál vynaložený na pohyb náboja, tým väčšia je hustota toku na jednotku plochy. Tento jav možno porovnať so zákonom gravitácie: čím väčšia je hmotnosť, tým vyššia je energia, a teda aj značná hustota gravitačného poľa.

V prírode existujú náboje s nevýznamným potenciálom a s nízkym stupňom hustoty, ako aj nabité častice s vysokým potenciálom a hustotou nasýteného toku. Takýto jav, ako je pohyb náboja, sa pozoruje počas búrky, keď sú elektróny vyčerpané na jednom mieste a sú nasýtené na inom mieste, pričom pri výboji blesku vytvárajú takéto elektricky nabité pole.

Vznik elektrického poľa a jeho vlastnosti

Elektrické pole sa vytvára v týchto prípadoch:

• so zmenami v elektromagnetickom poli (napríklad s elektromagnetickými osciláciami);
• keď sa objavia nabité častice.

Elektricky nasýtené pole pôsobí na nabité častice určitým energetickým účinkom. Ale táto sila nie je schopná urýchliť nabité telesá vo vesmíre. Okrem toho na ne vplýva energia magnetického poľa.

Práca elektrostatického poľa je ľahko pozorovateľná v domácom prostredí. Aby ste to urobili, stačí vziať nejaký dielektrický materiál a otrieť ho o vlnu. Vezmite si napríklad plastové pero a otrite si ho o vlasy. Výsledkom tejto akcie bude vytvorenie elektrického poľa okolo rukoväte a vzhľad náboja.

Z toho môžeme vyvodiť záver, že elektricky nasýtené pole je charakteristický stav hmoty. Jeho hlavnou funkciou je silový účinok na nabitú časticu. Okrem toho má nasledujúce vlastnosti:

• získava silu so zvýšeným nábojom;
• pôsobí na nabité častice určitou silou a nemá hranice;
• sa zisťuje v procese dopadu na nabitú časť hmoty.

Ak náboje nie sú mobilné, potom sa takéto elektricky nabité pole nazýva elektrostatické. Jeho hlavnou vlastnosťou je nabitý stav, ktorý sa nemení v čase, pretože pole vzniká vďaka nabitým telesám (napríklad s perom a vlasmi).

Koncept homogénneho elektrického poľa

Medzi dvoma plochými doskami s opačnými nábojmi sa vytvorí rovnomerné elektricky nabité pole. Ich línie napätia majú paralelnú štruktúru.

V dôsledku symetrickej vlastnosti pôsobí elektrické pole na nabité častice rovnakou silou. Práca takéhoto elektrického poľa sa dá merať bez akýchkoľvek závislostí.

Energia na pohyb kladne nabitej častice

Elektricky nasýtené pole možno nazvať lavínou nabitých častíc od plus po mínus. Tento pohyb vytvára vysoký stupeň napätie v oblasti toku. Prúd je súbor vlastností pohybu elektrónov prechádzajúcich vnútri elektrického poľa. Nabité častice sa vždy pohybujú od kladne nabitého pólu k záporne nabitému pólu.

Intenzita účinku poľa na náboj v akejkoľvek oblasti je určená silou pôsobiacou na nabitú časticu umiestnenú v tejto oblasti elektricky nabitého poľa. Samotná práca spočíva v energii vynaloženej na pohyb náboja v štruktúre vodiča. Túto akciu možno nájsť pomocou Ohmovho zákona.

Pri pohybe náboja v elektrickom poli sa nachádza v rôznych oblastiach:

• zostáva nezmenený;
• znižuje;
• zvyšuje.

Energia elektricky nasýteného poľa a potenciál častice s určitým nábojom je úmerný úrovni samotného náboja. Pomer potenciálu nabitej častice k jej náboju sa nazýva potenciál elektricky nabitého poľa vo vybranej oblasti.

Častica, ktorá má náboj v elektricky nasýtenom poli, je ovplyvnená silou tohto elektricky nabitého poľa. Táto sila vytvára energiu pre pohyb nabitej častice v samotnom poli. Veľký náboj má veľký potenciál.

Video

Akýkoľvek náboj, ktorý je v elektrickom poli, je ovplyvnený silou. V tomto ohľade, keď sa náboj pohybuje v poli, dochádza k určitej práci elektrického poľa. Ako vypočítať túto prácu?

