Вязкость жидкости. ньютоновские и неньютоновские жидкости
Между молекулами реальной жидкости всегда существуют силы взаимодействия, которые при ее течении проявляются как силы трения, направленные по касательной к поверхности перемещающихся слоев. Эти силы и определяют внутреннее трение, или вязкость жидкости. Наличие сил внутреннего трения приводит к тому, что различные слои жидкости движутся с различными скоростями. На рис. 9.9 представлен случай, когда для самого верхнего слоя жидкости помеха его движению минимальна, а для нижнего — максимальна (например, течение в реке).
Таким образом скорость движущихся слоев вязкой жидкости изменяется от слоя к слою в направлении оси Ох, перпендикулярной направлению течения жидкости. Для частного случая, показанного на рис. 9.9, изменение скорости слоев происходит по линейному закону. Количественно величина различий в скоростях движения соседних слоев жидкости характеризуется градиентом скорости dv/dx, называемым также скоростью сдвига. Сила трения Етр между слоями движущейся жидкости пропорциональна площади соприкосновения S слоев жидкости и градиенту скорости и определяется формулой Ньютона:
Коэффициент ц, зависящий от свойств жидкости и температуры, называют коэффициентом внутреннего трения или динамической вязкостью, и часто просто вязкостью жидкости. Единицей вязкости в Международной системе
Рис. 9.9. Градиент скорости движения слоев жидкости единиц является паскаль-секунда (Па с). Применяется и внесистемная единица вязкости — пуаз (П), 1 Па с = 10 П.
Вязкость всех жидкостей зависит от температуры и, как правило, с увеличением температуры вязкость уменьшается. Вязкость некоторых жидкостей зависит от градиента скорости, возникающего в текущей жидкости, т.е. от условий течения.
Жидкости, вязкость ц которых не зависит от условий течения, называют ньютоновскими. К ним относятся в основном однородные жидкости, чистые растворители, например вода. Вязкость воды при температуре 20 °С составляет 1 мПа • с = 1 сП (сантипуаз).
Если же вязкость жидкости зависит от градиента скорости, то такая жидкость называют неньютоновской. Обычно это жидкости, существенно неоднородные по составу — взвеси, суспензии и т.п. Типичной неньютоновской жидкостью является кровь, так как она представляет собой взвесь форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и др.) в плазме. Это значит, что вязкость крови не одинакова в различных участках сосудистой системы и зависит от величины градиентов скоростей, реализующихся при ее движении.
Ньютоновские и неньютоновские жидкости. кровь как неньютоновская жидкость.
Ньютоновские жидкости – жидкости, вязкость которых не зависит от градиента скорости(т.е.вязкость постоянна).Это все низкомолекулярные в-ва в жидком состоянии, их смеси и истинные растворы в них низкомолекулярных в-в (вода, органич. жидкости, расплавл. металлы, соли и стекло при темп-ре выше темп-ры размягчения). Такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона:
Коэффициент пропорциональности η (греческая буква “эта”) называют коэффициентом внутреннего трения или динамической вязкостью. Единицей динамической вязкости (или просто вязкости) в системе СИ является паскаль-секунда (Па·с)
dv/dx – производная, называемая градиентом скорости.
S – площадь взаимодействующих слоев
Неньютоновские жидкости – вязкость которых зависит от градиента скорости (т.е.вязкость не постоянная) Они не подчиняются уравнению Ньютона. Это жидкости, состоящие из крупных и сложных молекул, например эмульсии, суспензии, пены и кровь.Такие жидкости содержат молекулы или частицы, склонные к образованию пространственных структур.
Цельная кровь (суспензия эритроцитов в белковом растворе – плазме крови) в отличие от плазмы крови является неньютоновской жидкостью.Вязкость крови уменьшается с увеличением скорости v (или градиента скорости dv/dx) течения крови.Связано это с тем, что в неподвижной крови или при малых скоростях ее течения эритроциты склонны к агрегации (слипанию) и образуют структуры, напоминающие столбики монет (“монетные столбики”), что приводит к возрастанию вязкости. При увеличении скорости движения крови “монетные столбики” разрушаются, и вязкость крови снижается. При остановке движения крови, эритроциты быстро (примерно, за 1 с) вновь собираются в “монетные столбики”.
