физика 1-49

1 Гармонические колебания. Скорость и ускорение гармонических колебаний. Энергия гармонических колебаний.

Колебательный процесс – процесс, повторяющийся во времени (биение сердца, дыхание, кровоток, смена дня и ночи, времён года)

Асцеляторы – всё, что может совершать колебания (листок, пружинный маятник, е вокруг ядра, сердце)

Устойчивые состояние – все колебания, процессы, не меняющие частоту колебаний.

Устойчивые колебания – асцеляторы меняют частоту колебаний.

Гармонические колебания – колебания, совершающиеся по законам sin или cos.

1. Математический маятник. На него действуют силы (векторы): T ( сила натяжения нити длиной l = 2п*корень(l/g) ), F (квазиупругая сила = -kx), mg (сила притяжения)

2. Пружинный маятник. На него действуют Fупр = -kx

Уравнения, подчиняющие уравнения колебаний математического и пружинного маятника з-нам sin и cos:

x = Ao*sin(Wo*t+фи0)

x = Ao*cos(Wo*t+фи0)

x – мгновенное отклонение асцелятора от положения равновесия

Ao – const, максимальное отклонения асцелятора от положения равновесия

Wo – собственная частота асцелятора

фи0 – начальная фаза

Wo*t+фи0 – просто фаза

Часто гармонические колебания представляют в векторной форме или в виде вращения вектора. Для того, чтобы определить гармонические колебания в виде векторной формы, надо отложить модуль вектора, длину вектора, начальный угол с осью координат фи0, скорость вращения вектора W0

Скорость является первой производной от координаты по времени, величина численноа равная S, которое проходит тело за 1 ед. времени. V = x*1/t = A*W*cos(Wt+фи0) = Vo*cos(Wt+фи0) – уравнение скорости

Vo = W*A – амплитуда скорости

Ускорение – производная от скорости по времени: a = V*1/t = -A*W^2*sin(Wt+фи0) = a0*sin(Wt+фи0) – уравнение ускорения.

a0 = A*W^2 – амплитуда ускорения

Vo – в момент прохождения положения равновесия

Энергия гармонического колебания.

Рассмотрим колебания груза на пружине.

m – масса груза

k – коэффициент упругости пружины

РИСУНОК

Если пружину растянуть или сжать на величину x, то пружина запасается потенциальной энергией деформации:

Eп = k*x^2/2

x0 = A – амплитуда колебаний

т.к. x = x0*sin(Wt+фи0) – уравнение гармонических колебаний =>

Eп = 1/2k*A^2*sin^2(Wo*t+фи0) – уравнение потенциальной энергии в любой момент времени.

Кинетическая энергия определяется соотношением: Eк = m*Vmax^2/2, т.к. скорость – это производная координат по времени =>

V = x0*W*cos(Wo*t+фи0) – уравнение скорости. И тогда x0*W = Vmax – амплитуда скорости

Eк = 1/2m*A^2*Wo^2*cos^2(Wo*t+фи0)

m*Wo^2 = k, т.к. T = 2п*корень(m/k) – период колебаний. T = 2п/Wo = 1/Ню

Eк = 1/2k*A^2*cos^2(Wo*t+фи0) – уравнение кинетической энергии

Полная энергия колебаний E = Eк + Eп = 1/2k*A^2*sin^2(Wo*t+фи0) + 1/2k*A^2*cos^2(Wo*t+фи0) = 1/2k*A^2

E полная = 1/2k*x0^2

4 Сложное колебание и его гармонический спектр.

Материальная точка может одновременно участвовать в нескольких колебаниях, что приводит к сложным формам колебаний

Для практических целей бывает необходимо разложить сложное колебание на простые, обычно гармонические колебания. Фурье показал, что периодическая функция любой сложности может быть представлена в виде суммы гармонических функций частоты которых кратны частоте сложной периодической фукции. Такое разложение периодической функции на гармонические колебания (механические, элетрические и др) называется гармоническим анализом. Существуют математические выражения, которые позволяют найти состовляющие гармонических функний. Анализ осуществляется анализаторами. Совокупность гармонических колебаний, на которые разложено сложное, называется гармоническим снектром. Его представляют как набор частот отдельных гармоник с соответствующимиамплитудами.

