ПО МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

«Курский государственный медицинский университет
Федерального агентства по здравоохранению
и социальному развитию»

 

КАФЕДРА БИОМЕДФИЗИКИ, ИНФОРМАТИКИ
С КУРСОМ МАТЕМАТИКИ

 

РУКОВОДСТВО

К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ

ПО МЕДИЦИНСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКЕ

 

 

Учебное пособие для студентов

Лечебного, медико-профилактического,

Педиатрического факультетов и ВСО

Курск – 2006 УДК 577.3 (076) Печатается по решению ББК 28.30717 Центрального методического …    

ВВЕДЕНИЕ

 

Лабораторные занятия являются одной из важных форм учебной работы по медицинской биофизике. Главная цель лабораторного практикума - экспериментально раскрыть теоретические положения науки, обеспечить глубокое понимание студентами изучаемых законов и закономерностей и форм их проявления. Сформировать у будущих специалистов практические умения обращения с изучаемыми объектами, лабораторным оборудованием и другими средствами эксперимента, привить им навыки экспериментальной деятельности. Выполнение лабораторных работ вызывает у студентов интерес к научным исследованиям, способствует освоению методов планирования и проведения эксперимента, обработки и анализа полученных результатов, обоснованию сделанных выводов.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИКУМА

Накануне занятия студент должен подготовиться к выполнению лабораторной работы. Для этого необходимо изучить теорию и порядок выполнения работы. На… В конце занятия проводится защита лабораторных работ. При защите работ студент…

ВВОДНОЕ ЗАНЯТИЕ

Тема: «СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. ПРАВИЛА РАБОТЫ

С ФИЗИЧЕСКОЙ АППАРАТУРОЙ».

ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Измерением физической величины называют нахождение ее значения опытным путем с помощью технических средств (приборов и измерительных инструментов). При измерениях мы узнаем (путем сравнения) во сколько раз измеряемая величина больше или меньше величины, принятой за единицу измерения. По способу получения числового результата измерения делятся на прямые и косвенные. При прямых измерениях значение искомой величины получают непосредственно с помощью меры или измерительного прибора. При косвенных измерениях значение измеряемой величины находят на основе известных зависимостей между этой величиной и величинами, непосредственно измеряемыми в опыте.

Обработка результатов измерений является одним из разделов науки об измерениях - метрологии.

В результате любого измерения мы получаем оценку измеряемой физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц (например, 15 м, 10 кг, 8 Дж и т.п.). Следует помнить, что никакие измерения нельзя выполнить абсолютно точно. Результаты измерения всегда содержат ошибку. Поэтому в задачу измерений входит не только нахождение значения искомой величины, но и оценка допущенной при измерении ошибки.

ОШИБКОЙ ИЗМЕРЕНИЯ называют отклонение результата измерений от истинного значения исследуемой величины. По способу представления различают абсолютные и относительные ошибки.

АБСОЛЮТНАЯ ОШИБКА выражается в единицах измеряемой величины:

Здесь x - истинное значение измеряемой величины (неизвестная величина), x_i - результат одного из измерений, Dx - абсолютная ошибка измерения.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ОШИБКА выражается в долях или процентах от истинного значения измеряемой величины:

 

 

Зная абсолютную ошибку (погрешность) результат измерения можно представить в виде , где х₀ - величина, полученная при измерении.

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОШИБОК.
МЕТОДЫ ИХ НАХОЖДЕНИЯ И УСТРАНЕНИЯ

 

Ошибки измерений можно разделить на три основных типа – случайные, систематические и промахи.

ПРОМАХИ (или грубые ошибки) возникают в результате неправильных действий экспериментатора (небрежности счета, неразборчивости записи и т.п.). Эти ошибки сравнительно легко обнаружить при повторных измерениях, проводимых в равных условиях. Чтобы не допускать промаха, нужно быть внимательным и аккуратным.

СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЙ – ошибки, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях физической величины. Систематические ошибки по своему происхождению могут быть самыми разнообразными. Назовем некоторые причины их возникновения.

1. Условия эксперимента не совпадают с условиями, предлагаемыми теорией. Например, неравноплечность весов, тепловое расширение линейки, действие архимедовой силы при взвешивании и т.д. Эти ошибки можно выявить при анализе условий измерения и устранить путем введения соответствующей поправки.

2. Исследуемый объект обладает некоторыми неизвестными нам особенностями. Например, имеет внутренние полости, имеет неоднородную структуру, несовершенную геометрическую форму и т.п. Для выявления подобных ошибок необходимо проводить многократные измерения в различных условиях, используя разные объекты и методы.

3. Неточность отсчета измеряемой величины по шкале измерительного устройства (линейки, микрометра, секундомера и т.п.). Эти ошибки могут быть вызваны неточностью установки нуля, наличием паралакса и т.п. Их можно существенно уменьшить при соблюдении правил обращения с приборами и путем применения специальных технических средств (зеркальные шкалы, правильное освещение и т.п.). Однако полностью устранить эти ошибки нельзя, т.к. при любом отсчете, записывая показания прибора, мы берем целое число, соответствующее ближайшему к стрелке прибора штриху (рис.1). Значит, ОШИБКА ОТСЧЕТА возникает при округлении. Она не превышает половины цены деления шкалы прибора.

 

D_отсч. ≤ с/2, где с – цена деления шкалы.

Рис. 1.

 

4. Неточность измерительных приборов приводит к появлению ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ОШИБКИ. По степени точности все измерительные приборы делятся на классы. Класс точности всегда указывается в паспорте прибора (0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0). Классом точности прибора "К" называется выраженное в процентах отношение абсолютной погрешности, даваемой прибором к максимальному значению величины, измеряемой прибором:

СЛУЧАЙНАЯ ОШИБКА ИЗМЕРЕНИЙ – это ошибка, которая вызывается целым рядом случайных причин и непрерывно изменяется непредсказуемым образом. Случайные ошибки всегда присутствуют в измерениях и с одинаковой вероятностью принимают как положительные, так и отрицательные значения. На рис. 2 приведена схема, характеризующая разброс экспериментальных значений измеряемой величины по отношению к ее истинному значению. Присутствие ошибки приводит к некоторому постоянному смещению значений ∆x_i от истинного значения.

Случайные ошибки устранить нельзя, но их можно оценить, используя методы математической статистики.

Х

Х4

Х3

Х2

 

Рис. 2.

 

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Абсолютную ошибку среднего арифметического характеризуют средним…

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Способ № 1

В результате проведения n опытов мы получим n наборов измеряемых величин А1,…

Способ № 2

Предположим, отыскиваемая величина определяется следующим выражением: , где:

Для определения Da, Db, Dc запомним следующие правила

Пример: p = 3,14 Dp = 0,005 p = 3,1 Dp = 0,05 dp = 1,6% p = 3 Dp = 0,5 dp… 2. Абсолютная погрешность измерения, выполненная прибором, не имеющим класса… 3. Абсолютная погрешность, измеренная прибором, имеющим класс точности, определяется по формуле:

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В большинстве лабораторных работ связь между физическими величинами необходимо представить на графике. При построении графиков следует… 1. График нужно выполнить на миллиметровой бумаге, используя, как правило,… 2. При выборе масштаба необходимо учитывать следующее:

ПРАВИЛА РАБОТЫ С ФИЗИЧЕСКОЙ

АППАРАТУРОЙ

Начинать работу с любым измерительным прибором рекомендуется с определения цены деления прибора. В лабораторных установках могут применяться только исправные приборы,… Особые требования необходимо соблюдать при работе с электрическими цепями и электрической аппаратурой.

Правила безопасности при работе

С электрооборудованием и электроприборами

1. При работе с электрооборудованием и электроприборами возможны случаи поражения людей электрическим током и возникновения пожара. 2. Причинами пожара и поражения людей могут быть: работа с неисправным… 3. Приступая к работе с действующими установками, необходимо: включать электрическую схему только в присутствии…

Первая медицинская помощь при травмах

Различного характера травмы при работе в лабораториях могут возникать вследствие взрыва, при работе со стеклянной посудой, неумелом использовании… Первая помощь при ранах: оказывающий помощь должен помыть руки с мылом или… Первая помощь при ушибах: на область ушиба накладывается давящая повязка, а поверх неё холод (лёд в полиэтиленовом…

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

 

Тема: «УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И

ПРИМЕНЕНИЕ ЦЕНТРИФУГИ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ».

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. При медико-биологических исследованиях часто используют метод центрифугирования. Этот метод применяется для разделения частиц и жидкости, в которой они находятся во взвешенном состоянии.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Медицинская центрифуга, линейка, весы для уравновешивания пробирок, исследуемый объект.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Основные кинематические характеристики вращательного движения.

2. Относительность движения тела при вращении системы отсчета.

3. Сила тяжести, вес тела, масса тела.

4. Вес тела, движущегося с ускорением.

5. Невесомость.

6. Инертность тел.

7. Кинематика вращательного движения.