Вопрос №13 Течение вязкой жидкости по трубам формула Пуазейля
Наибольшей скоростью обладает слой, текущий вдоль оси трубы. Здесь градиент скорости равен нулю и наблюдается самое малое трение. Примыкающий к стенке сосуда слой жидкости неподвижен В данных точках сосуда градиент скорости имеет максимальное значение и наблюдается самое большое трение.
Закон Пуазейля (математическим выражением которого является формула Пуазейля) устанавливает зависимость между объемом жидкости, протекающим через трубу в единицу времени (расходом), длиной и радиусом трубы, и перепадом давления в ней. 
где: Q – объемная скорость, R – радиус сосуда, h – динамическая вязкость, l – длина сосуда, p1 – p2 – разность давлений на концах сосуда.
Вопрос №14
Движение тел в вязкой жидкости. Закон Стокса.
Вязкость проявляется при движении не только жидкости по сосудам, но и тел в жидкости. При небольших скоростях в соответствии с уравнением Ньютона сила сопротивления движущемуся телу пропорциональна вязкости жидкости, скорости движения тела и зависит от размеров тела. Так как невозможно указать общую формулу для силы сопротивления, ограничимся рассмотрением частного случая.
Закон Стокса:
Вопрос №15
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ.КЛИНИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЯЗКОСТИ КРОВИ.ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВЯЗКОСТИ КРОВИ
Совокупность методов измерения вязкости называют вискозиметрией, а приборы, используемые для таких целей, — вискозиметрами. Рассмотрим наиболее распространенные методы вискозиметрии. Капиллярный метод основан на формуле Пуазейля и заключается в измерении времени протекания через капилляр жидкости известной массы под действием силы тяжести при определенном’ перепаде давлений. Капиллярный вискозиметр применяется для определения вязкости.
Капиллярными вискозиметрами измеряют вязкость от значений 10-5 Па • с, свойственных газам, до значений 104 Па • с, характерных для консистентных смазок.
Метод падающего шарика используется в вискозиметрах, основанных на законе Стокса. Из формулы находим
Таким образом, зная величины, входящие в правую часть этой формулы, и измеряя скорость равномерного падения шарика, можно найти вязкость данной жидкости.
Применяются также ротационные вискозиметры, в которых жидкость находится в зазоре между двумя соосными телами, например цилиндрами. Один из цилиндров (ротор) вращается, а другой неподвижен. Вязкость измеряется по угловой скорости ротора, создающего определенный момент силы на неподвижном цилиндре, или по моменту силы, действующему на неподвижный цилиндр, при заданной угловой скорости вращения ротора.
С помощью ротационных вискозиметров определяют вязкость жидкостей в интервале 1—105 Па • с, т. е. смазочных масел, расплавленных силикатов и металлов, высоковязких лаков и клеев, глинистых растворов и т. п.
В ротационных вискозиметрах можно менять градиент скорости, задавая разные угловые скорости вращения ротора. Это позволяет измерять вязкость при разных градиентах и установить зависимость η = f(dv/dx), которая характерна для неньютоновских жидкостей.
В настоящее время в клинике для определения вязкости крови используют вискозиметр Гесса с двумя капиллярами
В вискозиметре Гесса объем крови всегда одинаков, а объем воды отсчитывают по делениям на трубке 1, поэтому непосредственно получают значение относительной вязкости крови. Для удобства втсчета сечения трубок 1 и 2 делают различными так, что, несмотря на разные объемы крови и воды, их уровни в трубках будут примерно одинаковы.
Вязкость крови человека в норме 4—5 мПа • спри патологии колеблется от 1,7 до 22,9 мПа * с, что сказывается на скорости оседания эритроцитов (СОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость крови, другие же, например брюшной тиф и туберкулез, — уменьшают.
Вопрос № 16
§
Различают несколько видов сосудов:
Магистральные – наиболее крупные артерии, в которых ритмически пульсирующий кровоток превращается в более равномерный и плавный. Стенки этих сосудов содержат мало гладкомышечных элементов и много эластических волокон.
Резистивные (сосуды сопротивления) – включают в себя прекапиллярные (мелкие артерии, артериолы) и посткапиллярные (венулы и мелкие вены) сосуды сопротивления. Соотношение между тонусом пре- и посткапиллярных сосудов определяет уровень гидростатического давления в капиллярах, величину фильтрационного давления и интенсивность обмена жидкости.