6 Интерференция волн в упругой среде.Интерференцией называется сложение волн, при котором происходит постоянное распределение амплитуды в пространстве. Интерференция волны возможна при постоянной разности фаз и одинаковой частоте (когерентность волн)

дельтаd - разность хода двух волн (от источников S1 и S2).Если разность хода двух волн равна целому числу длин волн,то при их встрече в точке А волны встретятся гребень с гребнем, впадина с впадиной и произойдет усиление волн(условие максимума)- max:!дельта.d=k*лямда!. Если разность хода равна нечетному числу,то при встрече встретятся гребень с впадиной и волны погасят друг друга.(min. !дельтаd=(2k+1)*лямда/2! - условие минимума.Т. е. при интерференции в некотором месте пространства от сложения двух когерентных волн будут чередоваться максимумы и минимумы. Вмаксимумах состредоточится вся энергия. В минимумах она просто не попадет. В максимумах от сложения волн амплитудами A1 и Аз будет А=А1+А2. В минимуме А'=А1-А2.

БИЛЕТ 8, ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. ЕГО МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.Эффектом Доплера называется изменение волн, воспринимаемых наблюдателем, вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя. Если Vи -скорость движения источника волн,Vн -скорость движения наблюдателя,V-скорость распространения волны. Длина волны, скорость и частота связаны соответствием: !длина волны=V/ню!, то частота, воспринимаемая наблюдателем, при сближении с источником волн: !Ню'=(V+Vн/V-Vн)*Ню!, т е.она ,бльше испускаемой. При удалении источника от наблюдателя:Ню''=V-Vн/V+Vи*НЮ воспринимаемая частота меньше испускаемой. Это свойство нашло применение в медико-биологических исследованиях. Например, для определения скорости течения крови, скорости движения клапанов и стенок сердца.

Ультразвуковая волна частотой НЮr и скоростью V направляется на двнжущийся объект воспринимается технической системой( приемником). Приемник принимает из-за эффекта Доплера уже другую частоту !

Ню пр=V+Vo/V-Vo*НЮr так как скорость ультразвука V>>Vo. (скорость движения исследуемого объекта, то !Ню2=2Vo*НЮi/V! -доплеровскии сдвиг частоты.

9 Виды звука. Физические характеристики звуков. Звук - механические волны, распространяюищеся в упругой среде частотой от 20-20000Гц. Принято различать:1)тоны или музыкальные звуки 2)шумы; 3)звуковые удары Тон-звук, являющиеся периодическим процессом. Если он гармонический (изменяется по закону синуса или косинуса), то он называется простым (чистым). Характеристика звука: а) частотаб) высота тона, зависящая от частотыв) громкость - субъективная характеристика звука, . зависящая от интенсивности (I),порога слышимости и частоты тока. • Сложный тон можно разложить на простые.

Наименьшая частота является основной Vо (амплитуда ее наибольшая). Остальные гармоники имеют частоты кратные основной. Дальше график зависимости. по горизонтали t,вертик А

По мере возрастание частоты амплитуда убывает. Набор частот с указанием - их относительной интенсивности (амплитуды -А) называется гармоническим сектором сложного тока, он линейчатый.