Úlohou elektrického poľa je prenos elektrických nábojov pozdĺž vodiča. Bude sa rovnať súčinu napätia a času stráveného prácou.

Použitím vzorca Ohmovho zákona môžeme získať niekoľko rôznych verzií vzorca na výpočet práce prúdu:

A = U˖I˖t = I²R˖t = (U²/R)˖t.

V súlade so zákonom zachovania energie sa práca elektrického poľa rovná zmene energie jedného úseku obvodu, a preto sa energia uvoľnená vodičom bude rovnať práci prúdu.

V sústave SI vyjadrujeme:

[A] = V˖A˖s = W˖s = J

1 kWh = 3600000 J.

Urobme experiment. Uvažujme pohyb náboja v rovnakom poli, ktoré je tvorené dvoma rovnobežnými doskami A a B a nabitými opačnými nábojmi. V takom poli siločiary sú kolmé na tieto platne po celej ich dĺžke a keď je platňa A kladne nabitá, potom E bude smerovať z A do B.

Predpokladajme, že kladný náboj q sa presunul z bodu a do bodu b po ľubovoľnej dráhe ab = s.

Pretože sila, ktorá pôsobí na náboj, ktorý je v poli, sa bude rovnať F \u003d qE, práca vykonaná, keď sa náboj pohybuje v poli podľa danej dráhy, bude určená rovnosťou:

A = Fs cos a, alebo A = qFs cos a.

Ale s cos α = d, kde d je vzdialenosť medzi doskami.

Z toho vyplýva: A = qEd.

Povedzme teraz, že náboj q sa presunie z aab do v podstate acb. Práca elektrického poľa vykonaná na tejto dráhe sa rovná súčtu práce vykonanej na jeho jednotlivých úsekoch: ac = s₁, cb = s₂, t.j.

A = qEs₁ cos α₂ + qEs₂ cos α₂,

A = qE(s1 cos a, + s2 cos a2,).

Ale s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂ = d, a teda v tomto prípade A = qEd.

Okrem toho predpokladajme, že náboj q sa pohybuje z a do b pozdĺž ľubovoľnej zakrivenej čiary. Na výpočet práce vykonanej na danej krivočiarej dráhe je potrebné rozvrstviť pole medzi platňami A a B, ktorých určitý počet bude tak blízko pri sebe, že jednotlivé úseky dráhy s medzi týmito rovinami možno považovať za rovné. .

V tomto prípade bude práca elektrického poľa vytvoreného na každom z týchto segmentov dráhy rovná A1 = qEd₁, kde d1 je vzdialenosť medzi dvoma susednými rovinami. A celková práca na celej dráhe d sa bude rovnať súčinu qE a súčtu vzdialeností d₁ rovného d. Takto a vo výsledku zakrivená cesta vykonaná práca sa bude rovnať A = qEd.

Príklady, ktoré sme zvážili, ukazujú, že práca elektrického poľa pri presune náboja z jedného bodu do druhého nezávisí od tvaru dráhy pohybu, ale závisí výlučne od polohy týchto bodov v poli.

Okrem toho vieme, že práca vykonaná gravitáciou pri pohybe telesa po naklonenej rovine dĺžky l sa bude rovnať práci vykonanej telesom pri páde z výšky h a výške naklonenej roviny. To znamená, že práca, alebo najmä práca pri pohybe telesa v gravitačnom poli, tiež nezávisí od tvaru dráhy, ale závisí len od rozdielu výšok prvého a posledného bodu. cesty.

Dá sa to teda dokázať dôležitý majetok môže mať nielen homogénne, ale akékoľvek elektrické pole. Podobnú vlastnosť má aj gravitácia.

Práca elektrostatického poľa pri pohybe bodového náboja z jedného bodu do druhého je určená lineárnym integrálom:

A₁₂ = ∫ L₁₂q (Edl),

kde L₁2 je trajektória náboja, dl je nekonečne malé posunutie pozdĺž trajektórie. Ak je obrys uzavretý, potom sa pre integrál použije symbol ∫; v tomto prípade sa predpokladá, že je zvolený smer prechodu obrysu.

