Электрические и магнитные явления в организме, электрические воздействия и методы исследования.

1 минута

Введение

При функционировании тканей и органов, отдельных клеток, сопровождающемся электрической активностью в организме создается электрическое поле. Приложенные к разным участкам тела электроды регистрируют разность потенциалов. Возникающая при функционировании данного органа или ткани меняющиеся во времени разности потенциалов называют динамическим потенциалом органа или ткани, а записанный на любой носитель, этот потенциал развернутый во времени, называют - электрограммой

Вопрос 1. 14 минут

Основные характеристики электрического поля.

Электрическое поле есть вид материи, посредством которого осуществляется связь и взаимодействие между электрическими зарядами.

Электрическое поле встречается в двух формах: электростатического поля, посредством которого взаимодействуют неподвижные заряды, и электродинамического или вихревого поля, возникающего путем индукции при изменении магнитного поля. Мы рассматриваем электростатическое поле.

Электрическое поле проявляется силами, действующими на помещенный в поле сторонний электрический заряд. Основной характеристикой электрического поля является напряженность «Е» - векторная величина, равная силе «F», с которой поле действует на единичный заряд «q», помещенный в данную точку поля, и направление которой совпадает с направлением силы, действующей в поле на положительный заряд.

Е = .

Закон Кулона - (crc) - для среды

(cu) - для среды

Потенциал в данной точке поля, образованного положительным зарядом, численно равен потенциальной энергии, которую приобретает единичный положительный заряд, помещенный в данную точку.

 = А/q = W_q/q = Fr/q = (q²r)/qr² = q/r

Напряженность поля в любой точке численно равняется градиенту потенциала вдоль линии напряженности.

E = d/d = qrad

Электронвольт – кинетическая энергия, которую приобретает электрон или любая частица с равным ему зарядом при движении под действием сил электрического поля в вакууме между точками с разностью потенциалов в 1В.

1 эВ = 1,6  10^-19Дж

Вопрос 2. 14 минут. Диполь в электрическом поле. Электрическое поле диполя.

Система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку, точечных электрических зарядов, расположенных на расстоянии « » друг от друга, называется электрическим диполем, или просто диполем.

Основной характеристикой диполя является его электрический или дипольный момент – вектор, численно равный произведению заряда «q» на расстояние « »:

и направленный от отрицательного заряда к положительному.

Единицей дипольного момента в CИ является 1 Клм.

Рассмотрим диполь во внешнем однородном электрическом поле напряженностью «Е».

Пусть направление диполя составляет с направлением напряженности «Е» угол «». На положительный заряд диполя действует сила F₊ = qE, направленная по полю, а на отрицательный заряд – сила F_- = - qE, направленная против поля. Эти силы образуют пару с моментом:

М =  sin =q Esin.

Принимая во внимание, что

q = р,

получим: на диполь в однородном электрическом поле действует вращающий момент:

М = рЕ  sin,

з

F

ависящий от электрического момента, ориентации диполя в поле и напряженности поля.

Или в векторной форме  .

Рассмотрим теперь диполь в неоднородном электрическом поле. В этом случае линии напряженности должны представлять собой линии, сходящиеся или расходящиеся.

Для простоты предположим, что диполь расположен вдоль силовой линии. На него действуют силы:

F₊ = qE₊ и F_- = -qE_{- ,}

где Е₊ и Е_- - напряженности поля соответственно в месте нахождения положительного и отрицательного зарядов, причем E_- > E₊.

Равнодействующая этих сил –

F = F_- - F₊ = qE_- - qE₊ = q(E_- - E₊).

Введем величину , характеризующую среднее изменение напряженности, приходящееся на единицу длины диполя. Т.к. обычно « » невелико, то приближенно можно считать:

= , (1)

где - есть производная от напряженности электрического поля по направлению оси Х, являющаяся мерой неоднородности электрического поля вдоль соответствующего направления. Из уравнения (1), следует

E_- - E₊ = , тогда

F = q = p .

Таким образом, в неоднородном электрическом поле на диполь, кроме момента сил, действует сила зависящая от степени неоднородности поля .

Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно будет действовать еще и вращающий момент. Поэтому свободный диполь практически всегда будет перемещаться в область большей напряженности поля.

Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно будет действовать еще и вращающий момент. Поэтому свободный диполь практически всегда будет перемещаться в область большей напряженности поля.

Найдем потенциал _s в точке «S» поля, образуемого диполем в вакууме (т.е. сам диполь является источником поля), которая находится от его центра «О» на расстоянии «r», значительно превышающем длину « » диполя:

r >>

Потенциал _s равен сумме потенциалов ₁ и ₂ полей, созданных зарядами +q и –q диполя:

_s = ₁ + ₂,

по определению потенциала поля точечного заряда, ₁ = и ₂ = .

Поэтому, _s = - = q = .

Но (r₂ – r₁)  аb

ab = cos , т.е. (r₂ – r₁) = cos.

Т.к. r >> , то в знаменателе приравняем r₁= r₂ = r_.

Подставим это в формулу,

_s = = = .

Таким образом, потенциал «» в любой точке поля диполя, находящейся от его центра на расстоянии, значительно превышающем его длину, прямо пропорционален проекции вектора момента диполя на радиус-вектор данной точки и обратно пропорционален квадрату расстояния точки от центра диполя.