Шум- звук, со сложной,неповторяющейся временной зависимостью.эвуковой удар – кратковременные звуковые воздействия - хлопок, взрыв. Энергетической характеристикой является интенсивность - Вектора УмоваI(стрелка вектора)= (Wв2*р*Ав2/2)*U(стрелка вектора) w-частота волныр - плотностьь средыА - амплитуда волныV - скорость

10 Характеристика слухового опущения и их связь с физическими характеристками звука. Звуковые измерения. Звук является объектом звуковых ощущений Воспринимая тоны, человек ощущает их по высоте.Высота - субъективная характеристика частотой сеновногоТона (в основном). Высота зависит от сложности тона и его интенсивности.Звук большей интенсивности воспринимается как наиболее низкого тона.Тембр определяется исключительно спектральным составом (набором гармоник) Громкость- характеризует уровень слухового ощущения. Путем сравнения •слухового ощущения от двух источников громкости может быть оценен.психофизический закон Вебера-Фехнера, если увеличивать уровень раздражения ( ингенсивность-I) в n раз, то ощущение этого раздражения(громкость-Е) возрастает на n ,т.е на одинаковую величину. Математически это значит:Е=k*lg*I/Io k-коэффицент пропорциональности зависит от частоты и интенсивности.Условно считают, что на частоту 1000 Гц шкалы громкости и интенсивности совпадают E=10lg*I/Io. При этом уровень интенсивности измеряется в децибелах(дБ), а уровень громкости в фонах. На других частотах громкость измеряют, сравнивая исследуемый звук со звуком частотой 1000 Гц. Изменяют интенсивность при следующих частотах (20,50,100,200, 400...Гц), до тех пор, пока не возникнет слуховое ощущение аналогично слуховому ощущению при 1000Гц. Построение кривой равной громкости (рис 8.4 с 134- Ремизов) наоснавание данных людей с нормальным слухом.

Нижняя кривая - порог слышимости для разных интенсивности и частот. Каждая промежуточная кривая с одинаковой громкостью, но I и V(ню,частотой). Метод измерения остроты слуха называется в медицине аудиметрией. На специальном приборе определяют коры слухового ощущения на разных частотах. Сравнивая аудиаграмму больного человека, с нормальной кривой порога слухового ощущения, можно судить о потере слуха человека.

11 Физические основы работы аппарата слуха человека.

Слуховая система связывает непосредственно приёмник звуковой волны с головным мозгом, она получает, преобразовывает и передаёт информацию.

Она состоит из:

1) наружного уха

2) среднего уха;

3) внутреннего уха

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода.

С помощью ушной раковины, на которой дифрагируют звуковые волны - т.е. огибают её, человек научился определять направление звука (откуда он). В зависимости от разности фаз (т.к. разность хода возникает из-за разного расстояния источника звуковых волн до одного и другого уха) волны дошедшие от одного и другого уха и определяется направление на источник звука. (2) Из наружного уха звук попадает в среднее ухо, существенная часть которой является барабанной перепонкой, способная совершать колебания в диапазоне звуковых частот (20-20000 Гц). На нее действует звуковое давление (р1), обуславливающее силу звукового давления (F1)

F1=P1*S1

S-плошадь барабанной перепонки.

На овальное окно внутреннего уха действует сила F2=P2*S2

Р2 - звуковое давление в жидкой среде

Среднее ухо увеличивает в 26 раз (или на 26 дБ) давление, передаваемое из внешней среды внутреннему уху. Кроме того, при звуке большой интенсивности, среднее ухо ослабляет его при передаче внутреннему уху.

Барабанная перепонка вступает в резонанс с частотой поступающей к ней звуковой волны. Она обладает частотно-избирательными свойствами. Во внутреннем ухе происходит: колебание мембраны овального окна - сложные колебания основной мембраны - раздражение волосовых клеток (рецепторы) - генерация электрического сигнала, поступающего в мозг.