8. Неинерциальные системы отсчета:

а) силы инерции;

б) центробежная сила инерции.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

(1) Для поступательно движущейся неинерциальной системы a одинаково для всех точек… Пусть результирующая всех сил, обусловленных действием на данное тело со стороны других тел, равна F. Тогда согласно…

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Что такое угловое ускорение и в каких единицах оно измеряется? 3. Какова связь между линейной и угловой скоростями? 4. Как выразить центростремительное ускорение через угловую и линейную скорости?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-а

Тема: «ПРИНЦИПЫ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ АУДИОМЕТРА. ИЗМЕРЕНИЕ АБСОЛЮТНЫХ ПОРОГОВ СЛУХОВОГО ОЩУЩЕНИЯ» МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Многие процессы в организме сопровождаются звуковыми… ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Аудиометр клинический АП-02.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Значение звука в жизни человека. 3. Музыкальные звуки. 4. Акустический резонанс и его использование.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Продольные механические волны с частотой ниже 16 Гц называются ИНФРАЗВУКОМ, а выше 20000 Гц - УЛЬТРАЗВУКОМ. Они не воспринимаются ухом человека. Звук характеризуется следующими физическими характеристиками: амплитудой,… ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ЗВУКА называется плотность потока энергии звуковой волны (т.е. энергия звуковой волны, проходящая через…

УСТРОЙСТВО АУДИОМЕТРА

Простейший аудиометр состоит из блоков питания, блока управления, генератора звуковых частот, усилителя напряжения, аттенюатора, воздушных и костных телефонов, (рис. 1), а также дополнительных устройств: прерывателя звукового сигнала, микрофона, кнопки пациента и др.

 

 

Рис. 1. БЛОК-СХЕМА АУДИОМЕТРА.

 

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Запрещается работать с прибором без заземления.

2. Необходимо следить, чтобы при работе с прибором уровень громкости сигнала не превышал 100 дБ при 1000 Гц. L – уровень шума в помещении при исследовании не превышал 40 дБ.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Какие звуки называются тонами, что такое простые и сложные тоны, чем они создаются? 3. Укажите характеристики звукового тона. 4. Что такое сила звука, в каких единицах она измеряется?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-б

Тема: «УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ. АППАРАТ
ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕРАПИИ «УЗТ-1.01»

 

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Аппараты, генерирующие ультразвуковые колебания, используются в медицине для лечения ряда заболеваний периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата и др., а так же с диагностической целью.

 

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

 

1. Характеристики УЗ-волн.

2. Свойства УЗ-волны.

3. Способы получения УЗ-волн.

4. Источники УЗ-волн.

5. Воздействие УЗ на биологические объекты.

6. Диагностическое и терапевтическое применение УЗ в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Источником УЗ является генераторы, принцип работы которых основан на явлении обратного пьезоэффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической… Приемник УЗ можно создать на основе прямого пьезоэффекта. В этом случае под… Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и характерными свойствами:

Рис. 1.

 

1 - автогенератор, 2 - модулятор, 3 - буферный каскад, 4 - предусилитель,
5 - усилитель выходной, 6 - индикатор выходного напряжения, 7 - импульсный генератор, 8 - блок питания, 9 - процедурные часы.

 

Колебания ультразвуковой частоты генерируются в автогенераторе (1) через модулятор (2) подаются на вход буферного каскада (3), предназначенного для ослабления влияния последующих каскадов на параметры генерирующего сигнала. В цепь буферного каскада (3) включен ступенчатый регулятор интенсивности, с выхода которого сигнал подается на вход предусилителя (4), где усиливается до уровня, необходимого для нормальной работы выходного усилителя (5), который предназначен для усиления мощности сигнала до значения, требуемого для получения заданной интенсивности ультразвукового излучения. Наличие напряжения регистрируется по свечению индикатора выходного напряжения (6). Аппарат питается от блока питания (8), содержащего выпрямители +6В и +50В, включающегося через контакты процедурных часов (9).

УКАЗАНИЯ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ

2. При эксплуатации соблюдайте следующие меры предосторожности: а) пациент не должен соприкасаться с металлическими предметами; б) место расположения пациента должно быть выполнено из токонепроводящего материала;

ЗАПРЕЩАЕТСЯ

1. Проводить процедуры при неисправном аппарате.

2. Самим устранять какие-либо неисправности.

ПОДГОТОВКА АППАРАТА К РАБОТЕ

2. Подключите излучатель к разъему «ВЫХОД» электронного блока аппарата с помощью соединительного кабеля. 3. Нажмите кнопку переключателя «ИЗЛУЧАТЕЛИ», имеющую надпись, одинаковую с… 4. Включите вилку провода сети в розетку и нажмите кнопку выключателя «СЕТЬ» (при этом загорается индикатор).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Как получить ультразвуковую волну? 3. Какими свойствами обладают ультразвуки? 4. От чего зависит скорость распространения звуковой волны?

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Ознакомьтесь с техническими данными прибора.

2. Начертите функциональную схему аппарата и ознакомьтесь с принципом его работы (см. приложение).

3. Ознакомьтесь с указаниями мер безопасности при работе с прибором.

4. Изучите порядок подготовки аппарата к работе и его использование.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

2. Для проведения процедуры установите соответствующий излучатель, нажмите кнопку переключателя «ИЗЛУЧАТЕЛЬ» с надписью, идентичной с последней… 3. Для проведения процедур в непрерывном режиме, нажмите кнопку «Н»… 4. Установите необходимую интенсивность, нажав соответствующую кнопку переключателя «ИНТЕНСИВНОСТЬ Вт/см2».

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЙ» МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. В медицине явление поверхностного натяжения биологических… Изучение этого явления позволяет лучше понять особенности функционирования кровеносной и дыхательной систем человека,…

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Свойства жидкости. 3. Биологические жидкости и их свойства. Энергия поверхностного слоя… 4. Коэффициент поверхностного натяжения, его физический смысл и единицы измерения.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Из-за различия в межмолекулярном взаимодействии на поверхности и внутри жидкости образуется поверхностный слой.

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости s численно равен равнодействующей сил поверхностного натяжения, действующих на единицу длины контура,… КПН можно определить как величину, численно равную отношению работы, затраченной на создание поверхностного слоя к…

Рис. 1.

Особыми оказываются условия равновесия на линии раздела «жидкость- газ - твердое тело» в тонких пленках и в узких сосудах капиллярах. Наблюдающиеся в этих случаях явления называют капиллярными.

За счет проявления сил поверхностного натяжения наблюдается стремление к увеличению толщины пленки, что выражается в появлении добавочного давления в ней. Это избыточное давление было обнаружено и изучено Б.В. Дерягиным и названо расклинивающим давлением. Оно становится особенно заметным при наличии в жидкости ионов. Наличие расклинивающего давления во многих случаях объясняет важный факт устойчивости коллоидных и дисперсных систем.

Очевидна роль капиллярного кровоснабжения для биологических тел. А. Крог считает, что общая поверхность капилляров мышечной системы взрослого человека равна 6 300 м² (т.е. ленте шириной в 1 м и длиной около 6 км). Это важный фактор для процессов обмена; он нарушается с изменениями диаметра капилляров (подагра, диабет, хронический ревматизм).

Гагек констатировал изменение диаметра капилляров в различные периоды дня, месяца, года при сужении капилляра общий обмен понижается, что является - основой многих болезненных процессов.

Капиллярные эффекты проявляются благодаря действию сил поверхностного натяжения, которые создают давление под искривленной поверхностью внутри жидкости, отличающееся на величину Dp:

от внешнего давления над поверхностью жидкости, где R - радиус сферической поверхности жидкости в капилляре. В случае вогнутой поверхности жидкости радиусом R,

т.е. давление внутри жидкости под вогнутой поверхностью меньше, чем в газе на величину Dp (давление Лапласа). Давление Лапласа является причиной закупорки сосудов, по которым движется кровь, eсли в сосуд попадает воздушный пузырек (газовая эмболия). Газ может попасть в кровеносную систему при травме сосудов, внутривенных вливаниях, при резком уменьшении давления.

В общем случае произвольной поверхности двоякой кривизны используется формула Лапласа:

где:

R₁ и R₂ - радиусы,

Dp - добавочное давление,

s - коэффициент поверхностного натяжения.

Если в жидкость, помещенную в широкий сосуд, опустить капиллярную трубку из материала, смачиваемого этой жидкостью, то последняя поднимается в капилляре выше уровня в широком сосуде.

Если теперь каким-либо способом увеличить внешнее давление воздуха над поверхностью жидкости в капилляре, то можно достигнуть компенсации давлений, т.е. такого положения, при котором уровни жидкости в капилляре и широком сосуде сравняются.

М

Рис. 2.

 

Пусть при этом внешнее давление пришлось увеличить на величину P.
В этом случае:

, (1)

где:

r - радиус капилляра;

P - внешнее давление;

DP- добавочное давление;

, при малых .

Прибор, используемый в данной работе, состоит из капилляра A, который сообщается с широкой стеклянной трубкой B и водяным манометром C (см. рис. 2). Трубка B опускается в стакан N с водой, помещенный на подъемном столике K. Столик K вместе со стаканом можно закрепить в любом положении винтом. Перемещая столик со стаканом по вертикали, изменяют давление в свободной части капилляра. Это изменение давления фиксируется манометром, причем при достижении компенсации снимают показания высоты разности уровней в манометре, а величина давления рассчитывается по формуле:

, (2)

где:

r - плотность воды,

g - ускорение свободного падения.

При достижении компенсации P=P и , следовательно, согласно уравнению (1), расчетная формула для определения коэффициента поверхностного натяжения имеет вид:

, (3)

Кроме описанного метода КПН измеряется и другими методами:

1. Один из них основан на измерении максимального давления P_max в воздушных пузырьках, которые выдавливаются из кончика капилляра радиусом r в жидкость.

2. В методе отрывающейся капли предполагается, что в момент отрыва капли от вертикальной круглой трубки радиусом R сила поверхностного натяжения F равна силе тяжести mg, т.е.

,

где:

r - плотность жидкости;

V - объем капли.

Этот метод обычно используют для сравнительных измерений с эталонной жидкостью (дистиллированная вода).