Práca elektrostatických síl nezávisí od tvaru dráhy, ale len od súradníc prvého a posledného bodu pohybu. Preto sú sily poľa konzervatívne, zatiaľ čo samotné pole je potenciálne. Stojí za zmienku, že práca kohokoľvek na uzavretej ceste sa bude rovnať nule.

Jedným zo základných pojmov v elektrine je elektrostatické pole. Jeho dôležitou vlastnosťou je pohyb náboja v elektrickom poli, ktorý vzniká rozloženým nábojom, ktorý sa nemení v čase.

Podmienky práce

Sila v elektrostatickom poli presúva náboj z jedného miesta na druhé. Je úplne neovplyvnený tvarom trajektórie. Definícia sily závisí len od polohy bodov na začiatku a konci, ako aj od celkovej výšky náboja.

Na základe toho môžeme vyvodiť nasledujúci záver: Ak je trajektória pri pohybe elektrického náboja uzavretá, potom má všetka práca síl v elektrostatickom poli nulovú hodnotu. V tomto prípade nezáleží na tvare trajektórie, pretože Coulombove sily vytvárajú rovnakú prácu. Keď sa obráti smer pohybu elektrického náboja, zmení sa znamienko aj samotná sila. Preto uzavretá trajektória, bez ohľadu na jej tvar, určuje celú prácu produkovanú Coulombovými silami, ktorá sa rovná nule.

Ak sa na tvorbe elektrostatického poľa podieľa niekoľko bodových nábojov naraz, potom ich celková práca bude súčtom práce vykonanej Coulombovými poľami týchto nábojov. Celková práca, bez ohľadu na tvar trajektórie, je určená výlučne umiestnením počiatočného a koncového bodu.

Koncept potenciálnej energie náboja

Charakteristické pre elektrostatické pole, umožňuje určiť potenciálnu energiu akéhokoľvek náboja. Okrem toho je s jeho pomocou presnejšie určená práca pri pohybe náboja v elektrickom poli. Na získanie tejto hodnoty je potrebné vybrať určitý bod v priestore a potenciálnu energiu náboja umiestnenú v tomto bode.

Náboj umiestnený v akomkoľvek bode má potenciálnu energiu rovnajúcu sa práci, ktorú vykoná elektrostatické pole počas pohybu náboja z jedného bodu do druhého.

IN fyzický zmysel, potenciálna energia je hodnota pre každý z dvoch rôznych bodov v priestore. Práca na pohybe náboja je zároveň nezávislá od dráh jeho pohybu a zvoleného bodu. Potenciál elektrostatického poľa v danom priestorovom bode sa rovná práci vykonanej elektrickými silami, keď sa jednotkový kladný náboj odstráni z tohto bodu do nekonečného priestoru.

Práca elektrického poľa

Pre každý náboj v elektrickom poli existuje sila, ktorá môže týmto nábojom pohybovať. Určte prácu A pri premiestnení bodového kladného náboja q z bodu O do bodu n, ktorú vykonávajú sily elektrického poľa záporného náboja Q. Podľa Coulombovho zákona je sila, ktorá pohybuje nábojom, premenlivá a rovná sa

Kde r je premenlivá vzdialenosť medzi nábojmi.

; Tento výraz možno získať takto

Hodnota je potenciálna energia W p náboja v danom bode elektrického poľa:

Znamienko (-) ukazuje, že keď sa náboj pohybuje poľom, jeho potenciálna energia klesá a mení sa na prácu pohybu.

Hodnota rovnajúca sa potenciálnej energii jediného kladného náboja (q=+1) sa nazýva potenciál elektrického poľa.

Potom

Potenciálny rozdiel dvoch bodov poľa sa teda rovná práci síl poľa pri presune jedného kladného náboja z jedného bodu do druhého.

Potenciál bodu elektrického poľa sa rovná práci na presun jednotkového kladného náboja z daného bodu do nekonečna.

Jednotka merania - Volt \u003d J / C

Práca pohybu náboja v elektrickom poli nezávisí od tvaru dráhy, ale závisí len od rozdielu potenciálov medzi počiatočným a konečným bodom dráhy.

Povrch vo všetkých bodoch, ktorého potenciál je rovnaký, sa nazýva ekvipotenciál.

