Изучение нагревания электролитов и диэлектриков в электрическом поле высокой частоты с помощью аппарата УВЧ

При высокочастотных токах изменение направления тока происходит миллионы и десятки миллионов раз в секунду, поэтому ионы, входящие в систему живого вещества настолько мало успевают переместиться за время течения тока в одном направлении, что необратимые нарушения нормальной концентрации ионов в клетках и прочие нежелательные эффекты, имеющие место при действии токов низкой частоты, практически отсутствуют. Вместе с тем ничтожно малые перемещения ионов связаны с трением в вязкой среде и происходит выделение значительного количества тепла в тканях организма.

Живое вещество содержит элементы типа электролитов (проводники тока) и диэлектриков (изоляторы). В электролитах при наличии электрического поля возникает перемещение свободных заряженных частиц (ток). В диэлектриках при помещении их в электрическое поле возникает смещение первоначально уравновешенных положительных и отрицательных зарядов молекулы (образование электрических диполей) или ориентация уже существующих диполей вдоль силовых линий поля. При наличии быстропеременного электрического поля в диэлектрике происходит непрерывное периодическое изменение ориентации полюсов диполей с соответствующей частотой. Такое смещение электрических зарядов внутри диэлектрика называется током смещения. Как ток проводимости, так и ток смещения в тканях сопровождается превращением энергии тока или поля в тепловую энергию.

Количество тепла, выделяемого высокочастотным электрическим полем в единице объема ткани за единицу времени, выражается формулой:

для тока проводимости: (1)

для тока смещения: (2)

Здесь - электропроводность электролита, - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, - частота электрического поля, Е – напряженность поля, - угол, определяющий отставание по фазе колебаний молекулярных диполей от колебаний напряженности электрического поля Е (угол диэлектрических потерь), - некоторые коэффициенты пропорциональности. Из формулы (2) видно, что количество тепла, выделяемое током смещения, растет пропорционально частоте поля. Это значит, что с увеличением частоты количество тепла, выделяемое в тканях за счет тока смещения, возрастает по сравнению с количеством тепла, выделяемое током проводимости. При действии ультравысокочастотного поля ток смещения вызывает более равномерное прогревание различных тканей благодаря относительно небольшим различиям в их электрической проницаемости.

Таким образом, количество тепла, выделяемое в единице объема электролитом и диэлектриком, зависит от их природы (электропроводности или диэлектрической проницаемости), а также от частоты изменения электрического поля. Вместе с тем для электролитов количество выделенного в единице объема тепла зависит еще от концентрации электролита.

В работе предлагается изучить процесс выделения тепла при действии генератора УВЧ в электролите и в диэлектрике.

Метод работы – наблюдение изменения температуры электролита и диэлектрика со временем при их помещении между электродами пациента. В качестве электролита предлагается использовать раствор поваренной соли при концентрации 1-2%, в качестве диэлектрика – касторовое масло. Так мы моделируем поведение различных элементов живой ткани - электролитов и диэлектриков – при действии на них токов высокой частоты.

Обе жидкости наливаются в одинаковые прямоугольные сосуды, которые помещаются между электродами аппарата УВЧ так, чтобы обеспечить для них одинаковое воздействие электрического поля. В каждый сосуд опущен шарик термометра. Включив аппарат и отметив первоначальную температуру жидкостей, нужно через каждые 3-5 минут отмечать их температуру. Записать результаты в таблицу 2.

Таблица 2