Истинные капилляры (обменные сосуды) – важнейший отдел ССС. Через тонкие стенки капилляров происходит обмен между кровью и тканями.
Емкостные сосуды – венозный отдел ССС. Они вмещают около 70-80% всей крови.
Основной гемодинамический закон: количество крови, протекающей в единицу времени через кровеносную систему тем больше, чем больше разность давления в ее артериальном и венозном концах и чем меньше сопротивление току крови.
Значение эластичности сосудистых стенок состоит в том, что они обеспечивают переход прерывистого, пульсирующего (в результате сокращения желудочков) тока крови в постоянный. Это сглаживает резкие колебания давления, что способствует бесперебойному снабжению органов и тканей.
Особенности кровотока в венах.
В венах давление крови низкое.
Движению крови по венам способствует ряд факторов:
Работа сердца создает разность давления крови в артериальной системе и правом предсердии. Это обеспечивает венозный возврат крови к сердцу.
Наличие в венах клапанов способствует движению крови в одном направлении – к сердцу.
Отрицательное внутригрудное давление, особенно в фазу вдоха, способствует венозному возврату крови к сердцу.
Вопрос №26 методы определения скорости кровотока
В работе проведён анализ известных методов измерения скорости кровотока. Ниже приведены результаты анализа — название метода и определяемая скорость кровотока:
Ультразвуковой метод (ультразвуковая расходометрия) основан на эффекте Доплера. Здесь сравниваются колебания, соответствующие падающей и отраженной волнам, и выделяется доплеровский сдвиг частоты в виде электрического колебания:
Электромагнитный метод (электромагнитная расходоме-трия) измерения скорости кровотока основан на отклонении движущихся зарядов в магнитном поле. Дело в том, что кровь, будучи электрически нейтральной системой, состоит из поло-жительных и отрицательных ионов.
Вопрос №27
Физические основы клинического метода измерения давления крови.
Физический параметр – давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний. Для измерения систолического и диастолического давления крови в медицине широко используется метод, предложенный Н.С. Коротковым. В основе метода лежит определение систолического давления по возникновению характерных тонов и шумов, в момент начала прохождения крови по сосудам при достижении давления в сдавливающей манжете равного максимальному значению давления в сосуде. Тоны и шумы возникают в связи с турбулентным течением крови. Диастолическое давление определяют по моменту исчезновения характерных тонов и шумов, в связи с переходом течения крови в сосуде из турбулентного в ламинарное.
Вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжетку.
Вопрос №28
Насосная функция сердца
Единственной функцией сердца является обеспечение энергией, которая необходима для циркуляции крови в сердечно-сосудистой систем.е. Кровоток через все органы тела осуществляется пассивно и происходит только благодаря тому, что при осуществлении насосной деятельности сердца артериальное давление поддерживается на более высоком уровне, чем венозное Насос правого сердца создает энергетический импульс, необходимый для передвижения крови через сосуды легких, а насос левого сердца обеспечивает необходимую энергию для перемещения крови через органы тела.
Путь крови через камеры сердца указан на рис. 2-1. Венозная кровь возвращается из органов тела в правое предсердие через верхнюю и нижнюю полые вены.
Вопрос №29
РАБОТА И МОЩНОСТЬ СЕРДЦА, ЭНЕРГИЯ МАССЫ ДВИЖУЩЕЙСЯ КРОВИ
Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии.
Цикл работы сердца
Здоровое сердце ритмично и без перерывов сжимается и разжимается. В одном цикле работы сердца различают три фазы:
1. Наполненные кровью предсердия сокращаются. При этом кровь через открытые клапаны нагнетается в желудочки сердца (они в это время остаются в состоянии расслабления). Сокращение предсердий начинается с места впадения в него вен, поэтому устья их сжаты и попасть назад в вены кровь не может.
2. Происходит сокращение желудочков с одновременным расслаблением предсердий. Трёхстворчатые и двустворчатые клапаны, отделяющие предсердия от желудочков, поднимаются, захлопываются и препятствуют возврату крови в предсердия, а аортальный и лёгочный клапаны открываются. Сокращение желудочков нагнетает кровь в аорту и лёгочную артерию.
3. Пауза (диастола) короткий период отдыха этого органа. Во время паузы из вен кровь попадает в предсердия и частично стекает в желудочки. Когда начнётся новый цикл, оставшаяся в предсердиях кровь будет вытолкнута в желудочки — цикл повторится.
