Электромагнитные колебания и волны
Электромагнитные колебания
Электромагнитные колебания – это периодические изменения различных электрических и магнитных характеристик: токов, напряжений, напряженности электрического поля и др.
 Рис. 36. |
Период колебаний в контуре определяется по формуле У. Томпсона:
.
а) Переменный электрический ток.
Переменным называется ток, который меняется во времени по величине и по направлению. Обычно ток меняется по гармоническому закону:
.
Он возникает под действием переменного напряжения:
,
– начальная фаза колебаний, зависящая от набора различных элементов в цепи.
В общем случае цепь содержит все элементы: резистор (R), емкость (C), индуктивность (L). Каждый из этих элементов дает вклад в общее сопротивление цепи: R ‑ активное сопротивление; XL и XC ‑ реактивные сопротивления соответственно индуктивности и емкости. Полное сопротивление цепи называется импеданс (Z). Его определяют по формуле:
.
б) Электрический импульс.
Это кратковременное изменение электрического напряжения или силы тока на фоне некоторого постоянного значения.
Есть две группы импульсов.
Видеоимпульсы – электрические импульсы постоянного тока или напряжения.
Радиоимпульсы – это модулированные электромагнитные колебания.
Импульсный ток – это повторяющиеся импульсы.
На рис. 37. Приведен одиночный импульс тока (напряжения) ‑ а) и повторяющиеся импульсы тока (напряжения) ‑ б).
а) б)
Рис. 37.
Характеристики импульсов:
– длительность (переднего) фронта импульса;
– длительность среза (заднего фронта) импульса;
– длительность импульса;
Т – период;
– крутизна фронта;
– скважность следования импульсов;
– коэффициент заполнения.
Импульсная электротерапия
а) Электросонтерапия – метод лечебного воздействия на структуры головного мозга. Применяют прямоугольные импульсы с частотой 5–160 Гц и длительностью 0,2–0,5 мс. Сила тока составляет 1–8 мА.
б) Транскраниальная электроанальгезия – метод лечебного воздействия на кожные покровы головы импульсными токами, вызывающими обезболивание или снижение интенсивности болевых ощущений. Используют:
1) прямоугольные импульсы напряжением до 10 В частота 60–100 Гц, длительность 3,5–4 мс, следующие пучками по
20–50 имп.
2) прямоугольные импульсы переменной скважности: частота 150–2000 с–1; напряжение 20 B; ток 1 мА; длительность
= 0,15–0,5 мс. Подбор индивидуален.
в) Электростимуляция – метод лечебного применения импульсных токов. Используется для восстановления деятельности органов и тканей, утративших нормальную функцию.
г) Электропунктура – лечебное воздействие на биологически активные точки. Эти точки имеют повышенную электропроводность. Напряжение 2 В. Электрод в руке. Второй электрод – щуп. Есть разброс по степени воздействия, зависящий от состояния пациента и силы прижима щупа.
Для электропунктуры используют импульсные и переменные токи.
Электромагнитные волны
Электромагнитная волна – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью и переносящие энергию.
Волна имеет две составляющих: электрическую E и магнитную B. Они обе изменяются по гармоническому закону:
;
.
Модули векторов E и B связаны соотношением:
В вакууме скорость электромагнитных волн равна скорости света. Показатель преломления среды 
. Электромагнитный спектр приведен на рис. 38.
Рис. 38.Электромагнитный спектр, который показывает
основную классификацию электромагнитного излучения
в зависимости от длины волны и частоты
Свойства электромагнитных волн:
– частично поглощаются диэлектриком;
– практически полностью отражаются металлами;
– преломляются на границе диэлектриков;
– есть дифракция, интерференция.
В медицине принято следующее условное разделение по частотным диапазонам:
1. Низкие частоты (НЧ) – до 20 Гц.
2. Звуковые частоты (ЗЧ) – 20‑20000 Гц.
3. Ультразвуковые (УЗЧ) или надтональные частоты – 20‑200 кГц.
4. Высокие частоты (ВЧ) – 200 кГц‑30 МГц.
5. Ультравысокие частоты (УВЧ) – 30 МГц‑300 МГц.
6. Сверхвысокие частоты (СВЧ) – 300 МГц‑300 ГГц.
7. Крайневысокие частоты (КВЧ) – свыше 300 ГГц.