Intenzita poľa je jeho výkonová charakteristika a potenciál je jeho energetická charakteristika.

Vzťah medzi intenzitou poľa a jeho potenciálom je vyjadrený vzorcom

,

Znamienko (-) je spôsobené tým, že intenzita poľa je nasmerovaná v smere klesajúceho potenciálu a v smere zvyšovania potenciálu.

5. Využitie elektrického poľa v medicíne.

franklinizácia, alebo „elektrostatická sprcha“ je terapeutická metóda, pri ktorej je telo pacienta alebo jeho časti vystavené konštantnému elektrickému poľu vysokého napätia.

Konštantné elektrické pole počas procedúry celkový vplyv môže dosiahnuť 50 kV, s lokálnou expozíciou 15-20 kV.

Mechanizmus terapeutického účinku. Procedúra franklinizácie sa vykonáva tak, že hlava pacienta alebo iná časť tela sa stane akoby jednou z kondenzátorových dosiek, zatiaľ čo druhou je elektróda zavesená nad hlavou alebo inštalovaná nad miestom nárazu na vzdialenosť 6-10 cm. Pod vplyvom vysokého napätia pod hrotmi ihiel upevnených na elektróde dochádza k ionizácii vzduchu s tvorbou vzduchových iónov, ozónu a oxidov dusíka.

Vdychovanie ozónu a vzduchových iónov spôsobuje reakciu vo vaskulatúre. Po krátkodobom vazospazme sa kapiláry rozširujú nielen v povrchových tkanivách, ale aj v hlbokých. V dôsledku toho sa zlepšujú metabolické a trofické procesy a v prípade poškodenia tkaniva sa stimulujú procesy regenerácie a obnovy funkcií.

V dôsledku zlepšenia krvného obehu, normalizácie metabolických procesov a nervových funkcií dochádza k zníženiu bolestí hlavy, vysokého krvného tlaku, zvýšeniu cievneho tonusu, zníženiu srdcovej frekvencie.

Použitie franklinizácie je indikované pri funkčných poruchách nervový systém

Príklady riešenia problémov

1. Počas prevádzky franklinizačného prístroja sa každú sekundu vytvorí 500 000 ľahkých iónov vzduchu v 1 cm3 vzduchu. Určte prácu ionizácie potrebnú na vytvorenie rovnakého množstva vzduchových iónov v 225 cm 3 vzduchu počas ošetrenia (15 min). Ionizačný potenciál molekúl vzduchu sa považuje za rovný 13,54 V; konvenčne sa vzduch považuje za homogénny plyn.

je ionizačný potenciál, A je práca ionizácie, N je počet elektrónov.

2. Pri ošetrení elektrostatickou sprchou sa na elektródy elektrického stroja aplikuje potenciálny rozdiel 100 kV. Určte, aký náboj prejde medzi elektródami počas jedného liečebného postupu, ak je známe, že sily elektrického poľa vykonajú prácu 1800J.

Odtiaľ

Elektrický dipól v medicíne

Podľa Eithovenovej vety, ktorá je základom elektrokardiografie, je srdce elektrický dipól umiestnený v strede rovnostranný trojuholník(Eithovenov trojuholník), ktorého vrcholy možno konvenčne uvažovať

nachádza sa v pravej ruke, ľavej ruke a ľavej nohe.

Počas srdcového cyklu sa mení poloha dipólu v priestore aj dipólový moment. Meranie potenciálneho rozdielu medzi vrcholmi Eithovenovho trojuholníka umožňuje určiť vzťah medzi priemetmi dipólového momentu srdca na stranách trojuholníka. nasledujúcim spôsobom:

Poznaním napätí U AB , U BC , U AC je možné určiť, ako je dipól orientovaný vzhľadom na strany trojuholníka.

V elektrokardiografii sa potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi na tele (v tomto prípade medzi vrcholmi Eithovenovho trojuholníka) nazýva zvod.

Nazýva sa registrácia potenciálneho rozdielu vo vedení v závislosti od času elektrokardiogram.

Lokus bodov konca vektora dipólového momentu počas srdcového cyklu sa nazýva vektorový kardiogram.