Один цикл работы сердца длится около 0,85 сек., из которых на время сокращения предсердий приходится только 0,11 сек., на время сокращения желудочков 0,32 сек., и самый длинный — период отдыха, продолжающийся 0,4 сек. Сердце взрослого человека, находящегося в покое, работает в системе около 70 циклов в минуту.
Автоматизм сердца
Регуляция работы сердца
Работа сердца регулируется при помощи миогенных, нервных и гуморальных механизмов.
Нервная система регулирует частоту и силу сердечных сокращений: (симпатическая нервная система обуславливает усиление сокращений, парасимпатическая — ослабляет).
Вопрос №30
§
Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов).
Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной
мышце при ее возбуждении. В большинстве случаев биопотенциалы снимаются электродами не непосредственно с органа (сердца, головного мозга), а с других, соседних тканей, в которых электрические поля этим органом создаются.
По терминологии физиологов, разность биопотенциалов, регистрируемую между двумя точками тела, называют отведением. Различают I отведение (правая рука – левая рука), II отведение (правая рука – левая нога) и III отведение (левая рука – левая нога).
Вопрос №35
Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектрикиэто вещества, у которых электроны внешних оболочек атома не могут свободно перемещаться по объему диэлектрика под действием сколь угодно малого внешнего поля.
Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле
Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей
В зависимости от химического строения диэлектрики можно разделить на три группы:
1. Неполярные диэлектрики.
К ним относятся такие диэлектрики ( парафин, бензол), у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
2. Полярные диэлектрики
К ним относятся такие диэлектрики, у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
3. Ионные диэлектрики.
К ионным диэлектрикам относятся вещества, имеющие ионную структуру.
К ним относятся соли или щелочи: NaCl, KCl, и т.д.
Вопрос №36
Пьезоэлектрический эффект
Пьезоэлектри́ческий— (давлю, сжимаю) — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.
Прямой пьезоэффект используется:
в датчиках:
в качестве чувствительного элемента в микрофонах, гидрофонах, головках звукоснимателя электрофонов, приёмных элементов сонаров;
Обратный пьезоэлектрический эффект используется:
· в акустических излучателях:
· в пьезокерамических излучателях звука (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты; такие например встраиваются в музыкальные открытки, различные оповещатели,
Вопрос №37 энергия электрического поля
Система зарядов или заряженных тел, заряженный конденсатор обладают энергией. В этом можно убедиться, разряжая, например, конденсатор через лампочку, присоединенную к нему: лампочка вспыхнет.
Вопрос №38
Электропроводимость электролитов
Биологические жидкости являются электролитами, электропроводимость которых имеет сходство с электропроводимостью металлов: в обеих средах в отличие от газов носители тока существуют независимо от электрического поля.
Вопрос №39 электропроводимость биологических тканей и жидкостей для постоянного тока
Биологические ткани и органы являются довольно разнородными образованиями с различными электрическими сопротивлениями, которые могут изменяться при действии электрического тока. Это обусловливает трудности измерения электрического сопротивления живых биологических систем.
Электропроводимость отдельных участков организма, находящихся между электродами, наложенными непосредственно на поверхность тела, существенно зависит от сопротивления кожи и подкожных слоев. Внутри организма ток распространяется в основном по кровеносным и лимфатическим сосудам, мышцам, оболочкам нервных стволов. Сопротивление кожи в свою очередь определяется ее состоянием: толщиной, возрастом, влажностью и т. п.
Электропроводимость тканей и органов зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как диагностический показатель.
Вопрос №40
Электрический разряд в газах.
Газ, состоящий только из нейтральных частиц, является диэлектриком(изолятором). Если его ионизировать, то он становится электропроводным. Любое устройство, явление, фактор, способный вызвать ионизацию молекул и атомов газа, называют ионизатором. Им может быть свет, пламя, рентгеновское излучение, ионизирующие излучение и пр.
Ионизационный потенциал:
Вопрос №41
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле есть одна из форм проявления электромагнитного поля.
Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).
Также (вследствие действия силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.
Вопрос №42
§
Магнитное поле это силовое поле, основным свойством которого является способность воздействовать на движущиеся электрические заряды (в т. ч. на проводники с током) , а также на магнитные тела независимо от состояния их движения. Источниками магнитного поля могут быть движущиеся электрические заряды (проводники с током) , намагниченные тела и изменяющиеся во времени электрические поля. Основная количественная характеристика магнитного поля – магнитная индукция В, которая определяет силу, действующую в данной точке поля в вакууме на движущийся электрический заряд и на тела, имеющие магнитный момент.
Магнитная индукция B — это векторная величина определяющая силу действующую на заряженную частицу со стороны магнитного поля. Измеряется в теслах Тл.
µ— относительная магнитная проницаемость — табличная величина (для вакуума = 1)
Магнитный поток Ф — скалярная физическая величина числено равная произведению магнитной индукции на площадь поверхности ограниченной замкнутым контуром. Измеряется в веберах Вб.
Магнитный поток рассчитывается по формуле:
Φmax= B · S
Вопрос №43
Закон Ампера
Закон Ампера — закон взаимодействия постоянных токов. Из закона следует, что параллельные проводники с постоянными токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположном — отталкиваются.
где: B – магнитная индукция; I – сила тока; L – длина участка проводника; sinВ – синус угла между вектором магнитной индукции и проводником.
Вопрос №44
Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд. Сила Лоренса
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Онаперпендикулярна векторам магнитной индукции и скорости упорядоченного движения заряженных частиц. Ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера.
Fл = q * v * B * sin(a)
где q – заряд частицы;
V – скорость заряда;
B – индукции магнитного поля;
a – угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.
Вопрос №45
Магнитные свойства вещества.
Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из сравнительно немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля.
Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.
Вещества, у которых, подобно железу,
μ≫1
– ферромагнетиками.
Важнейшее свойство ферромагнетиков существование у них остаточного магнетизма. Из ферромагнетиков изготавливают постоянные магниты. Существуют вещества, которые ведут себя подобно железу, т. е. втягиваются в магнитное поле- парамагнитными.
Магнитная проницаемость парамагнетиков зависит от температуры и уменьшается при ее увеличении. Без намагничивающего поля парамагнетики не создают собственного магнитного поля. Постоянных парамагнетиков нет.
Диамагнетики−вещества, которые выталкиваются из магнитного поля. Магнитная проницаемость практически не зависит от индукции намагничивающего поля и от температуры. При вынесении диамагнетика из внешнего намагничивающего поля он полностью размагничивается и магнитного поля не создает.
Вопрос №46
Магнитные свойства тканей организма.
Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы.
Магнетизм биологических объектов,т.е их магнитные мвойства и магнитны поля, создоваемые ими, получили название биомагнетизм.
Биотоки, возникающие в организме, являются источником слабых магнитных полей. В некоторых случаях индукцию таких полей удается измерить. Так, например, на основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца (биотоков сердца) создан диагностический метод – магнитокардиографня.
Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемыймагнитобиологией.
Вопрос №47
Магнитные свойства вещества
Магнитные поля создаются либо постоянными магнитами, либо токами.
Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из сравнительно немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля.
Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.
Вещества, у которых, подобно железу,
μ≫1
– ферромагнетиками.
Важнейшее свойство ферромагнетиков существование у них остаточного магнетизма. Из ферромагнетиков изготавливают постоянные магниты. Существуют вещества, которые ведут себя подобно железу, т. е. втягиваются в магнитное поле- парамагнитными.
Магнитная проницаемость парамагнетиков зависит от температуры и уменьшается при ее увеличении. Без намагничивающего поля парамагнетики не создают собственного магнитного поля. Постоянных парамагнетиков нет.
Диамагнетики−вещества, которые выталкиваются из магнитного поля. Магнитная проницаемость практически не зависит от индукции намагничивающего поля и от температуры. При вынесении диамагнетика из внешнего намагничивающего поля он полностью размагничивается и магнитного поля не создает.
Вопрос №48
§
Медицинскую электронную аппаратуру можно разделить на два класса: медицинские приборы и медицинские аппараты. Медицинский прибор – техническое устройство, предназначенное для диагностических или лечебных измерений (медицинский термометр, электрокардиограф и др.).Медицинский аппарат – техническое устройство, позволяющее создавать энергетическое воздействие (часто дозированное) терапевтического, хирургического или бактерицидного свойства (аппарат УВЧ-терапии, аппарат искусственной почки и др.), а также обеспечивать сохранение определенного состава некоторых субстанций.
Выделены следующие основные группы приборов и аппаратов, используемые для медико-биологических целей:
– устройство для получения (съема), передачи и регистрации медикобиологической информации. Большинство этих устройств содержит в своей схеме усилитель электрических сигналов;
– устройство, обеспечивающее дозирующее воздействие на организм различных физических факторов с целью лечения. С физической точки зрения эти устройства являются генераторами различных электрических сигналов;
– кибернетические электронные устройства.
В ряде случаев электронное устройство может совмещать в себе различные группы приборов и аппаратов.
Вопрос №68
Электробезопасность медицинской аппаратуры
Основное и главное требование — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.
Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возможность случайного проникновения и касания внутренних частей аппаратуры пальцами, металлическими цепочками украшений и т. п. Однако даже если части аппаратуры, находящиеся под напряжением, и закрыты от прикосновения, это еще не обеспечивает полной безопасности по крайней мере по двум причинам.
Во-первых, какой бы ни была изоляция между внутренними частями аппаратуры и ее корпусом, сопротивление приборов и аппаратов переменному току не бесконечно. Не бесконечно и сопротивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки.
Во-вторых, не исключено, что благодаря порче рабочей изоляции (старение, влажность окружающего воздуха) возникает электрическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом — «пробой на корпус», и внешняя, доступная для касания часть аппаратуры (корпус) окажется под напряжением.
Чтобы избежать неприятных последствий, следует пользоваться общими правилами:
— — — не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела;
— — — не работайте на влажном, сыром полу, на земле;
— — — не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой;
— — — не касайтесь одновременно металлических частей двух аппаратов (приборов).
Вопрос №69
Надежность медицинской аппаратуры
Аппаратура должна нормально функционировать, вероятность её безотказной работы.
Надежность – способность изделия сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени.
Вопрос №70
Электроды для съема биоэлектрического сигнала
-это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой.
Электроды – это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой. При диагностике электроды используются не только для съёма электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например в реографии.
По назначению электроды для съёма биоэлектрического сигнала подразделяют на следующие группы:
1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики, например, для разового снятия электрокардиограммы;
2) для длительного использования, например, при постоянном наблюдении за тяжелобольными в условиях палат интенсивной терапии;
3) для экстренного использования, например, в условиях скорой помощи.
Вопрос №71
Датчики медико-биологической информации.
Датчиком – называют устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи и дальнейшего преобразования или регистрации.
Датчик, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи, называется первичным.
В рамках медицинской электроники рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют измеряемую или контролируемую не электрическую величину в электрический сигнал.
Использование электрического сигнала предпочтительнее, чем иных сигналов, так как электронные устройства позволяют сравнительно несложно усиливать его, передавать на расстояние и регистрировать.
Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.
Генераторные – это датчики, которые под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток.
Укажем некоторые типы этих датчиков и явления, на которых они основаны:1) пьезоэлектрические, пьезоэлектрический эффект;
2) термоэлектрические, термоэлектрический эффект;
3) индукционные, электромагнитная индукция;
Вопрос №72
Интерференция света .Когерентные источники. Условие максимума и минимума.
Интерференция-сложение световых волн, идущих от когерентных источников, в результате которого образуются устойчивая картина их усиления и ослабления.
Когерентным и называются источники света одинаковой частоты, обеспечивающие постоянство разности фаз для волн, приходящих в данную точку пространства. Н-пр:в методе Юнга, щели в непрозрачной перегородки являют. когерентными источниками.
Максимум интенсивности при интерференции наблюдается тогда, когда оптическая разность хода равна целому числу длин волн (четному числу полуволн).
Минимум интенсивности при интерференции наблюдается тогда, когда оптическая разность хода равна нечетному числу полуволн.
отпическая разность хода, лямбда-длина волны k-целое число.
Вопрос №73
§
Упругая деформация — деформация, исчезающая после прекращения действий на тело внешних сил. При этом тело принимает первоначальные размеры и форму.
Зако́нГу́ка — утверждение, согласно которому деформация, возникающая в упругом теле (пружине, стержне, консоли, балке и т. п.), пропорциональна приложенной к этому телу силе. Пласти́чность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистая сталь и др.
Хрупкость — свойство материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др.
Модуль Юнга (модуль продольной упругости) — физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации
Модуль Юнга рассчитывается следующим образом:
Через модуль Юнга вычисляется скорость распространения продольной волны в тонком стержне:
· 
· где 
— плотность вещества.
Коэффициент Пуассона (обозначается как 
или 
) — величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению. Этот коэффициент зависит не от размеров тела, а от природы материала, из которого изготовлен образец.
Коэффициент Пуассона и модуль Юнга полностью характеризуют упругие свойства изотропного материала
Вопрос №97 Диаграмма удлинений. Предел упругости, текучести, прочности.
Вопрос №98
Понятие о деформациях сдвига, кручение, изгиба.Связи модуля упругости при сдвиге с модулем Юнга и коэффициентом Пауссона.
Деформация сдвига(среза)-Сдвиг, или срез, возникает, когда внешние силы смешают два параллельных плоских сечения стержня одно относительно другого при неизменном расстоянии между ними.При сдвиге справедлив закон Гука, который определяется таким образом:τ=Gγ, где γ – относительный сдвиг, aG – величина модуля упругости при сдвиге .На сдвиг, или срез, работают, например, заклепки и болты, скрепляющие элементы, которые внешние силы стремятся сдвинуть друг относительно друга.
Кручение возникает при действии на стержень внешних сил, образующих момент относительно его оси . Деформация кручения сопровождается поворотом поперечных сечений стержня друг относительно друга вокруг его оси.На кручение работают валы, шпиндели токарных и сверлильных станков и другие детали.
Изгиб заключается в искривлении оси прямого стержня или в изменении кривизны кривого стержня.На изгиб работают балки междуэтажных перекрытий, мостов, оси железнодорожных вагонов, листовые рессоры, валы, зубья шестерен, спицы колес, рычаги и многие другие детали.
99. Прочность материалов. Физические аспекты прочности и разрушения материалов.
ПРОЧНОСТЬ материала или конструкции – способность сопротивляться действию нагрузок, вызывающих деформации.
Прочность материала существенно зависит от характера нагрузок. При динамических режимах большое значение имеет предел выносливости материала. Влияние температуры, агрессивных сред и влажности может значительно изменить сроки службы искусственных зубов и протезов в полости рта.
Прочность существенно зависит от вида напряженного состояния. Наиболее опасный вид – растяжение.
При изучении прочности материала, находящегося в сложном напряженном состоянии, вводится понятие ЭКВИВАЛЕНТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ.
Исследования показали, что при действии переменных напряжений в материале возникают трещины, уменьшающие его сопротивление приложенным нагрузкам. Такие трещины усталости равноценны разрезу образцов. Разрушение носит местный характер и не затрагивает всего материала конструкции в целом. В настоящее время под термином УСТАЛОСТЬ МАТЕРИАЛА подразумевается разрушение путем постепенного развития трещины. Трещины возникают тогда, когда значение колеблющегося напряжения превосходят границу, предел усталости.
ПРЕДЕЛ УСТАЛОСТИ (Ϭ уст.) – наибольшее периодически меняющееся напряжение, при котором в материале при любом числе циклов нагружения трещины не возникают. УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ выражается в том, что наибольшие действующие напряжения должны быть меньше предела выносливости:
Ϭmax≤ Ϭ уст./k уст., где k уст. – коэффициент запаса
Вопрос №100
| 100.Статистические и динамические нагрузки. Понятие об усталостной прочности, пределе усталости. |
Динамическая нагрузка — нагрузка, характеризующаяся быстрым изменением во времени её значения, направления или точки приложения и вызывающая в элементах конструкции значительные силы инерции. Динамические нагрузки испытывают детали машин ударного действия, таких, как прессы, молоты и т. Д
Статическая нагрузка — нагрузка, величина, направление и точка приложения которой изменяются во времени незначительно. При прочностных расчетах можно пренебречь влиянием сил инерции, обусловленных такой нагрузкой. Статической нагрузкой, например, является вес сооружения.
Уста́лостная про́чность (уста́лостная долгове́чность) — свойство материала не разрушаться с течением времени под действием изменяющихся рабочих нагрузок.
Преде́л выно́сливости (также преде́л уста́лости) — в науках о прочности: одна из прочностных характеристик материала, характеризующих еговыносливость, то есть способность воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения в материале.
Вопрос №101