Методом отрыва капли определяют в диагностических целях поверхностное натяжение биологических жидкостей: спинномозговой, желчи и др. Прибор, используемый для таких измерений, называется сталагмометром.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называют силой поверхностного натяжения? 2. Какова природа сил поверхностного натяжения? 3. Каково условие устойчивого равновесия жидкостей?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Уравнение Бернулли, его использование применительно к движению крови. 3. Физические факторы, создающие давление крови. 4. Основные биофизические свойства кровеносных сосудов.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Давлением P называется величина, численно равная отношению силы F, действующей перпендикулярно на поверхность, к площади S этой поверхности: Единица измерения давления в СИ - паскаль (Па), внесистемные единицы: миллиметр ртутного столба (1 мм рт.ст. = 133…

Рис. 1.

где Р₀ – атмосферное давление.

Давление, избыточное над атмосферным, считается положительным. Давление меньше атмосферного – отрицательным.

По графику рис. 1 можно сделать, что максимальное падение давления наблюдается в артериолах, а в вене – давление отрицательное.

Давление в жидкостях и газах измеряется с помощью манометров (барометров), которые бывают жидкостные и металлические.

Физический параметр - давление крови - играет большую роль в диагностике многих заболеваний.

Систолическое и диастолическое давление в какой-либо артерии могут быть измерены непосредственно с помощью иглы, соединённой с манометром (прямой или кровяной метод).

Однако в медицине широко используется косвенный (бескровный) метод, предложенный Н.С. Коротковым. Физические основы этого метода составляют:

1. Закон Паскаля: давление, производимое на газ или жидкость, передается по всем направлениям одинаково.

2. Условие неразрывности струи: за равные промежутки времени через сечение любого диаметра перетекает одинаковый объем жидкости (при уменьшении площади сечения сосуда скорость увеличивается).

3. Правило Бернулли: при стационарном (установившемся) движении идеальной жидкости по жестким трубам сумма статического давления, гидростатического (rhg) и динамического давлений в любом сечении остается постоянной, т.е.

При течении жидкости при h=const и , следовательно: статическое давление меньше там, где скорость движения больше.

Метод Н.С. Короткова состоит в следующем.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называют давлением? 2. В каких единицах измеряется давление? 3. Какое давление считают положительным, какое отрицательным?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

 

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ (вязкости) ЖИДКОСТИ

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Вязкость - одна из основных физических характеристик жидкости. Коэффициент вязкости жидкости, в том числе и биологической (крови),…   ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Вискозиметр ВК-4, дистиллированная вода, растворы спирта, глюкоза.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Характер течения жидкостей по трубам. 3. Понятие внутреннего трения в реальной жидкости. Градиент скорости. Формула… 4. Коэффициент внутреннего трения, его физический смысл, единицы измерения.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Ньютон установил, что сила трения пропорциональна площади соприкасающихся слоев (S), градиенту скорости ( ) и зависит от природы жидкости h: . (1) Градиент скорости характеризует быстроту изменения скорости при переходе от слоя к слою жидкости в направлении,…

Рис. 1.

I. – ньютоновская жидкость;

II, III, IIIa – неньютоновская жидкость.

Графики зависимости представляют собой прямые и называются кривыми течения, линия II характеризует жидкости, в которых течение начинается лишь при достижении некоторого значения напряжения s₀. Более сложные жидкости имеют кривые течения типа III и IIIа.

Различают ламинарное и турбулентное течение реальной жидкости. При ламинарном течении жидкость разделена на слои, которые движутся с различными скоростями, не перемешиваясь. Это движение подчиняется закону Пуазейля и происходит с минимальной затратой энергии. При турбулентном течении скорости частиц беспорядочно меняются, образуют местные завихрения, движение сопровождается шумами, происходит перемешивание жидкости, расходуется дополнительно энергия.

Критерием оценки характера течения жидкости является число Рейнольдса:

,

где:

r - плотность; V - скорость; D - диаметр трубы (сосуда); ŋ - вязкость.

Если R_е < R_{е кр} .- характер течения ламинарный,

R_е > R_{е кр.} - турбулентный.

В основу метода капиллярного вискозиметра положен закон Пуазейля, который для случая ламинарного течения по трубам (капиллярам) дает следующие выражения для объема:

где:

V – объем жидкости;

DP - разность давлений на концах капилляра;

l - длина капилляра;

r - радиус капилляра;

t - время протекания жидкости.

 

Определение коэффициента вязкости жидкости проводится методом сравнения его с известным коэффициентом вязкости другой жидкости. Для этого необходимо сравнить время t₁ и t₂ истечения равных объемов жидкостей - эталонной (воды) и исследуемой через один и тот же капилляр.

Пусть:

Приравняем объемы V₁ = V₂ и произведя алгебраические преобразования, получим соотношение:

,

где r - плотность жидкости.

Определение коэффициента вязкости методом медицинского вискозиметра также основано на законе Пуазейля.

Пусть , .

Если r₀ = r₁ , t₀= t₁ , r₀=r₁, то

, но V₁=l₁s₁, V₀=l₀s₀, т.к. r₀=r₁, , .

Величина называется относительной вязкостью.

УСТРОЙСТВО ВИСКОЗИМЕТРА ВК-4

Вискозиметр ВК-4 состоит из градуированных пипеток 1 и 2, укрепленных на общей подставке (рис. 2). Внутри пипеток проходят капилляры одинакового диаметра и одинаковой длины. Одна из пипеток снабжена краном 3. Пипетки соединяются тройником 4, заканчивающимся резиновой трубкой 5 с наконечником 6.

Рис. 2.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Каковы причины и как проявляется внутреннее трение? 3. Каково направление сил внутреннего трения? 4. От чего зависит сила внутреннего трения (формула Ньютона)?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2. Наберите исследуемую жидкость в пипетку (2). Для этого конец пипетки (2) опустите в пробирку с исследуемой жидкостью и втяните ее также до… 3. Положите вискозиметр на стол. Манипулируя краном (3), втягивая и выдувая… , при этих условиях коэффициент вязкости исследуемой жидкости h численно равен пути, пройденному водой. Поэтому,…

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

 

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АППАРАТА

ДЛЯ ГАЛЬВАНИЗАЦИИ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Одним из методов лечения заболеваний с помощью электрического тока является гальванизация, поэтому студенту-медику необходимо знание основных характеристик аппарата для гальванизации.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Аппарат для гальванизации; миллиамперметр; вольтметр; сосуд с физраствором; осциллограф.

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Устройство и назначение лампового диода. 3. Явление электромагнитной индукции, принцип работы трансформатора. 4. Назначение и устройство аппарата для гальванизации.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Изменение концентрационного градиента влечет за собой изменение (активизацию) обменных процессов, изменение (снижение) биопотенциалов действия… При гальванизации постоянный ток от соответствующего источника подводится к… Поэтому при любых условиях нельзя при действии постоянным током накладывать непосредственно на поверхность тела…

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРИБОРА

Для проведения процедур гальванизации и лечебного электрофореза используется аппарат для гальванизации, принципиальная электрическая схема которого… Трансформатор в аппарате для гальванизации дает напряжение, необходимое для…  

Рис. 1.

 

РАБОТА С АППАРАТОМ ДЛЯ ГАЛЬВАНИЗАЦИИ

Перед включением аппарата нужно винт переключателя обмоток трансформатора установить в гнездо, соответствующее напряжению сети (127 В или 220 В).…  

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Назначение трансформатора в аппарате для гальванизации. 3. Назначение диодов в аппарате. 4. Электрический фильтр и его назначение.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Термопары широко используются на практике в устройствах для измерения температуры. Приобретенный в процессе выполнения лаб. работы… ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Термопара, термометр, гальванометр, магазин…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Строение атома.

2. Определение разности потенциалов.

3. Понятие работы выхода.

4. Классическая электронная теория электропроводности металлов.

5. Контактная разность потенциалов.

6. Термоэлектродвижущая сила.

7. Термопара, ее устройство и применение в медицине.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Термопара состоит из железной и константановой проволок, имеющих контакт в двух точках. Один проводник разрезан (т. А и т. В) и его концы… Рис. 1. Схема экспериментальной установки.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Эта разность потенциалов названа контактной разностью потенциалов, сокращенно - КРП. Причин, вызывающих КРП, - две: 1. Внешняя. У разных металлов разная структура кристаллической решетки, а…     + 1 + + + +   2 - - - - -  

Рис. 2.

 

Величина данной КРП равна:

где e - заряд электрона.

2. Внутренняя. Причиной внутренней КРП является различная концентрация свободных электронов в металлах. Если концентрация свободных электронов в металле 1 - n₁, а в металле 2 - n₂, причем n₂>n₁, то начинается переход электронов из металла 1 в металл 2 и возникает внутренняя КРП, электрическое поле которой прекратит дальнейший переход электронов из металла 1 в металл 2. Величина данной КРП равна:

,

где:

k - постоянная Больцмана;

e - заряд электрона;

T - температура контакта.

Суммарная КРП, обусловленная обеими причинами, будет равна:

,

Если составить замкнутую цепь из двух разнородных металлов 1 и 2 (рис. 3), у которых А₁<A₂ и n₁>n₂ , то цепь будет иметь два спая, у каждого из которых возникает КРП U₁ и U₂. Можно считать, что каждый спай обладает определенной ЭДС.

Рис. 3.

 

Так как один из спаев будет способствовать движению свободных электронов по часовой стрелке, а другой - против, то их ЭДС будут направлены в противоположные стороны, а суммарная ЭДС всей цепи равна их разности. Если T₁= T₂, то U₁=U₂ и e= 0. Если температура спаев различна и T₁> T₂, то в цепи появится ЭДС, которая называется термоэлектродвижущей силой и равняется:

.

