Влияние переменного электрического поля на ткани организма

В тканях находящихся в переменном электрическом поле, возникают токи смещения и токи и проводимости. Наличие этих токов в тканях живых организмов, приводит к нагреванию тканей. Для этих целей, используют электрические поля ультравысокой частоты (У.В.Ч.). В аппаратах УВЧ используют частоту 40, 58 МГц. Электропроводящие части тканей выделяют количество теплоты q за 1 секунду в 1 м³.

или q=E²*g

где r - удельное сопротивление ткани

g - удельная проводимость ткани,

Е - эффективная напряженность электрического поля.

Эффективная напряженность электрического поля, аналогично силе тока и напряжению, связана с максимальным значением соотношения:

.

В диэлектрических частях тканей количество теплоты выделяемое 1 м³ тканей за 1 секунду равно:

где Е – эффективная напряженность электрического поля,

w – частота электрического поля,

e – относительная диэлектрическая проницаемость среды,

e₀ – электрическая постоянная,

d – угол диэлектрических потерь.

Чем больше угол диэлектрических потерь, тем больше активная составляющая силы тока. Таким образом, в обоих случаях выделяемое количество теплоты пропорционально квадрату эффективной напряженности электрического поля, которое зависит от характеристики среды, а для диэлектрических частей тканей – от частоты поля и диэлектрической проницаемости среды.

Электромагнитная волна поляризует молекулы вещества тканей и периодически переориентирует их как электрические диполи. Кроме того, электромагнитная волна воздействует на ионы и вызывает переменный ток проводимости. Все это приводит к нагреванию тканей организма. Большое значение имеют токи смещения, обусловленные переориентацией молекул воды. Глубина проникновения электромагнитных волн в ткани организма человека зависит от частоты электромагнитных волн. Условно считают, что при микроволновой терапии глубина проникновения электромагнитных волн равна 3-5 см от поверхности тела, а при ДЦВ – терапии до 9 см. [1].

Приборы и оборудование.

1.ФПЭ -02 - модуль.

2.PV -цифровой вольтметр.

3.РО -осциллограф.

На рис. 7 приведена структурная схема, с помощью которой изучаются свойства сегнетоэлектриков.

На передней панели модуля имеются:

1) ручка "Рег U" потенциометра R;

2) гнезда "РU" - для подключения вольтметра;

3) гнезда "РО" ("Y", "Х", " ") - для подключения осциллографа.

От источника питания на схему поступают напряжение сети ~220 В, 50 Гц.

Напряжение, снимаемое со вторичной цепи понижающего трансформатора Т (220/100), через потенциометр R₃ подается на делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R₁ и R₂. Параллельно делителю R₁, R₂ включены последовательно два конденсатора, образующие емкостной делитель: исследуемый керамический сегнетоэлектрический конденсатор С₁ и эталонный конденсатор С₂.Вольтметр Р обеспечивает измерение величины напряжения, подаваемого на делители R₁ , R₂ и С₁ , С₂.

Осциллограф РО служит для наблюдения и изучения поляризации сегнетоэлектрического конденсатора С₁ при подаче на него переменного гармонического напряжения.

Метод измерения

На вертикально отклоняющиеся пластины осциллографа подается напряжение U_y с эталонного конденсатора

. (6.1.13)

Так как С₁ и С₂ соединены последовательно, то они имеют одинаковый заряд q на обкладках. Величина этого заряда может быть выражена через электрическое смещение поля в исследуемом конденсаторе C₁:

,

откуда

, (6.1.14)

где δ- поверхностная плотность заряда на обкладках конденсатора С₁;

-площадь, d-диаметр обкладок конденсатора С₁. С учетом (6.1.14) напряжение

(6.1.15)

На горизонтально отклоняющиеся пластины подается напряжение U_х, снимаемое с сопротивления R₂:

(6.1.16)

Это напряжение, как видим, составляет часть полного напряжения U, подаваемого на делитель напряжения R₁,R₂,а значит, и на емкостной делитель С₁, С₂.Емкости С₁ и С₂ подобраны таким образом, что С₁<<C₂. Поэтому с достаточной степенью точности можно считать, что практически все напряжениеU,снимаемое с потенциометра R₃, на емкостном делителе приложено к сегнетоэлектрическому конденсатору С_1. Действительно, так как , то U=U_с1+U_с2≈U_с1. Тогда, полагая электрическое поле внутри конденсатора С₁ однородным, имеем

(6.1.17)

где Е - напряженность электрического поля в пластине сегнетоэлектрика; h- толщина пластины сегнетоэлектрика.

С учетом (6.1.17) напряжение U_х можно представить в виде

(6.1.18)

Таким образом, в данной электрической схеме на вертикально и горизонтально отклоняющиеся пластины осциллографа одновременно подаются периодически изменяющиеся напряжения, пропорциональные, соответственно, электрическому смещению D и напряженности поля Е в исследуемом сегнетоэлектрике, в результате чего на экране осциллографа получается петля гистерезиса рис.3.

Выражения (6.1.15), (6.1.17) и (6.1.18) позволяют найти напряженность Е электрического поля в сегнетоэлектрике, если предварительно определены величины U_у,U_х и U. Напряжение U определяется по показанию вольтметра ΡU. Напряжение U_у и U_х измеряются с помощью осциллографа и рассчитываются по формулам:

где У, X - отклонения электронного луча на экране осциллографа по осям У и Х соответственно; К_У ,К_х - коэффициент отклонения каналов Уи Х осциллографа.

Учитывая (6.1.19) и (6.1.20), из выражений (6.1.15) и (6.1.18) получим:

; (6.1.21)

(6.1.22)

Кроме того, из выражения (6.1.17) следует

(6.1.23)

где U-эффективное значение напряжения, измеряемое вольтметром ΡU. Для напряженности поля получили две формулы. Формула (6.1.22) используется для определения текущего, а формула (6.1.23) - используется для определения амплитудного значения напряженности поля в сегнетоэлектриках.

Применим полученные соотношения для нахождения тангенса угла диэлектрических потерь в сегнетоэлектрике и исследования зависимости ,

Подставляя в (6.1.12) выражения (6.1.21) и (6.1.22), имеем

(6.1.24)

где S_n - площадь петли гистерезиса в координатах Х, У;Х₀ , У₀ -координаты вершины петли гистерезиса.

Для измерения диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика используем тот факт,что основная кривая поляризации (кривая ОАВ на рис.3) является геометрическим местом точек вершин циклов переполяризации, полученных при различных максимальных значениях Е₀ напряженности поля в образце. Для каждой ее точки можем записать соотношение (6.1.5) в виде , где D₀ ,E₀ -координаты вершины циклов переполяризации. Тогда определив с помощью формул (6.1.21) и(6.1.23) значения D₀ и Е₀ вершин нескольких циклов, можно из (6.1.5) найти значения при различных значениях Е₀ согласно выражению

(6.1.25)

и изучить зависимость .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: