- •Лабораторная работа №12 Изучение воздействий электромагнитных полей на биологические ткани.
- •Краткая теория
- •В оздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия).
- •Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (увч- терапия).
- •Порядок выполнения работы
В оздействие переменным магнитным полем на ткани организма (индуктотермия).
Рис 1.
Поместим образец (ткань) в переменное магнитное поле (рис. 1). Магнитный поток магнитного поля изменяется по закону: , а сила тока в ткани:
.
Полагая, что .
Так как тогда .
Обозначим , где k- коэффициент, учитывающий геометрические размеры ткани.
Тогда сила тока в биологической ткани определяется:
Допустим, что В изменяется по закону cos wt т.е. B=Bm.cos wt, а изменение индукции со временем будет определяться выражением:
Тогда сила тока в ткани:
.
Мощность
Подставляя силу тока в формулу мощности, получим:
;
Мощность, выделяемая в единице объема в единицу времени q будет определяться уравнением
где K= ,
Анализируя полученное выражение, приходим к выводу, что , где удельное сопротивление ткани.
Ткань обладает как диэлектрическим, так и электролитными свойствами. Удельное сопротивление электролитов меньше чем для диэлектриков. Поэтому ткани, обладающие электролитными свойствами, прогреваются эффективнее, чем диэлектрики при одной и той же частоте магнитного поля (положительный эффект). К таким тканям относятся мышцы богатые сосудами, межтканевая жидкость и т.д.
Воздействие высокочастотного электрического поля на биологические ткани (увч- терапия).
В озьмем биологическую ткань с диэлектрической проницаемостью и поместим ее между двумя электродами, выполненных в виде пластин. Причем пластины не касаются биологической ткани. Между пластинами возникает переменное электрическое поле напряженностью Е (рис. 2).
Рис. 2
S – площадь пластин,
U – переменное напряжение, подаваемое на пластины.
Под влиянием высокочастотного электрического поля в биологической ткани возникают токи смещения и проводимости.
Выразим через напряженность переменного электрического поля Е.
Среднее значение мощности в цепи переменного тока, выражающейся формулой,
- угол сдвига фаз между и . В чистых диэлектриках и .
В реальных диэлектриках , а угол - называют углом диэлектрических потерь (рис3).
Рис. 3
Разложим силу тока на две составляющие: активную и реактивную (рис. 3). Реактивная составляющая сдвинута по фазе относительно напряжения на угол и мощность, выделяемая ею, равна нулю. Активная составляющая выделяет мощность в биологической ткани, которая определяется уравнением:
Выразим через :
Тогда
.
Выразим через напряжение и емкостное сопротивление биологической ткани.
= .
где С- емкость плоского конденсатора в котором находится ткань с диэлектрической проницаемостью .
Тогда
,
но , а , получаем .
Выразим через напряженность электрического поля Е, т.е.:
d - расстояние между обкладками конденсатора с биологической тканью.
Тогда
и
.
При анализе полученного выражения видно, что количество тепла выделяемой в единице объема биологической ткани зависит от диэлектрических свойств самой ткани - чем больше диэлектрическая проницаемость, тем соответственно, и больше выделяется тепла. Следовательно, при УВЧ-терапии лучше прогреваются ткани, обладающие диэлектрическими свойствами (жир, клетчатка и т.д.).
В аппаратах УВЧ используется электрическое поле с частотой 40МГц.
Наряду с УВЧ – терапией применяется микроволновая терапия ( =2375 МГц) и ДЦВ – терапия ( = 460 МГц). Эти два вида получили название СВЧ – терапия.
Физический аспект: Электрическая волна поляризует молекулы вещества, в результате чего возникают диполи. При изменении направления электромагнитной волны происходит переориентация диполей, что вызывает ток смещения. Кроме того, электромагнитная волна вызывает смещения ионов образуя ток проводимости. Таким образом, в веществе помещенной в переменное электромагнитное поле возникают как токи проводимости, так и токи смещения. Все это приводит к нагреванию вещества.
Глубина проникновения электромагнитных волн в биологические ткани зависит от свойств самой ткани (строения) и электромагнитных волн.
Сантиметровые волны проникают в мышцы, биологические жидкости на глубины около 2 см., а в жир, клетчатки около 10 см.
Для дециметровых волн эти показатели примерно в 2 раза выше.