- удельная термоэлектродвижущая сила, измеряется в вольт/град и численно равна термоэлектродвижущей силе, которая возникает при разности температур спаев в 1 град.

Численное значение и знак зависят от природы контактирующих проводников, от характера их обработки, примесей и интервала температур, в котором используется термопара.

Замкнутая цепь проводников, создающая ток за счет различной температуры контактов между проводниками, называется ТЕРМОЭЛЕМЕНТОМ или ТЕРМОПАРОЙ.

Для того, чтобы с помощью термопары можно было определить температуру, ее следует проградуировать.

Проградуировать термопару - значит определить зависимость между значениями термо-ЭДС и разностью температур ее контактов = f(DT) и представить ее графически.

Применение термопары

Термопары применяются для измерения температур в широком интервале (от –270 до +1500°С). Особенно выгодно пользоваться термопарами при измерении… В биологии и медицине часто применяют термопары при измерении температур…  

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Что называется работой выхода электрона из металла? 3. При каких условиях возможен выход электрона из металла? 4. Против каких сил должен совершить работу электрон, чтобы покинуть пределы металла?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Метод компенсации относится к точным методам физических измерений, применяемых в области медицинских и биологических наук. Изучение природы ЭДС важно для понимания образования в живом организме потенциалов.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Испытуемый элемент; эталонный элемент; аккумулятор; реохорд; гальванометр; магазин сопротивлений.

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Определение ЭДС источника тока.

2. Природа сторонних сил.

3. Закон Ома для полной цепи.

4. Потенциал и его характеристика.

5. Правила Кирхгофа.

6. Измерение ЭДС источника тока методом компенсации.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Чтобы создать электрическое поле, необходимо на концах проводника поддерживать разность потенциалов. Это осуществляется источниками тока. Разделение… Сторонние силы совершают работу. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ (ЭДС) источника тока называют величину, численно равную работе сторонних сил по перемещению…

Рис. 1.

 

Если замкнуть ключ К₁, гальванометр покажет какой-то ток (ЭДС аккумулятора должна быть больше, чем ЭДС исследуемого элемента). Перемещая контакт C вдоль струны реохорда, всегда можно найти такое его положение, когда в цепи исследуемого элемента тока не будет. Это произойдет в том случае, когда разность потенциалов между точками A и C, создаваемая аккумулятором ₁, по абсолютному значению равна, а по знаку противоположна ЭДС элемента _x, т.е. наблюдается явление компенсации.

Применяя второе правило Кирхгофа к контуру AC мы получим:

(1),

где R₁ - сопротивление участка AC₁. Заменяя исследуемый элемент эталонным (нормальным элементом), можно добиться компенсации при некотором другом положении движка реохорда - C₂. В этом случае:

(2),

где:

R₂ - сопротивление участка AC₂,

_N - ЭДС нормального элемента.

Сравнивая уравнения (1) и (2), получим:

,

и учитывая, что для однородной струны отношение сопротивлений можно заменить отношением соответствующих длин: l₁ /l₂, получим:

.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Что такое ЭДС источника тока? 3. Какова природа сторонних сил? 4. Что называется потенциалом, разностью потенциалов, падением напряжения?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9

Тема: «УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Воздействие постоянного тока на ткани организма используется для лечения. Выпрямители - это устройства, применяемые практически во всей медицинской аппаратуре, как лечебной, так и диагностической.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Полупроводниковый выпрямитель; осциллограф; соединительные провода;

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие постоянного и переменного электрического тока.

2. Электропроводность полупроводников.

3. Электронно-дырочный переход.

4. Типы выпрямителей и принципы их работы.

5. Типы фильтров и принципы их работы.

6. Назначение выпрямителей, их применение в медицине.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Постоянный ток можно получать от генератора постоянного тока, аккумуляторов и гальванических элементов. Но чаще к месту потребления подается… Простейший выпрямитель, в схему которого (см. рис. 4) входит полупроводниковый… Работа полупроводниковых выпрямителей и диодов основана на свойствах p-n-перехода. Свойство p-n-перехода пропускать…

1 2

 

Рис. 1.

Если на диод подавать ток, величина и направление которого изменяются по гармоническому закону (переменный ток), то нижняя часть синусоиды (графика переменного тока) диодом будет срезана, после диода в цепи протекает пульсирующий ток с перерывам в половину периода (см. рис. 3).

 

 

Рис. 2.

 

Рис. 3.

 

Для сглаживания пульсации тока (в выпрямителях любого типа) применяется электрический фильтр, состоящий из конденсатора и дросселя (рис. 4). При нарастании пульсирующего напряжения от нуля до максимума конденсатор фильтра заряжается до максимального (для данного напряжения) значения. При уменьшении этого напряжения конденсатор разряжается, создавая добавочный ток, текущий через нагрузку в направлении, совпадающем с направлением пульсирующего тока. Таким образом, в период резкого уменьшения пульсирующего напряжения ток, создаваемый разрядом конденсатора, частично компенсирует резкое падение тока в нагрузке.

Дроссель Др еще более способствует сглаживанию пульсации тока. При возрастании пульсирующего тока в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, направленная противоположно току и задерживающая увеличение тока. Ток не успевает достигнуть максимального значения. Поэтому амплитуда пульсирующего тока в цепи становится несколько меньше. Уменьшение тока приводит к возникновению в дросселе ЭДС самоиндукции, направленной так же, как и ток, и задерживающей падение пульсирующего тока. Результатом этого является еще большее сглаживание тока. Сглаженный ток, т.е. выпрямленный ток, хорошо приближается по своему характеру к обычному постоянному току.

Рис. 4. Схема выпрямителя с электрическим фильтром.

Д – диод, Др - дроссель, С - конденсатор, R - нагрузка, K₁, K₂, K₃ - ключи,
1, 2, 3, 4 - клеммы.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Какие носители заряда являются основными, а какие неосновными в полупроводнике p –типа, n-типа? 3. Как образуется p-n-переход на границе контакта полупроводников с различным… 4. Каково основное свойство p-n-перехода?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С БЛОК-СХЕМОЙ

1. Не прикасаться к проводам и деталям прибора, находящимся под напряжением.

2. Первое включение панели можно производить только в присутствии преподавателя.

3. Перед включением панели в сеть проверить положение переключателя входного напряжения. Он должен быть в положении "ВЫКЛ".

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Биологические жидкости и многие лекарственные препараты обладают свойствами электролитов. Изучение пассивных электрических свойств… ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Электролитическая ванна с раствором медного купороса…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Механизм проводимости электролитов. 3. Определение напряженности электрического поля и ее связь с разностью… 4. Плотность тока.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Направленное (упорядоченное) движение ионов обоих знаков представляет собой электрический ток в электролитах. Для электролитов справедлив закон Ома… (1) где:

Рис. 1.

 

Применение переменного тока для измерения сопротивления электролитов обусловлено отсутствием в этом случае явления поляризации электродов, выражающегося в появлении встречной ЭДС за счет электрохимических реакций. Электролитическая ванна - V-образная трубка с электродами, наполненная раствором медного купороса, включается в схему моста в качестве неизвестного сопротивления R_x, R_m - сопротивление магазина, R₁ и R₂ - сопротивления плеч реохорда. Из условия равновесия моста вытекает соотношение:

или , т.к. и (4)

В качестве индикатора нуля в схеме моста используется прибор, основной частью которого является электронно-оптический индикатор настройки 6Е5С. Отсутствие тока в диагонали моста соответствует наиболее широкому темному сектору индикатора.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Какова природа тока в электролитах? 3. Каков механизм проводимости электролитов? 4. Что называется плотностью тока?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Температура тела человека является одним из важных показателей состояния организма. Поэтому изучение принципа действия электротермометров важно для студентов-медиков.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Термистор, термометр жидкостный; сосуды с водой; реохорд; электроплитка; магазин сопротивлений; батарея элементов; миллиметровая бумага.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Полупроводники и механизм их собственной проводимости.

2. Понятие примесной проводимости полупроводников.

3. Зависимость сопротивления полупроводников от температуры.

4. Термистор и его использование в медицине.

5. Устройство и назначение медицинского электротермометра.

6. Устройство и принцип действия моста постоянного тока.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

, где: R0 - сопротивление при 00C, К - постоянная Больцмана,

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Объясните механизм собственной проводимости с точки зрения зонной теории. 3. Как объясняет зонная теория проводимости различие между проводниками… 4. Почему сопротивление полупроводников зависит от температуры? Каков характер этой зависимости?

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ

Д

Рис. 1.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕТР МЕДИЦИНСКИЙ ТПЭМ-1

(с датчиками)

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Рис. 1. Электротермометр медицинский ТПЭМ-1. 1. Электротермометр медицинский ТПЭМ-1 представляет собой прибор для измерения… 2. Принципиальная схема электротермометра представляет собой неуравновешенный мост Уитстона. В одно из плеч моста…

I. ПОДГОТОВКА ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕТРА К РАБОТЕ

2. Проверьте положение стрелки указателя (рис. 1). В положении "В" (включено) ручки переключателя (4) стрелка должна совпадать с отметкой… 3. Поставьте ручку переключателя (4) в положение "К" (калибровка… 4. Поставьте ручку переключателя на требуемый диапазон измерений, отмеченный красной или синей точкой на панели…

II. ПОРЯДОК РАБОТЫ

2. Измерение температуры с помощью подмышечного датчика производится аналогично измерению ртутным термометром. 3. Кожный датчик при измерении температуры на коже можно удерживать на… 4. Отсчет по шкале указателя производится после некоторого времени контакта датчика с телом человека или другой…

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА.
ПРИНЦИПЫ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Среди многочисленных инструментальных методов исследования, которые широко применяются в медицине, одно из ведущих мест принадлежит электрокардиографии.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Электрокардиограф; электроды, резиновые ленты для закрепления электродов, бинт, физиологический раствор.

