- •Содержание
- •Предисловие
- •Методические указания
- •Глава 1 «математическая обработка экспериментальных данных»
- •Виды измерений
- •Погрешности измерения
- •Вычисление случайных погрешностей прямых измерений
- •Вычисление систематических погрешностей
- •Суммарная ошибка прямых измерений
- •Погрешности косвенных измерений
- •Запись результатов измерений
- •Практическая часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 2 изучение законов постоянного тока и действие его на организм
- •Теоретическая часть
- •Часть I. Удельное сопротивление проводника
- •Часть II. Действие постоянного тока на организм Первичное действие постоянного тока на биологические ткани
- •Действие электрического тока на организм человека
- •Гальванизация
- •Электрофорез
- •Правила проведения лечебных электропроцедур
- •Практическая часть
- •Часть I. Определение удельного сопротивления металлического проводника
- •Порядок выполнения работы (часть 1)
- •Часть II. Измерение пороговой плотности тока
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Глава 2 «акустика»
- •Лабораторная работа № 3
- •Звуковые колебания, ультразвук
- •И их использование в медицине
- •Теоретическая часть Уравнение плоской волны и ее характеристики
- •Звуковые колебания и волны
- •Стоячая волна
- •Определение длины звуковой волны
- •Применение звука в медицине
- •Действие ультразвука (уз) на вещество и на ткани организма
- •Механическое действие
- •Тепловое действие
- •Химическое действие
- •Биологические эффекты, вызываемые ультразвуковыми волнами
- •Методы диагностики и методы лечения Ультразвуковая диагностика
- •Ультразвуковая терапия
- •Практическая часть
- •Часть 1. Определение частоты звуковых колебаний
- •Порядок выполнения работы (часть 1)
- •Часть 2. Изучение режимов работы аппарата «узт -1,01ф» Описание аппарата «узт-1,01ф»
- •Порядок выполнения работы (часть 2)
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 4 снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости
- •Теоретическая часть Виды звуков
- •Физические характеристики звука
- •Физиологические характеристики звука
- •Кривые равной громкости
- •Аудиометрия
- •Строение уха
- •Физика слуха
- •Практическая часть Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Глава 3 «строение и свойства жидкостей» лабораторная работа № 5 определение вязкости жидкости методом стокса
- •Теоретическая часть
- •Практическая часть Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Ньютоновские и неньютоновские жидкости
- •Кровь – неньютоновская жидкость
- •Режимы течения крови
- •Гемодинамические показатели
- •Формула Пуазейля
- •Практическая часть Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Поверхностное натяжение некоторых жидкостей на границе с воздухом
- •Давление Лапласа
- •Капиллярные явления
- •Практическая часть Теория метода и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Использованная и рекомендуемая литература
- •Глава 4 «магнитное поле,
- •Теоретическая часть
- •Магнитные свойства тканей организма. Физические основы магнитотерапии и магнитокардиографии.
- •Практическая часть Изучение магнитного поля соленоида с помощью магнитометра.
- •Исследование магнитного поля постоянного магнита.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Лабораторная работа № 9 исследование магнитного поля индуктора икв-4 и его действия на модельную систему
- •Теоретическая часть Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция.
- •Вихревые токи. Физические основы индуктотермии.
- •Практическая часть Изучение аппарата для индуктотермии икв-4 и подготовка его к работе.
- •Измерение индукции магнитного поля вблизи индуктора икв-4.
- •Изучение действия аппарата икв-4 на модельную систему.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая и рекомендуемая литература
- •Дополнительная литература
- •Заключение
- •Расчетные формулы и формулы погрешностей:
- •Результаты измерений:
- •Результаты вычислений:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 2 изучение законов постоянного тока и действие его на организм
- •Результаты измерений и вычислений:
- •Часть 1. Определение удельного сопротивления проволоки
- •Часть 2. Определение пороговой плотности электрического тока
- •Образец отчета по лабораторной работе № 3 звуковые колебания, ультразвук и их использование в медицине
- •Выводы по первой и второй частям работы:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 4
- •Снятие спектральной характеристики
- •Уха на пороге слышимости
- •Обеспечивающие средства:
- •Результаты измерений и вычислений:
- •6. Вывод: образец отчета по лабораторной работе № 5 определение вязкости жидкости методом стокса
- •Обеспечивающие средства:
- •Расчетные формулы и формулы погрешностей:
- •Образец отчета по лабораторной работе № 6 определение вязкости жидкости вискозиметром оствальда
- •Образец отчета по лабораторной работе № 7 определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом капель
- •Образец отчета по лабораторной работе № 8 исследование магнитного поля постоянного магнита
- •Образец отчета по лабораторной работе № 9 исследование магнитного поля индуктора икв-4 и его действия на модельную систему
- •7. Вывод:
Используемая и рекомендуемая литература
Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко.- М.: Дрофа, 2003. - 558 с. (§ 13.1 стр.251-254; § 13.4 стр.258-256; § 13.5 стр.264-265)
Джерри, Мерион Б. Общая физика с биологическими примерами / Мерион Б. Джерри. - М.: Высш. шк., 1986. - 623 с. (§ 12.1 - § 12.2 стр.287-292; § 12.6 стр.305-309)
Биофизика / Под ред. В.Ф. Антонова. - М.: Владос, 2003. - 287 с. (§ 51 стр.263-268)
Дополнительная литература
Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике/ Под ред. Кудрявцева В.А. - Киров: КГМА, 1999.-278с. (часть III стр.183-196)
Савельев И.В. Курс общей физики. Электричество и магнетизм./ М.: Наука, 1978. - 480 с. § 39 - § 40 стр.108-111; § 57 - § 59 стр.158-174)
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество./ М.: Наука, 1983. - 688с. (§ 49 стр.213-218; § 52 стр.226-229)
Лабораторная работа № 9 исследование магнитного поля индуктора икв-4 и его действия на модельную систему
Цель работы: ознакомление с методикой измерения магнитной индукции магнитного поля, овладение практическими навыками при работе с аппаратом для индуктотермии ИКВ-4, изучение его действия на модельную систему.