Prednáška č. 4

kontaktné javy

1. Rozdiel kontaktného potenciálu. Voltove zákony.

2. Termoelektrina.

3. Termočlánok, jeho využitie v medicíne.

4. Potenciál odpočinku. Akčný potenciál a jeho rozloženie.

1. Pri tesnom kontakte nepodobných kovov medzi nimi vzniká potenciálny rozdiel, závislý len od ich chemické zloženie a teplota (prvý Voltov zákon).

Tento potenciálny rozdiel sa nazýva kontakt.

Aby elektrón opustil kov a dostal sa do prostredia, musí pôsobiť proti silám príťažlivosti kovu. Táto práca sa nazýva pracovná funkcia elektrónu z kovu.

Uveďme do kontaktu dva rôzne kovy 1 a 2, ktoré majú pracovnú funkciu A 1 a A 2, a 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). V dôsledku toho sa prostredníctvom kontaktu kovov „pumpujú“ voľné elektróny z prvého kovu na druhý, v dôsledku čoho sa prvý kov nabije kladne, druhý záporne. Výsledný potenciálny rozdiel vytvára elektrické pole o sile E, čo sťažuje ďalšie „pumpovanie“ elektrónov a úplne ho zastaví, keď sa pohyb elektrónu v dôsledku rozdielu kontaktného potenciálu rovná rozdielu pracovnej funkcie:

(1)

Uveďme teraz do kontaktu dva kovy s A 1 = A 2 s rôznymi koncentráciami voľných elektrónov n 01 > n 02 . Potom začne prevažujúci prenos voľných elektrónov z prvého kovu na druhý. V dôsledku toho bude prvý kov kladne nabitý, druhý záporne. Medzi kovmi bude potenciálny rozdiel, ktorý zastaví ďalší prenos elektrónov. Výsledný potenciálny rozdiel je určený výrazom:

, (2)

kde k je Boltzmannova konštanta

Vo všeobecnom prípade kontaktu kovov, ktoré sa líšia tak v pracovnej funkcii, ako aj v koncentrácii voľných elektrónov, je c.r.p. z (1) a (2) sa bude rovnať

(3)

Je ľahké ukázať, že súčet rozdielov kontaktných potenciálov sériovo zapojených vodičov sa rovná rozdielu kontaktných potenciálov vytvorených koncovými vodičmi a nezávisí od medziľahlých vodičov.

Táto pozícia sa nazýva druhý zákon Volta.

Ak teraz priamo pripojíme koncové vodiče, potom potenciálny rozdiel existujúci medzi nimi je kompenzovaný rovnakým potenciálovým rozdielom vznikajúcim v kontakte 1 a 4. Preto K.R.P. nevytvára prúd v uzavretom okruhu kovových vodičov s rovnakou teplotou.

2. Termoelektrina je závislosť rozdielu kontaktného potenciálu od teploty.

Urobme uzavretý obvod z dvoch rôznych kovových vodičov 1 a 2. Teploty kontaktov a a b budú udržiavané rôznymi T a > T b . Potom, podľa vzorca (3), f.r.p. horúce spojenie viac ako studené spojenie:

V dôsledku toho vzniká potenciálny rozdiel medzi križovatkami a a b

Nazýva sa to termoelektromotorická sila a v uzavretom okruhu potečie prúd I. Pomocou vzorca (3) dostaneme

Kde pre každý pár kovov

3. Nazýva sa uzavretý okruh vodičov, ktorý vytvára prúd v dôsledku rozdielu teplôt kontaktov medzi vodičmi termočlánok.

Zo vzorca (4) vyplýva, že termoelektromotorická sila termočlánku je úmerná teplotnému rozdielu spojov (kontaktov).

Vzorec (4) platí aj pre teploty na stupnici Celzia:

Termočlánok môže merať iba teplotné rozdiely. Typicky sa jeden spoj udržiava na 0 °C. Nazýva sa to studený spoj. Druhá križovatka sa nazýva horúca alebo meracia križovatka.

Termočlánok má oproti ortuťovým teplomerom značné výhody: je citlivý, bez zotrvačnosti, umožňuje meranie teploty malých predmetov a umožňuje meranie na diaľku.

Meranie hranice teplotného poľa ľudského tela.