 

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Определение электрического диполя и его характеристики. 3. Принцип суперпозиции электрических полей. 4. Токовый диполь и его характеристики. Сердце как токовый диполь.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

В большинстве случаев биопотенциалы регистрируются не непосредственно на органе (сердце, головной мозг и др.), а на «соседних» тканях, в которых… Физическую основу метода электрокардиографии представляет теория отведений… Разность биопотенциалов, регистрируемая между двумя точками тела, называют отведением. Формируются три стандартных…

Рис. 2.

 

 

Обычно анализу подлежат направление и амплитуда зубцов, а также временные параметры интервалов и сегментов. На нормальной ЭКГ различают ряд зубцов и интервалов между ними. Выделяют зубцы P, Q, R, S, образующие комплекс QRS, зубец T, а так же интервалы P-Q, R-R, S-T, Q-T, T-P и т.д. (рис. 2). Интервал измеряется от начала первого зубца до начала следующего зубца. Ширину комплекса QRS измеряют от начала зубца Q до конца зубца S.

Таблица 1

Компоненты ЭКГ и их нормальные величины для стандартных отведений

Амплитуду зубцов измеряют в милливольтах. Ширину зубцов и продолжительность интервалов измеряют в секундах. При скорости движения ленты 25 мм/с… Интервал P-Q соответствует времени, необходимому для прохождения потенциала… Изменения разности потенциалов на поверхности тела, возникающие во время работы сердца, записываются с помощью…

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Основные характеристики электрического поля. 3. Что называется напряженностью электрического поля? 4. Дайте понятие эквипотенциальных поверхностей.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13

 

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ АППАРАТА УВЧ - ТЕРАПИИ

И ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В МЕДИЦИНЕ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Воздействие УВЧ-электрического поля на ткани организма вызывает позитивные изменения функционального состояния клетки и поэтому широко применяется для лечения многих заболеваний, являясь методом физиотерапии.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. УВЧ аппарат, детектор.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие поляризации и ее виды.

2. Определение электрического диполя и его характеристики.

3. Понятие электрического поля и его характеристики.

4. Понятие электрического резонанса.

5. Устройство и принцип работы генератора электрических колебаний.

6. Принципиальная схема аппарата УВЧ-терапии.

7. Устройство и основные блоки аппарата УВЧ.

8. Использование магнитных и электрических полей высокой частоты в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Условно доступный для изучения диапазон электромагнитных явлений подразделяется на 3 участка, в пределах каждого из которых имеются специфические… Высокочастотные электрические колебания и электромагнитные волны принято… Медицинские приборы, в которых используются электрические колебания диапазонов ВЧ и УВЧ, построены на одном общем…

Рис. 1.

 

Терапевтический контур состоит из катушки Lк, индуктивно связанной с катушкой L колебательного контура генератора, конденсатором переменной емкости Cк и электродами Э. Электроды представляют собой в электрическом отношении либо емкость, либо индуктивность, либо и то и другое. Таким образом, терапевтический контур есть колебательный контур, в котором создаются вынужденные колебания с частотой изменения ЭДС индукции, наводимой в катушке Lк, т.е. с частотой колебаний генератора.

Для того, чтобы в терапевтический контур отдавалась существенная часть энергии, и на электродах создавались значительные электрические или магнитные поля, необходимо настроить его в резонанс, изменяя емкость переменного конденсатора C_к. Такая настройка производится в начале каждой процедуры заново, поскольку емкость системы «электроды – пациент» будет всякий раз разной. Другая важная функция терапевтического контура - обеспечение электробезопасности. Индуктивная связь исключает возможность попадания пациента под высокое напряжение, которое есть в собственной цепи генератора.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ПОЛЕЙ НА ТКАНИ ОРГАНИЗМА

для тока проводимости (1) (2) для тока смещения (3)

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Каково назначение терапевтического контура? 3. В чем смысл резонанса? (Применительно к колебательному контуру.) 4. Какие существуют методы лечения токами и полями ВЧ и УВЧ?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

По окончании практической работы заполните таблицу

Вид терапии	Диатермия	Индуктотермия	УВЧ-терапия	СВЧ-терапия
1. Физический фактор воздействия. 2. Преимущественно на какие ткани?. 3. Какое наблюдается явление? 4. Физический эффект явления. 5. Терапевтический эффект.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

Тема: «ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ПРИНЦИП РЕОГРАФИИ» МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Один из способов исследования периферического кровообращения состоит в определении изменения импеданса…

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Понятие мгновенного, амплитудного, действующего значения напряжения. 3. Получение переменного тока. 4. Цепь переменного тока с активным сопротивлением.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Наиболее распространенным является ток, изменяющийся во времени по гармоническому закону (закону синуса или косинуса) (1) или для напряжения (2)

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Как выражается зависимость силы переменного тока (напряжения) от времени? 3. Что такое мгновенное, амплитудное и действующее значение переменного тока,… 4. Напишите формулу, связывающую эффективные и максимальные значения переменного синусоидального тока и напряжения. …

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ» МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Импульсные токи нашли широкое применение в медицине как…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Параметры импульсного тока: амплитуда, период, частота, длительность импульса.

2. Назначение осциллографа.

3. Понятие об устройстве и принципе работы мультивибратора.

4. Влияние релаксационных колебаний различных видов на биологические ткани.

5. Законы Дюбуа-Реймона, Вейса-Лапика.

6. Понятие об электростимуляторах биологических тканей. Оптимальные параметры стимуляции.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

В настоящее время в медицине используются электрические импульсные сигналы с лечебной и диагностической целью. Применение электрических импульсов… Электрическим импульсом называется кратковременное изменение электрического… Для электростимуляции используют импульсы различной формы: прямоугольные, трапецевидные, треугольные,…

Рис. 1.

Обычно импульсы следуют периодически с периодом Т, которому соответствует частота повторения (рис. 2) .

 

Рис. 2.

 

Отношение периода Т к длительности импульсов t называют скважностью: .

Величина, обратная скважности, есть коэффициент заполнения:

 

t

Рис. 3.

 

Приведенные на рис. 1 импульсы идеализированы. Реальные импульсы искажены, что выражается обычно в замедлении нарастания и убывания импульса, а также в спаде его плоской вершины. Реальные импульсы характеризуются следующими основными параметрами (рис. 3):

1) амплитудой импульса А,

2) длительностью импульса t_u, обычно определяемой на уровне 0.1 А,

3) длительностью фронта импульса t_Ф, временем нарастания импульса от 0.1 до 0.9 А,

4) длительностью среза импульса от 0.9 до 0.1 А - t_ср ,

5) спадом вершины импульса DА.

Во многих случаях для изменения формы прямоугольных импульсов применяют дифференцирующую или интегрирующую цепь. Эти названия связаны с тем, что при подаче на вход этой цепи напряжения, изменяющегося во времени как некоторая функция U = f(t), напряжение на выходе будет меняться приблизительно как её производная или как интеграл от этой функции.

Простейшая дифференцирующая цепь состоит из последовательно включенного конденсатора C и параллельно включенного резистора R. Если на вход цепи подан прямоугольный импульс напряжения (U =const), то напряжение на выходе U=IR, т.е. повторяет по форме экспоненциальные импульсы при зарядке и разрядке конденсатора.

ЭЛЕКТРОСТИМУЛИРУЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ

ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

В основе действия электрического тока на ткани организма лежит движение заряженных частиц, преимущественно ионов тканевых электролитов, в результате… Раздражение вызывается при изменении силы тока и зависит от скорости, с… Поскольку раздражающее действие свойственно быстрым изменениям силы тока, для электростимуляции используются…

Рис. 4.

 

Раздражающее действие прямоугольных импульсов в значительной мере зависит от их длительности.

Пороговая сила тока обратно пропорциональна длительности импульса и зависит от природы ткани и её физиологического состояния.

(закон Вейса-Лапика).

Согласно закону Дюбуа-Реймона раздражающее действие тока зависит от скорости нарастания его мгновенных значений, т.е. от крутизны переднего фронта импульса. Это связано со свойством возбудимых тканей повышать порог ("приспосабливаться") к постепенно нарастающей силе раздражения. Это свойство тканей называется аккомодацией и характеризуется снижением порогового тока i_n при возрастании крутизны переднего фронта одиночных достаточно длительных импульсов. Исследование аккомодации производится с помощью треугольных и трапецеидальных импульсов с регулируемой крутизной переднего фронта.

Способность к аккомодации у возбудимых тканей зависит от их функционального состояния. Например, у патологически измененных мышц способность к аккомодации снижается и для них более физиологическими являются постепенно (экспоненциально) нарастающие импульсы (рис. 5).

 

Рис. 5.

 

Действие на ткани ритмически повторяющихся одиночных импульсов называется частотным раздражением. Частотное раздражение позволяет выявить особое свойство возбудимых тканей, называемое лабильностью или функциональной подвижностью, которое характеризует способность ткани давать оптимальную реакцию только в определенных пределах частоты повторения раздражающих стимулов.

Электростимуляция обычно проводится с помощью неполяризующихся электродов, т.е. электродов, которые состоят из металла, погруженного в раствор его соли (например, Zn - ZnSO₄), или из металла, покрытого его же солью (например, Ag - AgCl).

ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ И АМПЛИТУДНЫХ

ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛА

1. Вход осциллографа соединить с выходом генератора F 1:1 с помощью второго кабеля. 2. Рукоятку «Усилитель У» поставить в положение «5 Вольт/дел». 3. Выключатели «род тока» поставить в положение «переменный ток».

ПРИМЕРЫ

Если амплитуда сигнала равна одной клетке, а переключатель «Усилитель У» стоит в положении «5 Вольт/дел», это значит, что в одной клетке шкалы помещается амплитуда сигнала, равная 5 В.

Например: если на экране величина сигнала составляет 1.4 клетки, следовательно, его амплитуда равна:

А = 5 Вольт*1,4 клетки = 7.0 В.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие колебания называются релаксационными? 2. Что называется электрическим импульсом? 3. Какие параметры характеризуют одиночный импульс?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

   

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 16

ОБЪЕКТИВА МИКРОСКОПА И ПОЛЕЗНОГО УВЕЛИЧЕНИЯ МИКРОСКОПА» МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. В медицине микроскоп широко применяется для диагностики и…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Основные характеристики линз. 3. Построение изображения в линзах. 4. Устройство микроскопа.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Тонкой называется линза, толщина которой значительно меньше радиусов ограничивающих её сферических поверхностей. Линзы бывают вогнутые, выпуклые, плоско-вогнутые, плосковыпуклые,… Прямая, проходящая через центры О1 и О2 сферических поверхностей линзы, называются главной оптической осью линзы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Дайте определения: оптического центра, фокуса, главной и побочной осей, фокальной плоскости. 3. Назовите лучи, с помощью которых строится изображение в линзах. 4. Постройте изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится между F и 2F, между F и оптическим…

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Фотоэлектроколориметр предназначен для определения концентрации растворенных веществ в слабоокрашенных биологических жидкостях. Фотоэлектроколориметр широко применяется в клинических лабораториях для… ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.Фотоэлектроколориметр КФК-2, дистиллированная вода, раствор метилоранжа неизвестной…

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Поглощение света.

2. Законы Бугера-Ламберта; Бера; Бугера-Ламберта-Бера.

3. Прозрачность раствора, оптическая плотность.

4. Устройство фотоэлектроколориметра и принцип действия.

6. Правило построения градуировочной кривой.

7. Применение фотоэлектроколориметра в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Поглощение света подчиняется закону Бугера: (1) где k - натуральный показатель поглощения.

УСТРОЙСТВО И РАБОТА КОЛОРИМЕТРА

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КФК-2

На колориметре это отношение определяется следующим образом: вначале световой пучок пропускают через кювету с растворителем или контрольным…

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА КФК-2

1 - лампа; 2 - конденсор; 3 - диафрагма; 4 - набор светофильтров;

5 - защитные стекла; 6 - кювета; 7 - фотоэлемент.

Световой поток Ф, пройдя через исследуемый раствор, воздействует на фотоприемники (фотоэлементы).

Ток фотоэлемента усиливается и подается на измерительный прибор, показания которого пропорциональны световому потоку, проходящему через исследуемый раствор.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Какие явления наблюдаются при прохождении света через раствор? 2. Напишите закон Бугера - Ламберта; Бера; Бугера – Ламберта - Бера. 3. Как зависит поглощение света от концентрации?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 18

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОСКОПА. НАБЛЮДЕНИЕ СПЕКТРА ПОГЛОЩЕНИЯ ОКСИГЕМОГЛОБИНА»   МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Будущему врачу необходимо ознакомиться со спектральными методами исследования, т.к. они является…

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Определение дисперсии света.

2. Ход лучей в спектроскопе.

3. Типы и виды спектров.

4. Правило Кирхгофа.

5. Особенности излучения и поглощения энергии атомами.

6. Понятие спектрометрии и спектроскопии.

7. Применение спектрометрии и спектроскопии в медицине.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Дисперсией световых волн называется явление, обусловленное зависимостью показателя преломления от длины волны. Для многих прозрачных веществ показатель преломления возрастает с уменьшением… Распределение какого-либо излучения по длинам волн называется спектром этого излучения. Спектры, получаемые от…

УСТРОЙСТВО СПЕКТРОСКОПА

1. Коллиматор К, представляющий собой трубку с объективом О1 на одном конце и со щелью Щ на другом. Щель коллиматора освещается лампой накаливания.… 2. П – призма, в которой происходит преломление и разложение пучка лучей по их… 3. Зрительная труба Т состоит из объектива О2 и окуляра 0к. Объектив О2 служит для того, чтобы фокусировать вышедшие…

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что понимают под дисперсией света? 2. Что такое спектр? 3. Какой спектр называется непрерывным или сплошным?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ САХАРА
В РАСТВОРЕ САХАРИМЕТРОМ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. В химии и медицине для определения концентрации оптически активных веществ в растворе применяют поляризационные приборы - поляриметры. Поэтому будущему врачу необходимо знать физические законы, положенные в основу работы прибора, его устройство и уметь им пользоваться для определения концентрации сахара в моче.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Сахариметр, растворы известной концентрации, раствор неизвестной концентрации, дистиллированная вода, пипетка.

 

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Явление поляризации света. 3. Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса. 4. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Свет представляет собой электромагнитную волну, в которой векторы совершают колебания во взаимно перпендикулярных плоскостях синфазно. Причем… Электромагнитную волну, в которой векторы лежат в определенных плоскостях,… Существуют различные способы получения поляризованного света.

Поляризация при отражении и преломлении.

Если тангенс угла падения луча равен относительному показателю преломления, то отраженные лучи полностью поляризованы. , где:

Поляризация при двойном лучепреломлении.

Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и оба луча распространяются с одинаковыми скоростями, называют оптическими осями кристалла.… Скорость распространения обыкновенной волны одинакова по всем направлениям,… Выделив один из двух преломленных лучей, можно получить поляризованный свет. Его энергия составляет не более 50%…

Поляризация при поглощении.

В пластинке турмалина толщиной 1 мм обыкновенный луч практически полностью поглощается, и вышедший свет плоскополяризован. Такие устройства,… Если плоскополяризованный свет падает на анализатор, интенсивность света,… Закон Малюса:

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРА

Поляриметр (рис. 1) состоит из головки анализатора (6) с отсчетной лупой (8), поляризатора (2) с зеркалом (1) и подставки (9).

В разрез трубы (7), соединяющей головку анализатора с поляризационным устройством, устанавливается кювета для растворов (3). Зрительная труба служит для наблюдения двойного поля и состоит из объектива (5), окуляра (6), муфты анализатора (4).

Рис. 1.

На рисунке 2 представлена оптическая система поляриметра: 1 - зеркало направляет световой пучок из источника света в оптическую систему; поляризационное устройство состоит из светофильтра 2 и поляриметра 3; 4 - кварцевая пластинка с диафрагмой, выделяющая среднюю область пучка; 5 - кювета; 6 - анализатор из поляроидной пленки; 7 – объектив; 8 - окуляр.

 

Рис. 2.

Измерения производятся по градусной шкале (рис. 3), которая состоит из неподвижного лимба (верхние 20 делений вправо и влево) и подвижного нониуса (нижние деления). Цена деления лимба 1⁰, цена деления нониуса 0,1⁰.

Ноль нониуса показывает целые значения в градусах на лимбе, десятые градуса снимают по штриху нониуса, совпадающему с каким-либо штрихом лимба. В данном случае (рис. 3) значение равно 3,5⁰.

 

Рис. 3.

 

Перемещением окуляров зрительной трубы и отсчетной лупы добиться резкого и четкого изображения линий раздела поля зрения и отсчетного устройства. Вращением анализатора можно уравнять яркости частей поля при больших и меньших яркостях, но измерение производить только при чувствительном положении анализатора, которое характеризуется тем, что части поля уравнены при минимальных яркостях. Незначительное вращение анализатора вызывает резкое нарушение равенства яркостей различных частей поля.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного? 3. Что называется плоскостью поляризации? 4. Какой свет - естественный или поляризованный - излучают отдельные атомы?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3. Произвести измерение раствора неизвестной концентрации, произвести расчет концентрации. 6. Сделайте вывод.   …

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 20

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Рефрактометры нашли широкое применение в медико-биологических исследованиях. Разработаны методики рефрактометрического определения содержания белка в…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Законы преломления света.

2. Физический смысл показателя преломления.

3. Понятие предельного угла полного внутреннего отражения.

4. Явление полного внутреннего отражения и его применение в медицине.

5. Условие определения предельного угла полного внутреннего отражения.

6. Рефрактометр. Устройство и принцип работы.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

При переходе световой волны из одной среды в другую происходит изменение скорости распространения и длины волны (частота колебаний остается без… Угол a, образованный лучом падающим и перпендикуляром, восстановленным в точке… Угол b, образованный лучом преломления и перпендикуляром в точке падения, называется УГЛОМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (рис. 1).

Рис. 1.

Взаимное геометрическое расположение лучей падающего и преломленного определяется законами преломления (Декарта).

1. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке падения.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных 2-х сред, равная отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды.

,

где: n_2,1 - относительный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость распространения света в вакууме больше скорости распространения света в данной среде.

,

где:

С - скорость света в вакууме;

v - скорость света в среде.

Явление, при котором луч идет из среды более плотной в менее плотную под углом больше предельного, называется ПОЛНЫМ ВНУТРЕННИМ ОТРАЖЕНИЕМ.

ПРЕДЕЛЬНЫМ УГЛОМ полного внутреннего отражения называется такой угол падения, которому соответствует угол преломления, равный 90⁰ (рис. 2).

 

Рис. 2.

т.к.

