Воздействие на организм человека переменными электрическими и магнитными полями с лечебной целью.

Воздействие на организм человека переменным магнитным полем. В массивных проводящих телах, находящихся в переменном магнитном поле, возникают вихревые токи. Эти токи могут использоваться для прогревания биологических тканей и органов. Такой метод получил название индуктотермии.

При индуктотермии количество теплоты, выделяющееся в тканях, пропорционально квадратам частоты и индукции переменного магнитного поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению. Поэтому сильнее будут нагреваться ткани, богатые сосудами, например, мышцы, чем ткани с жиром.

Воздействие переменным электрическим полем. В тканях, находящихся в переменном электрическом поле, возникают токи смещения и токи проводимости. Для этой цели используют электрические поля ультравысокой частоты, поэтому соответствующий физиотерапевтический метод получил название УВЧ-терапии.

Выделяющееся в теле количество теплоты можно выразить так:

, (1)

где Е - напряженность электрического поля, l - длина объекта, помещенного в поле,

S - его сечение, его сопротивление, -его удельное сопротивление.

Разделив обе части (1) на объем Sl тела, получим количество теплоты, выделяющееся за 1с в 1м³ ткани:

. (2)

Воздействие электромагнитными волнами. Применение э/м волн СВЧ-диапазона -микроволновая терапия (частота 2375 МГц, =12,6 см) и ДЦВ-терапия (частота 460 МГц, =65,2см). Э/м волны оказывают тепловое действие на биологические объекты. Э/м волна поляризует молекулы вещества и периодически переориентирует их как электрические диполи. Кроме того, э/м волна воздействует на ионы биологических систем и вызывает переменный ток проводимости.

Таким образом, в веществе, находящемся в электромагнитном поле, есть как токи смещения, так и токи проводимости. Все это приводит к нагреванию вещества.

Большое значение имеют токи смещения, обусловленные переориентацией молекул воды. В связи с этим, максимальное поглощение энергии микроволн происходит в таких тканях, как мышцы и кровь, а в костной и жировой икании меньше; они меньше и нагреваются. Электромагнитные волны могут влиять на биологические объекты, разрывая водородные связи и влияя на ориентацию макромолекул ДНК и РНК.

Учитывая сложный состав тканей, условно считают, что при микроволновой терапии глубина проникновения электромагнитных волн равна 3 - 5 см от поверхности, а при ДЦВ – терапии - до 9см.

Сантиметровые э/м волны проникают в мышцы, кожу, биологические жидкости до 2 см, в жир, кости - до 10см.

Примеры решения задач

1. В аппарате для УВЧ-терапии используется колебательный контур, состоящий из воздушного конденсатора с площадью пластин S = 100см² каждая и катушки с индуктивностью L = 10^-5 Г. Период электрических колебаний в контуре T = 10^-7 c. Определить расстояние между пластинами конденсатора.

Решение:

, (1)

. (2)

С другой стороны, емкость плоского конденсатора

. (3)

Приравнивая между собой правые части равенств, выражающих С, получим

2. В магнитотерапевтической машине используется колебательный контур, состоящий из катушки с индуктивностью L = 2,5 Г и двух конденсаторов, соединенных между собой параллельно, емкостью мкФ каждый. Определить период Т электрических колебаний в контуре и длину излучаемых контуром электромагнитных волн.

Решение:

Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью L = 2,5 Г и двух конденсаторов, соединенных между собой параллельно, поэтому общая емкость С равна сумме емкостей, соединяемых конденсаторов. Поэтому . Тогда, пользуясь формулой Томсона, получим:

Согласно формуле , где м/с – скорость распространения электромагнитных волн, Т - период этих волн.

Так как период э/м волн равен периоду создающих электрических колебаний, то

.

Лекция №9

Оптика

1. Природа света. Основные понятия оптики.

2. Отражение и преломление света. Закон Снеллиуса. Полное отражение.

3. Ход лучей в призме.

4. Эндоскопическая аппаратура, ее применение в клинической практике.

Природа света. Основные понятия оптики.