Predpokladá sa, že teplota ľudského tela je konštantná, ale táto stálosť je relatívna, pretože v rôznych častiach tela nie je teplota rovnaká a mení sa v závislosti od funkčného stavu organizmu.

Teplota kože má svoju vlastnú dobre definovanú topografiu. najviac nízka teplota(23-30º) majú distálne končatiny, špičku nosa, ušnice. Najvyššia teplota je v podpazuší, v perineu, krku, perách, lícach. Zvyšné oblasti majú teplotu 31-33,5ºС.

U zdravého človeka je rozloženie teploty symetrické vzhľadom na stredná čiara telo. Porušenie tejto symetrie slúži ako hlavné kritérium pre diagnostiku chorôb vytvorením profilu teplotného poľa pomocou kontaktných zariadení: termočlánku a odporového teplomera.

4 . Povrchová membrána bunky nie je rovnako priepustná pre rôzne ióny. Navyše, koncentrácia akýchkoľvek špecifických iónov je na rôznych stranách membrány rozdielna, najpriaznivejšie zloženie iónov sa udržiava vo vnútri bunky. Tieto faktory vedú k tomu, že sa v normálne fungujúcej bunke objaví potenciálny rozdiel medzi cytoplazmou a prostredím (pokojový potenciál)

Pri excitácii sa mení potenciálny rozdiel medzi bunkou a prostredím, vzniká akčný potenciál, ktorý sa šíri v nervových vláknach.

Mechanizmus šírenia akčného potenciálu pozdĺž nervového vlákna sa uvažuje analogicky so šírením elektromagnetickej vlny po dvojvodičovom vedení. Spolu s touto analógiou však existujú zásadné rozdiely.

Elektromagnetická vlna, ktorá sa šíri v médiu, slabne, pretože jej energia sa rozptýli a zmení sa na energiu molekulárneho tepelného pohybu. Zdrojom energie elektromagnetickej vlny je jej zdroj: generátor, iskra atď.

Budiaca vlna nevyhasína, pretože prijíma energiu práve z média, v ktorom sa šíri (energia nabitej membrány).

K šíreniu akčného potenciálu pozdĺž nervového vlákna teda dochádza vo forme autovlny. Aktívnym médiom sú excitabilné bunky.

Príklady riešenia problémov

1. Pri konštrukcii profilu teplotného poľa povrchu ľudského tela sa používa termočlánok s odporom r 1 = 4 Ohm a galvanometer s odporom r 2 = 80 Ohm; I=26mkA pri teplotnom rozdiele ºС. Aká je konštanta termočlánku?

Tepelná sila, ktorá sa vyskytuje v termočlánku, sa rovná

(1) kde termočlánky, - teplotný rozdiel križovatiek.

Podľa Ohmovho zákona pre časť reťaze, kde sa U berie ako . Potom

Prednáška č. 5

Elektromagnetizmus

1. Povaha magnetizmu.

2. Magnetická interakcia prúdov vo vákuu. Amperov zákon.

4. Dia-, para- a feromagnetické látky. Magnetická permeabilita a magnetická indukcia.

5. Magnetické vlastnosti telesných tkanív.

1 . Okolo pohybujúcich sa elektrických nábojov (prúdov) vzniká magnetické pole, prostredníctvom ktorého tieto náboje interagujú s magnetickými alebo inými pohyblivými elektrickými nábojmi.

Magnetické pole je silové pole, je znázornené pomocou magnetických siločiar. Na rozdiel od siločiar elektrického poľa sú magnetické siločiary vždy uzavreté.

Magnetické vlastnosti látky sú spôsobené elementárnymi kruhovými prúdmi v atómoch a molekulách tejto látky.

2 . Magnetická interakcia prúdov vo vákuu. Ampérov zákon.

Magnetická interakcia prúdov bola študovaná pomocou pohyblivých drôtových obvodov. Ampere zistil, že veľkosť sily vzájomného pôsobenia dvoch malých úsekov vodičov 1 a 2 s prúdmi je úmerná dĺžkam týchto úsekov, prúdom I 1 a I 2 v nich a je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti r. medzi sekciami:

Ukázalo sa, že sila nárazu prvého úseku na druhý závisí od ich vzájomnej polohy a je úmerná sínusom uhlov a .