12 Ультразвук. Применение и источники ультразвука. Действие ультразвука на тканиорганизма. Использование ультразвука в медицине.Ультразвк – механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвка 10^9 – 10^10 Гц. Для генерации ультразвука применяют устройства УЗ-излучатели – электро-механические излучатели. Они основаны на явлении обратного пьезоэффека под действием электрического поля некоторые кристаллы (кварцы, сегнетова соль, керамика на основе титана, бария и др.) деформируются. На пластинку с хорошо выраженным пьезоэффектом подаётся переменное напряжение с частотой, подобранной для данного материала определённой толщины. Пластинка, вступившая в резонанс с внешним напряжением, начинает колебаться с той же частотой, в пространстве узлучается УЗ-волна данной частоты.Применени УЗ создаётся уже на основе пьезоэффекта – возникновение напряжения при деформации кристалла, которое может быть измерено.Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения. Отражение УЗ на границе раздела двух сред зависит от соотношения волновых сопротивлений. УЗ-волны хорошо отражаются от границы мышцы-надкостница-кость, поверхности полых органов и т.д., поэтому можно определить расположение и размеры неоднородных включений полостей внутренних органов и т.д.Скорость УЗ-волн и их поглощение зависит от состояния среды (УЗ используют для изучения молекулярных свойств вещества).При воздействии УЗ на биологические ткани возникают: микровибрации на клеточном уровне, разрушение био-макро-молекул. Перестройка и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран; тепловое действие; разрушение клеток и микроорганизмов.Ультразвук в медицине используется в диагностике, либо как метод воздействия на ткани.

13Внутреннее трение в жидкости. Уравнение Ньютона. Ньютоновская и неньютоновская жидкость. При течении жидкости отдельные слои жидкости воздействуют друг на друга с силами, касательными к слоям. Это явление называется внутренним трением или вязкостью. Эту силу можно рассчитать используя уравнение Ньютона. Fтр = этта*S*dv/dz Где этта - коэффициент вязкостиS- площадь соприкасающихся слоёв жидкости; dV/dz - градиент скорости -изменение скорости между соседними слоями жидкости в направлении, перпендикулярном скорости.Этта Fтр/(S*dV/dx) - величина, численно равная силе внутреннего трения, с которой взаимодействуют 2 слоя жидкости в единице площади при единичном градиенте скорости.Жидкости, для которых коэффициент вязкости "этта" не зависит от градиента скорости, называются Ньютоновскими, они подчиняются уравнению Ньютона. Жидкости, не подчиняющиеся уравнению Ньютона - неньютоновские. У них коэффициент вязкости завистит от градиента скорости. Их вязкость больше вязкости ньютоновской жидкости, т.е. при течении этих жидкостей работа внешних сил затрачивается не только на преодоление ньютоновской вязкости, но и на разрушение

18 Электрический диполь и его поле

Диполь – система двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов (+q и -q), расположенных на расстоянии l (плечо) друг от друга

Основная характеристика диполя – электрический момент диполя p(->) = q*l(->), принять, что это вектор направлен от –q к +q. Измеряется [p] = Кл*м.

В однородном электрическом поле на диполь действует вращающий момент мю(->) = p*(E->), он зависит от величины p(->), ориентации диполя в поле напряжённости поля E(->)

Диполь сам создаёт электрическое поле

_{, если предположить, что предположить, что диполь точечный.}

_{Т.е. l<<r, то r1<r; r1*r = r^2; (r-r1) = p*cos альфа}

_Тогда

Если взять 2 равноудалённые от диполя точки, то разность потенциалов между ними:

Если поместить диполь в центр в равносторонних треугольников, и тогда

47. Биофизические основы действия ионизирующего излучения на организм. Использование ионизирующего излучения и радионуклеотидов в медицине.1) При взаимодействии вода ионизируется => образуются хим. активные радикалы => образуется H2O2, OH- - химически активные радикалы и ионы, вступают в химическую реакцию с веществом клетки => серъёзные заболевания. Изотопы, излучающие излучение – радионуклеотиды. Одни изотопы стабильны, другие нет. Химически они неразличимы, а физически – да. Использование в медицине: Фиксируют нестабильные изотопы. Для определения заболеваний щитовидной железы человеку вводят радиоактивный J и наблюдают за активностью щитовидной железы. Аналогично наблюдают за работой почек. 2) Лечение – локальное воздействие на опухоли. Воздействие ионизирующим излучением радионуклеотидов Co. Важно, что альфа-частица хорошо взаимодействует с веществом, у бета – меньше заряд и масса => взаимодействие с веществом в меньшей степени. Гамма – излучение – э/м волна => степень ионизации различна. Всё ионизирующее вещество переносит ограниченную E.