Оптика - раздел физики, в котором изучаются вопрос о природе света, закономерностях световых явлений и процессы взаимодействия света с веществом.

В течение двух с половиной столетий представление о природе света претерпело существенное изменение. В конце 17 в. сформировались две принципиально различные точки зрения на природу света: корпускулярная теория, разработанная Ньютоном, и волновая теория, разработанная Гюйгенсом. Согласно корпускулярной теории, свет есть поток материальных частиц (корпускул), летящих с большой скоростью от источника света.

Согласно волновой теории, свет представляет собой волну, исходящую от источника света и распространяющуюся с большой скоростью в «мировом эфире» - неподвижной, упругой среде, непрерывно заполняющей всю вселенную.

По современным воззрениям свет - сложный электромагнитный процесс, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами. В некоторых явлениях (интерференция, дифракция, поляризация света) обнаруживаются волновые свойства света; эти явления описываются волновой теорией. В других явлениях (фотоэффект, люминесценция, атомные и молекулярные спектры) обнаруживаются корпускулярными свойствами света; такие явления описываются квантовой теорией.

Таким образом, волновая (электромагнитная) и корпускулярная (квантовая) теории не отвергают, а дополняют друг друга, отражая тем самым двойственный характер свойств света.

В геометрической (лучевой) оптике рассматриваются законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о свете, как о совокупности световых лучей-линий, вдоль которых распространяется энергия световых электромагнитных волн. В геометрической оптике не учитываются волновые свойства света и связанные с ними дифракционные явления.

В различных прозрачных средах свет распространяется с различными скоростями, меньшими скоростями света в вакууме. Среда, во всех точках которой скорость распространения света одинакова, называется оптически однородной средой.

Монохроматическим будем называть свет какой-либо одной волны, или, говоря о субъективном восприятии, какого-либо одного цвета.

2. Отражение и преломление света. Закон Снеллиуса. Полное отражение.

Плоский фронт волны ОА падает на границу раздела сред, где он частично отражается (лучи 3 и 4), а частично преломляются. Применяя принцип Гюйгенса-Френеля, построим фронты отраженной и преломленной волн. В точку В свет приходит позднее, чем в точку О, на время .

За это время из точки О (как из вторичного источника света) в первой среде успевает распространиться полусферическая волна радиусом , а во второй среде – полусферическая волна радиусом .

От всех остальных точек границы ОВ (кроме точки В) также распространяются вторичные полусферические волны, радиусы которых окажутся убывающими в направлении от О к В.

Огибающая всех волновых полусфер первой среды дает фронт отраженной волны ВD, а огибающая всех полусфер второй среды - фронт преломленной ВЕ.

ОАВ= ВDО (как с общей гипотенузой и катетом): ОD = r = АВ Но

(1)

Закон отражения света (1): падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к границе раздела сред в точке падения; угол падения равен углу отражения.

Учитывая, что , , получим

(2)

Закон преломления света (2): падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к границе раздела сред, проведенным в точке падения; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.

Обозначая и ,

сде с – скорость света в вакууме, n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления первой и второй сред, получим:

, (3)

где -относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Eсли свет переходит из оптически более плотной среды ( ) в оптически менее плотную среду (n₂< n₁), то согласно (3) . Поэтому при некотором угол º, т.е. преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред, не входя во вторую среду. Угол А называется предельным углом падения.

При свет полностью отражается в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением света

Согласно (3)

(3’)

Из этих соотношений можно определить n₂₁. Это делается с помощью рефрактометра.

3. Ход лучей в призме.

Во многих приборах для преломления света используются стеклянные призмы. После двукратного преломления луч оказывается отклоненным от первоначального направления на угол , называемым углом отклонения. Угол -преломляющий угол призмы.

Найдем из закона преломления: ; . При малых и будут также малы , и

(4)

На основании о внешнем угле из ВЕД следует, что

(5)

Аналогично из ВСД находим: .

Подставляя и из (4) и учитывая (5), после преобразований получим:

или

6)