Таким образом, предельный угол полного отражения для данных сред зависит от их показателей преломления. Это свойство нашло применение в приборах для измерения показателя преломления веществ: рефрактометрах, используемых для определения чистоты воды, концентрации общего белка сыворотки крови, для идентификации различных веществ.

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы, сделанные из одного и того же сорта стекла. Призмы соприкасаются гипотенузными гранями, одна из которых матовая.

Между призмами помещают каплю жидкости, показатель преломления которой требуется определить.

Луч света от источника направляется на матовую грань призмы, где свет рассеивается и из призмы (оптически более плотной среды) выходит под различными углами в жидкость (оптически менее плотную среду). Лучи, падающие на жидкость под углом больше предельного, испытывают полное отражение и выходят через вторую боковую грань призмы в зрительную трубу. Поле зрения, видимое в зрительную трубу, окажется разделенным на светлую и темную части.

Положение границы раздела определяется предельным углом полного отражения.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Какой угол называется углом преломления? 3. Сформулируйте закон преломления? 4. Запишите математическую формулу закона преломления.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

     

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21

 

Тема: «ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ.

РЕНТГЕНОМЕТР ДП-5А И РАБОТА С НИМ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Ионизирующие излучения оказывают сильное влияние на биологические процессы в организме, поэтому медицинским работникам необходимо хорошо знать действие ионизирующего излучения на ткани и уметь оценивать показания приборов для регистрации ионизирующего излучения.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Прибор ДП - 5А, линейка, секундомер или часы, радиоактивный элемент.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие радиоактивности.

2. Виды радиоактивного распада.

3. Основной закон радиоактивного распада.

4. Виды ионизирующего излучения.

5. Процессы, вызываемые в веществе ионизирующим излучением.

6. Методы и приборы для регистрации действия ионизирующего излучения.

7. Количественная оценка действия ионизирующего излучения на вещества живой и неживой природы.

8. Защита от ионизирующего излучения.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

След частицы зависит от ее ионизирующей способности, поэтому по нему можно определить и природу частиц. Частицы, не имеющие заряда, могут быть… На явлении радиолюминесценции основано устройство флуоресцирующих экранов, в… Приборы, регистрирующие a-, b-рентгеновское и g-излучение, протоны, нейтроны, а также измеряющие энергию частиц и…

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. На чем основаны методы регистрации радиоактивного излучения? 3. Какое действие оказывает излучение на вещество? 4. Виды взаимодействия излучения с веществом.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. В настоящее время в медицине получили широкое распространение синусоидально-импульсные колебания низкой частоты и…  

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Сущность и получение модулированных электрических колебаний. 3. Схема простейшего генератора электрических колебаний. 4. Характеристика низкочастотных импульсных токов.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Подобный ток можно получить от аппаратов СНИМ-1, Тонус-1 и более современного аппарата серии «Амплипульс». Синусоидально-модулированный ток представляет переменный ток частотой 4-5 кГц,… Рассмотрим процесс модуляции.

Рис. 3.

Для получения амплитудной модуляции в сеточную цепь лампы генератора (рис. 3) (с независимым возбуждением) включается источник "Г" колебаний высокой частоты, которые соответствуют несущей волне. При этом на сетку подается напряжение смещения, которое состоит из накладывающихся на него низкочастотных колебаний передаваемого сигнала.

2. Может быть воспроизведена и частотная модуляция, при которой источник передаваемых сигналов воздействует на генератор так, что частота высокочастотных колебаний изменяется во времени по закону, отражающему форму передаваемого сигнала. В этом случае модулирующие колебания воздействуют на элементы колебательного контура, например, на емкость конденсатора, которая изменяет частоту генерируемых колебаний.

Обратным процессу создания модулированных колебаний является детектирование.

Синусоидально-модулированные колебания получают с помощью аппарата «Амплипульс-4».

 

 

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АППАРАТА

Аппарат низкочастотной терапии "Амплипульс-4" состоит из генератора высокой частоты, генератора регулируемой низкой частоты, модулятора,… Генератор ВЧ генерирует напряжение синусоидальной формы частотой 5000 Гц.… Среднее значение тока в цепи пациента регулируется от 0 до 80 мА и измеряется миллиамперметром от 20 до 80 мА.

БИОФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ СИНУСОИДАЛЬНО-ИМПУЛЬСНЫХ И МОДУЛИРОВАННЫХ ТОКОВ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ

С повышением частоты переменного электрического тока уменьшается длительность его импульсов и, соответственно, снижается раздражающее действие. Эта… В пределах частот 50-300 кГц пороговый ток увеличивается пропорционально первой степени частоты:

Рис. 4.

 

1, 2 – вилки для подключения сетевого шнура; 3 – переключатель "СЕТЬ"; 4 – переключатель "РОД РАБОТЫ"; 5 – переключатель "РЕЖИМ РАБОТЫ"; 6 – переключатель "ДЛИТЕЛЬНОСТЬ"; 7 – переключатель "ЧАСТОТА Н"; 8 – переключатель "МОДУЛЯЦИЯ %"; 9 – потенциометр калибровки коэффициента модуляции; 10 – миллиамперметр; 11 – ручка регулировки "ТОК"; 12, 13 – индикаторы включения диапазона измерения модуляции; 14 – переключатель "ДИАПАЗОН-КОНТРОЛЬ-ЭЛЕКТРОДЫ"; 15 – лампа индикаторов включения электродов; 16 – выходное гнездо; 17 – предохранители.

 

ЗАДАНИЕ 1.Включить прибор, согласовав его с осциллографом, и получить на осциллографе серию синусоидальных модулированных колебаний, которые чередуются с паузой, а также непрерывные модулированные колебания частотой 30, 50 и 70 Гц. Зарисовать их.

ЗАДАНИЕ 2.Получить на осциллографе серии синусоидальных модулированных колебаний с произвольно выбранной частотой модуляции (30, 50, 70, 100 Гц), которые чередуются с сериями модулированных колебаний с частотой 150 Гц. Зарисовать их.

ЗАДАНИЕ 3. Получить серии модулированных колебаний с любой из вышеприведенных частот, с сериями немодулированных колебаний. Зарисовать их.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. В чем сущность закона Дюбуа-Реймона? 3. Что называется длительностью импульса? Что называется скважностью? 4. Какова зависимость между частотой и длительностью импульса?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

2. Регулятор интенсивности тока пациента должен находиться в крайнем левом положении. 3. При включенном аппарате запрещается смена электродов. 4. Перед каждым переключением ручка регулятора интенсивности тока должна быть установлена в крайнее левое положение. …

Рис. 5.

ЗАДАЧА 1. Ознакомиться с принципиальной схемой аппарата. Посмотреть наличие электродов. Проверить готовность аппарата к работе.

ЗАДАЧА 2. В соответствии с инструкцией и схемой ООД провести лечебную процедуру.

 

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Запрещается включать аппарат без заземления.

2. Перед началом процедуры ручки «СЕТЬ» и «МОЩНОСТЬ» должны быть установлены в крайнее левое положение.

3. Пациент не должен иметь соприкосновение с заземляющимися предметами.

4. При проведении процедуры запрещается касаться конической части резонатора.

5. Категорически запрещается дотрагиваться руками до элементов высоковольтного тракта.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24

Тема: « ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ. ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА И ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ. АППАРАТ «ЛУЧ-4», ЕГО ПАРАМЕТРЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
В МЕДИЦИНЕ»

 

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. Аппараты, генерирующие высокочастотные электромагнитные колебания, используются в физиотерапии для воздействия на организм с лечебной целью магнитными и электромагнитными полями и токами.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

2. Поляризация биологических тканей. 3. Виды поляризации. 4. Дисперсия диэлектрической проницаемости и электропроводности.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Частота электромагнитных колебаний (2,45 ± 0,049) гГц. 2. Номинальная выходная мощность: 5 Вт - для диапазона «0-5 Вт» с плавной… 3. Аппарат имеет два диапазона выходной мощности:

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Рис. 1.

 

На панели управления (рис. 1) находится: кнопка 1 «СЕТЬ», на которой расположена сигнальная лампочка, загорающаяся зеленым цветом при включении аппарата в сеть; кнопка 2 «СБРОС МОЩНОСТИ», которая горит красным цветом при включении аппарата в сеть и при переводе его в режим «СБРОС МОЩНОСТИ» автоматическими устройствами или непосредственным нажатием на кнопку; кнопки 3, 4 для включения мощности на диапазонах и для сигнализации о работе ВЧ генератора (горит белый цвет); 5 - индикатор установки выходной мощности; ручка 6 - датчик таймера процедуры; ручка 7 -регулятор выходной мощности на диапазоне «0-5»; ручка 8 - датчик выходной мощности на диапазоне «0-20».

На правой стенке аппарата расположено выходное гнездо. В комплект установки прибора входят излучатели диаметром: 2, 5, 16, 20, 35, 50, 80 мм, излучатель облегающий.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АППАРАТА

 

Рис. 2.

1 - блок управления; 2 - высоковольтный стабилизатор тока; 3 - магнетронный генератор; 4 - высоковольтный преобразователь; 5 - узел переменного напряжения.

Блок управления (1) предназначен для управления работой высоковольтного стабилизатора тока (2) и магнетронного генератора (3).

Высоковольтный стабилизатор тока (2) предназначен для стабилизации анодного тока магнетрона.

Магнетронный генератор (3) предназначен для генерирования электромагнитных колебаний с частотой 2,45 гГц.

Высоковольтный преобразователь (4) предназначен для питания высоковольтного стабилизатора тока постоянным напряжением.