22Импенданс тканей организма. Эквивалентная Электрическая схема. Оценка жизнеспособности тканей и органов но частотной зависимости к углу сдвига фаз.Ткани организма проводят как постоянный так и переменный ток. Биологическая мембрана а значит и весь организм обладает емкостным сопротивлением, т.к. обладают емкостью, т.е. способнынакапливать заряд. При пропускании через живые ткани переменного тока наблюдается отставание напряжения от тока. Омические емкостные свойства биологических тканей можно моделировать используя эквивалентные электрические схемы, при любых частотах зависимость сдвига фаз и импенданса от частоты выполняется для схемы

1/Zв2=1/Rв2+1/корень(R1 в2+1/Wв2*Св2)!, где Z-полное сопротивление данной цепи, с - ёмкость. При малых частотах: Z=R2 При больших частотах: Zmin=(R1*R2)/(R1+R2).

Графическое изображение зависимости импенданса живой ткани от частоты переменного тока. Сдвиг фаз между током и напряжением tg фи = R/Xc=RWC (1).

Частотная зависимость сдвига фаз живой ткани. При отмирании ткани натрий-калиевый канал биологических мембран разрушается, цитоплазма клетки (проводник) соединяется с межклеточной жидкостью(проводник) и емкостные свойства ткани уменьшаются, а это значит, что и импенданс (Z) и сдвиг фаз (фи) меньше зависят от частоты. Мёртвая ткань обладает лишь омическим сопротивлением (R), и не зависит от частоты. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импенданса тканей и сдвига фаз называется РЕОГРАФИЕЙ.

37. Чувствительность глаза к цвету и свету.

Сетчатка глаза состоит из нескольких слоев и не одинакова по своей толщине и чувствительности к свету, в ней находятся светочувствительные зрительные клетки, периферические концы которых имеют различную форму, Продолговатые окончания называются палочками, конусообразные -колбочками. Длина палочек (63-81)*10^(-6)м, диаметр - около 106 мкм; для колбочек длина 35 мкм, диаметр(5-6)мкм. На сетчатке глаза человека расположено около 130млн. палочек и 7млн колбочек. В месте вхождения зрительного нерва находится не чувствительное к свету слепое пятно. В середине сетчатки, чуть ближе к височной области, лежит самое чувствительное к свету жёлтое пятно, центральная часть которого имеет диаметр около 0,4мкм. Палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно. Колбочки в основном в центральной части сетчатки, в жёлтом пятне, в центре жёлтого пятна находятся исключительно колбочки; но края сетчатки - только палочки. Палочки более чувствительны к интенсивности света, но не различают цвета. Колбочки различают цвета, они чувствительны к восприятию деталей изображения, поэтому решающую способность глаза обуславливается размещением колбочек на сетчатке. Палочки относятся к аппарату сумеречного и ахроматического зрения, а колбочки - дневного и цветного. Светочувствительность глаза - минимальная яркость, вызывающая зрительное ощущение, светочувствительность изменяется благодаря адаптации глаза(изменение диаметра зрачка; уменьшение количества светочувствительного вещества; экранирование палочек и колбочек темным

пигментом; изменение в зависимости от яркости предмета степени участия палочек и колбочек в возбуждении(светового ощущения

23.Физические процессы в тканях организма под действием электромагнитных высокочастотных токов и полей.Ткани организма представляют собой совокупность проводящих тканей электролитов, и диэлектрических - костная, нервная, сухожилия и др. Если живую ткань поместить в переменное электрическое поле высокой частоты, то в них происходят физические процессы, связанные со смещением ионов проводящих тканях и колебаниях дипольных молекул в электриках.В тканях возникают токи смещения «токи проводимости». При этом в тканях выделяется количество теплоты которое зависит отэлектрической проницаемости (S), удельного сопротивления и частоты колебаний электрического поля. Подбирав соответствующую частоту, можно вызвать выделение теплоты в нужных органах и тканях. В растворах электролитов высокочастотное электрическое поле вызывает токи проводимости, сопровождающиеся выделением количества теплоты:

!Q1=k1*r*E^2! r – удельная электропроводимость тканей; Е – напряженность электрического поля.