Задачи работы: 1) получение практических навыков при работе с аппаратом для индуктотермии ИКВ-4; 2) измерение индукции магнитного поля вблизи индуктора ИКВ-4; 3) определение мощности поглощаемой электромагнитной энергии.
Обеспечивающие средства: аппарат для индуктотермии коротковолновой ИКВ-4, магнитометр (блок питания, микроамперметр, датчик магнитного поля), две пробирки с физиологическим раствором и дистиллированной водой, два спиртовых термометра.
Теоретическая часть Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция.
Открытое в 1831 году Фарадеем явление электромагнитной индукции состоит в том, что в любом замкнутом контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электродвижущая сила , величина которой пропорциональна скорости изменения магнитного потока:
= - (1)
Соотношение (1) называется законом Фарадея-Максвелла для электромагнитной индукции.
Магнитный поток Φ - это физическая величина, численно равная количеству линий магнитной индукции, пронизывающих контур. В случае однородного магнитного поля:
Φ = B · S · cos α , (2)
где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором магнитной индукции В и нормалью n (перпендикуляром) к плоскости контура (рис.1). Направление нормали n и выбранное положительное напpавление обхода контуpа l связаны правилом правого винта. Определение магнитного потока нетрудно обобщить на случай неоднородного магнитного поля и неплоского контура. Единица магнитного потока Ф в системе СИ называется вебером (Вб). Магнитный поток, равный 1 Вб, создается магнитным полем с индукцией 1 Тл, пронизывающим по направлению нормали плоский контур площадью 1 м2: 1 Вб = 1Тл·м2.
Рис. 1
В проводящем контуре существование ЭДС индукции приводит к появлению индукционного тока Iинд. Знак минус в формуле соответствует правилу Ленца, согласно которому направление индукционного тока всегда таково, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Рис. 2 иллюстрирует правило Ленца на примере неподвижного проводящего контура, который находится в однородном магнитном поле, модуль индукции В которого увеличивается за время ∆t на величину ∆В. В этом примере > 0, а < 0. Индукционный ток Iинд течет навстречу выбранному положительному направлению обхода контура l. Здесь Винд - индукция магнитного поля индукционного тока Iинд. При увеличении магнитного потока ( > 0) вектора В и Винд направлены противоположно друг другу, при уменьшении магнитного потока ( < 0) - в одну сторону. Правило Ленца имеет глубокий физический смысл – оно выражает закон сохранения энергии.
Рис.2
Изменение магнитного потока через контур, вызывающее появление ЭДС индукции, может происходить как за счет изменения магнитного поля, так и за счет изменения ориентации и формы контура.
В тех случаях, когда магнитное поле не изменяется во времени, а магнитный поток через контур изменяется из-за движения проводников контура в магнитном поле (изменения площади контура S), причиной возникновения ЭДС индукции является сила Лоренца, которая действует на движущиеся в магнитном поле свободные заряды (электроны) проводника.
Если изменение магнитного потока через контур связано с изменением магнитного поля, то причина возникновения ЭДС индукции иная. Т.к. движущихся проводников в данном случае нет, то сила Лоренца уже не может быть ответственной за возникновение ЭДС индукции. Свободные заряды (электроны) в неподвижном проводнике могут приводиться в движение только электрическим полем. Это электрическое поле порождается изменяющимся во времени магнитным полем. Работа этого поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому контуру равна ЭДС индукции в неподвижном проводнике. Следовательно, электрическое поле, порожденное изменяющимся магнитным полем, не является потенциальным. Его называют вихревым электрическим полем. Это поле инициирует появление замкнутых электрических (вихревых) токов в массивных проводниках. Явление электромагнитной индукции в неподвижных проводниках, возникающее при изменении окружающего магнитного поля, также описывается формулой (1).
Таким образом, явления индукции в движущихся и неподвижных проводниках протекают одинаково, но физическая причина возникновения индукционного тока оказывается в этих двух случаях различной: в случае движущихся проводников ЭДС индукции обусловлена силой Лоренца; в случае неподвижных проводников ЭДС индукции является следствием действия на свободные заряды проводника вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.
Если по катушке (соленоиду) идет пepeмeнный ток, то магнитный поток, пронизывающий катушку, меняется. Поэтому возникает ЭДС индукции в том же самом проводнике, по которому идет ток. Это явление называют самоиндукцией. При самоиндукции проводящий контур играет двоякую роль: по нему протекает ток, создающий переменное магнитное поле, и в нем же возникает ЭДС индукции. Самоиндукция является частным случаем электромагнитной индукции.
Явление самоиндукции подобно явлению инерции в механике. За счет самоиндукции при замыкании цепи сила тока не сразу приобретает определенное значение, а нарастает постепенно. Выключая источник, мы прекращаем ток сразу. Самоиндукция его поддерживает некоторое время, несмотря на сопротивление цепи.
Модуль B вектора индукции магнитного поля, создаваемого током, пропорционален силе тока. Так как магнитный поток Ф пропорционален В, то
Ф = L·I , (3)
где L - индуктивность контура. Это физическая величина, числено равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1 А за 1 с. Индуктивность зависит от числа витков, размеров, формы и сердечника катушки. Измеряется в генри (Гн).
Используя закон электромагнитной индукции (1) и формулу (3) для постоянной индуктивности контура, получаем равенство:
= -L· (4)