Узел переменного напряжения (5) предназначен для питания стабилизатора тока, высоковольтного преобразователя и магнетронного генератора.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

1. Аппарат обслуживается только медперсоналом. При подготовке к проведению процедур около аппарата и пациента должен находиться только обслуживающий персонал.

2. При подготовке процедур обслуживающий персонал не должен находиться более 2 ч в день на расстоянии ближе 1 м от аппарата с включенным генератором.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

1. Приступать к работе с аппаратом, не ознакомившись с инструкцией. 2. Эксплуатировать аппарат без заземления. 3. Применять для заземления трубы газопровода, водопровода и батарей отопления.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

2. Включить прибор в сеть, прогреть в течение 30 сек. Прибор готов к работе. ПОМНИТЕ! Диапазон «0-20» включается только при крайнем левом положении ручки «МОЩНОСТЬ». Для включения генератора необходимо:…

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Назовите основные виды поляризации. 3. a-, b-, g-дисперсии, их частотные характеристики. 4. Как в физиотерапии используется дисперсия?

ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Ознакомьтесь с техническими данными прибора.

2. Начертите функциональную схему аппарата и ознакомьтесь с принципом его работы.

3. Познакомьтесь с указаниями мер безопасности при работе с прибором.

4. Изучите порядок подготовки прибора к работе.

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2. Подведите излучатель к облучаемой части тела и легко коснитесь ее. Ориентировочные значения мощности, подаваемые на каждый вид излучателя смотри… 3. При использовании для процедур наружных излучателей обработать поверхность… 4. Пациенту необходимо снять все металлические предметы, находящиеся в области воздействия.

Особенности лечебного воздействия новых излучателей

Облегающий излучатель используется при дистрофических заболеваниях крупных суставов, шейного отдела, боковых отделов грудной клетки с целью более объемного воздействия на патологические изменения.

Лечебное воздействие на придаточные пазухи носа полостным излучателем Д=2 мм производится под контролем врача-отоларинголога. На придаточные пазухи носа допускается воздействие мощностью 1-3 Вт. = 5-10 мин, курс лечения 10 процедур.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25

 

Тема: «ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ТКАНИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ. АППАРАТ «АЛИМП-1»

 

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ.В лечебных и диагностических целях в медицине часто используются магнитные поля. В связи с этим будущий врач должен знать установки, генерирующие магнитные поля и процессы, происходящие в организме при их действии.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Понятие магнитного поля. Свойства поля.

2. Источники магнитного поля.

3. Физические характеристики магнитного поля.

4. Разновидности магнитного поля.

5. Механизмы действия магнитного поля на биологические объекты.

6. Диагностическое и лечебное применение магнитного поля в медицине.

7. Аппарат «Алимп-1»: принцип действия и порядок работы с ним.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

  Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется… Магнитное поле обладает свойствами:

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Дайте понятие магнитного поля. 2. Дайте понятие магнитной индукции. Единицы измерения. 3. Что называют напряженностью магнитного поля?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2. Установите соленоидные устройства в соответствии с назначением врача. 3. Установите переключатель «ИНТЕНСИВНОСТЬ» в положение 100% или 30% (в… 4. Установите переключатель «ЧАСТОТА ИМПУЛЬСОВ» в положение 10 Гц или 100 Гц (в соответствии с назначением врача).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 26

 

Тема: «ИЗУЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ»

МОТИВАЦИЯ ЦЕЛИ. В связи с особенностью физиологических систем и сложностью их изучения в настоящее время широко используются модели, позволяющие отображать различные условия регулирования деятельности органа и системы.

 

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ.МК-61, инструкция к МК-61.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Порядок работы с микрокалькулятором МК-61 в ручном и автоматическом режимах.

2. Основные принципы моделирования.

3. Модели кровообращения.

 

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Можно построить простейшую физическую модель сердечно-сосудистой системы, т.е. воспроизвести ее параметры функционирования, которые помогут понять… Артериальный резервуар включает аорту и другие крупные сосуды артериального… Венозный резервуар – крупные сосуды венозного русла. Оба резервуара считают упругими и эластичными. Из венозного в…

Рис. 1.

 

После окончания систолы сосуды вследствие упругости стенки сокращаются, перегоняя кровь через периферические сосуды в венозный резервуар. Пусть P_A - артериальное давление, P_B - венозное давление, V_A и V_B - объемы соответствующих резервуаров.

Предположим, что объемы резервуаров прямо пропорциональны давлениям внутри них, что справедливо для широкого класса состояний организма в норме и патологии.

,

где:

C_A и C_B - коэффициенты, характеризующие эластичность стенок резервуаров.

Тогда объем крови, протекающий за одно сокращение сердечной мышцы из артериального в венозный резервуар через переферические сосуды равен:

(закон Пуазейля),

где:

Q_AB - ударный объем выбрасываемой крови;

R - общее переферическое сопротивление сосудов (ОПС).

ЗАКОН СТАРЛИНГА.Ударный объем крови, перегоняемый сердцем из венозного в артериальный резервуар, пропорционален величине давления в венах (P_B), так называемому венозному подпору, т.е.

где:

b - коэффициент слабости сердца. Увеличение b приводит к уменьшению ударного объема крови при неизменном венозном подпоре.

Считаем объем циркулирующей в организме крови величиной постоянной,

Если рассматриваемый процесс считать равновесным, т.е. не изменяющимся в течение времени, то:

В результате мы получаем систему из пяти уравнений, связывающих между собой показатели функции сердечно-сосудистой системы Q, P_А, P_B, с некоторыми ее параметрами: С_A, C_B, R, V₀, и b.

 

ДАННАЯ

СИСТЕМА

(*)

ЯВЛЯЕТСЯ

МАТЕМАТИЧЕСКОЙ

МОДЕЛЬЮ

СИСТЕМЫ

КРОВООБРАЩЕНИЯ

 

 

Решив систему (*) относительно Q и внутренних давлений P_A и P_B получим:

(1)

(2)

(3)

Физиологически важной функцией кровообращения является мощность сердца:

(**)

 

ЗАДАНИЕ № 1. Воспользовавшись предлагаемой программой для
МК-61, рассчитать зависимости ударного объема выбрасываемой крови Q=f(b) и мощности сердца N=f(b) от коэффициента слабости сердечной мышцы b, давая ему соответственно значения b=(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)∙10⁶ Па∙с/м³.

Принять общий объем крови V = 4 л. Сопротивление току крови R на различных участках сосудистой системы различно. Оно зависит от общего просвета и числа сосудов в разветвлении. В среднем R можно принять равным 2∙10⁸ Па∙с/м³; коэффициенты эластичности артериального и венозного резервуаров, соответственно, можно принять равными:

C_A=10^-7 м³/Па; C_B=10 ^-5 м³/Па.

 

ЗАДАНИЕ № 2. Выполнить задание № 1, приняв общий объем крови

V = 5 л.

 

ЗАДАНИЕ № 3. На миллиметровой бумаге построить графики зависимости Q = f(b) и N = f¢(b).

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

2. Где используются модели? 3. Назовите основные разновидности моделей. 4. Что такое математическое моделирование?

ПЛАН ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ПРИМЕЧАНИЕ

Все величины должны вводиться в системе СИ; числа, записанные в виде: 10⁵; 3∙10^-6 и.т.д., надо вводить, пользуясь клавишей ВП (ввод порядка). Например, для ввода числа 3∙10^-6 надо нажать клавиши: [3] [ВП] [/–/] [6]. На экране калькулятора появится: слева - 3, справа - 06 .

ПРИЛОЖЕНИЕ

Программа для одновременного расчета ударного объема крови
и мощности сердца

№ команды	Команда	Код
	х®П0
	х®П 3
	С/П
	х®П 1
	С/П
	х®П 2
	С/П
	х®П 4
	С/П
	х®П 5
	П®х 4
	П®х 1
	П®х 0
	+
	´
	П®х 5
	П®х 0
	´
	+
	П®х 2
	«
	¸
	С/П
	Fх2
	П®х 1
	П®х 0
	±
	´
	С/П
	П®х 0
	П®х 3
	+
	х®П0
	БП

 

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ
ЗНАЧЕНИЕ	ЯЧЕЙКА ПАМЯТИ
b	П0, П3
R	П1
V	П2
CA	П4
CB	П5

 

Перечень экзаменационных вопросов

2. Механические волны. Уравнение волны. Поток энергии и интенсивность волны. Эффект Допплера и его использование для медико-биологических… 3. Акустика. Физические характеристики звука. Характеристики слухового… 4. Ультразвук. Источники и приемники ультразвука. Особенности распространения ультразвуковых волн. Применение…

Литература

 

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. Изд.3-е, испр. - М.: Высшая школа, 1999.

2. Антонов В.Ф., Черныш A.M., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Биофизика. - М.: Владос, 2000.

3. Эссаулова И.А., Блохина М.Е., Гонцов Л.Д. / Под ред. А.Н. Ремизова: Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике. - М.: Высшая школа, 1987.

4. Антонов В.Ф., Черныш A.M., Пасечник В.И., Вознесенский С.А., Козлова Е.К. Практикум по биофизике. - М.: Владос, 2000.

5. Ремизов А.Н., Исакова Н.Х., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике. - М.: Высшая школа, 1987.

6. Чепель В.Ф. Физика биополимеров. - Барнаул, 1997.

 

 

Издательство Курского государственного медицинского университета

305041, г. Курск, ул. К. Маркса, 3.

 

Лицензия ЛР № 020862 от 30.04.99 г.

Тираж 300 экз.

 

Отпечатано в типографии КГМУ.

305041, г. Курск, ул. К. Маркса, 3.

 

Заказ № 59.