В диэлектриках под действием переменного электрического поля происходит переориентация дипольных молекул с частотой колебаний поля. Вращательные колебания молекул в диэлектриках сопровождаются потерями энергии, затрачиваемой на преодоление кулоновских сил притяжения, удерживающих молекулы в равновесном положении – это диэлектрические потери, они зависят от природы диэлектрика и характеризуются велечиной tg «сигма» («сигма» - угол отставания по фазе колебаний молекулы от колебаний электрического поля.

!Q2=k2*сигма* сигма0*ню*Е^2* tg «сигма» ---- количество теплоты, выделяющеесе в диэлектрических тканях под действием переменного электрического поля.

«Ню» - частота колебаний, к – коэффициент пропорциональности.

При «ню»=40,58*10^6 Гц в диэлектриках выделяется большие количества теплоты, чем в электролитах. Но и вращательные колебания молекул диэлектриков при УВЧ-терапии оказывают значительное влияние на физиологическое состояние клетки (осцилляторное действие поля). Все это приводит к активации биохимических и физиологических процессов.

№25 Действие импульсных низкочастотных токов на ткани организма. Электростимуляция. Аккомодация. Диадинамические токи.При низких звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов (в проводящих тканях), их разделением, изменением их концентрации в разных частных клетки и межклеточного пространства.Раздражение зависит от формы импульсного тока (прямоугольная, экспоненциальная, синусоидальная и др.), от длительности и амплитуды импульсов. Электростимуляция - действие на живые ткани импульсным током, который приводит в состояние возбуждения группу клеток в живом организме на определённое время и с определённой повторяемостью. Электрический импульс можно легко дозировать, многократно повторять, его интенсивность можно легко и быстро изменять.Для лечебной электростимуляции используются ритмически повторяющиеся импульсы (частотное раздражение), они подаются в форме посылок различной длительности (серии импульсов), чередующихся с паузами для отдыха тканей; либо биполярные импульсы, которые подаются в непрерывном режиме.При длительном однотипном воздействий ткани перестают возбуждаться, т. к. наступает привыкание (аккомодация). Во избежании аккомодации монополярные импульсы либо подаются сериями, либо периодически, изменяется амплитуда колебаний, форма, частота. Диадинамические токи - токи высокой частоты. Их используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной . дарсонвализации. Это токи с частотой 10 Гц со с слабозатухающими колебаниями, напряжением 100-150 В, силой тока несколько ампер. Сильнее этими токами нагреваются кожа, жир, кости, мышцы, т. к. они имеют большое удельное сопротивление. Меньше - органы богатые кровью и лимфой: легкие, печень, лимфатические узлы. При дарсонвализации силой тока (10-15) 10 А. Токи высокой частоты используют для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют пришивать, «сваривать» ткани (диатермокоагуляцию) или рассекать их (диатермотомия).

24. Импульсный сигнал и его параметры. Изменение формы импульсного сигнала при прохождении им линейных цепей.

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. Переменный ток вызывает раздражающее действие. Раздражающее действие одиночного импульса зависит от его формы (преимущественное значение имеет крутизна нарастания - tg альфа), длительности импульса (t с индексом u) и амплитуды (I с индексом n), которые являются его основными характеристиками.

t u-инд - время между началом и окончанием импульса. In - пороговое значение (амплитуда). При физиологических исследованиях чаще всего применяются импульсы прямоугольной формы.Т.к. живые ткани обладают емкостными свойствами, то при прохождении через них прямоугольных импульсов, импульсы изменяют свою форму.Повторяющиеся импульсы - импульсный ток. Он характеризуется периодом (Т - время между началами соседних импульсов), t u-инд - длительностью импульса, скважностью !Q=T/t u-инд, коэффициентом заполнения !к=1/Q=t u-инд/T!.

а) пусть прямоугольный импульс проходит через основную цепь, !t u-инд>>t=RC!!t=RC! - постоянная времени (время в течение которого при зарядке конденсатора ток зарядки убывает в е=2,7 раз. Дифференцирующая цепь

Тогда Uвх = Uc;

Uвых = U R-инд = I*R I = dq/dt*q = Uc*c I = c*dUc/dt => Uвых = RC*dUвх/dt - направление на выходе. Сигнал на входе

Сигнал на выходе

Интегрирующая цепь

t >> t u-инд; Uвх = U R-инд; Uвых = Uc;

_{Сигнал на входе}

Сигнал на выходе

30 Интерференция света в тонких пленках. Просветление оптики. Интерференционные зеркала.

При попадании света на тонкую прозрачную пленку образуются когерентные волны, одна из которых отразилась от верхней части пленки, а другая - от нижней S.

Альфа = гамма (закон отражения)

1 - падающий луч от источника света 2 – отраженный 3 – преломленный Альфа - угол падения

гамма - угол отражения фи – угол преломления

Для максимумов интерференции в пленке 2dn^2-sin^2α - разность хода волн (2) и (3) равна (2к+1)*лямда/2

Для минимумов: 2dn^2-sin^2α=k*лямда

n - показатель преломления вещества пленки

Это явление используют для просветления оптики. Линзы покрывают тонкой диэлектрической пленкой, толщина которой подбирается таким образом, чтобы пучки света, отраженные от ее верхней и нижней части, встретились в фазе, т.е. d=k*лямда/2n - толщина пленки. Поэтому отраженные от пленки пучки гасят друг друга, в результате свет не отражается от стекла линзы, а весь проходит сквозь нее. Это особенно важно в приборах с большим количеством линз - микроскоп, спектроскоп и др. Изображение рассмотренных предметов при этом более яркое.

Интерференция света используется в интерферометрах для изучения длин волн, небольших расстояний, показателей преломления веществ, определения качества оптических поверхностей. Здесь используется два взаимно перпендикулярных зеркала: свет от источника, падая на одно и другое зеркала, раздваивается, по разности хода лучей, отраженных от зеркал, судят о длине волны, показателях преломления.

32 Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Дифракционная решетка - оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных щелей, равноудаленных друг от друга.

Суммарная ширина щели и штриха (a+b=d) – период решетки.

! d=((a+b)*N)/N=C/N!, где С –ширина решетки, N -число штрихов на ней.

на нем: Л- линза; Р – решетка; Э - экран

Максимумы, которые образуются на экране, после интерференции вторичных волн, идущих от узких щелей, удовлетворяют условию:

!d*sin фи = k*лямбда! - формула дифракционной решетки.

фи - угол дифракции (угол отклонения от прямолинейного направления);

k - порядок спектра;

лямбда - длина волны света, освещающего решетку,

Дифракционные спектры для монохроматического света представляет собой чередование максимумов и минимумов по обе стороны от центрального механизма. Максимумы имеют цвет соответствующей длины света, освещающего решетку.

Если решетку освещать белым светом, то центральный максимум будет белым, а остальные будут представлять собой чередование цветных полос плавно переходящих друг в друга, т. к. sin фи= k*лямбда/d - зависит от длины волны света. D = к/t - угловая дисперсия решетки. R =k*N - разрешающая способность.

33Свет естественный и поляризованный. Закон Малюса.

ОО' - плоскость поляризации анализатора.

Электромагнитную волну длиной от 3,8*10в-7м до 8*10в-7м, в которой вектор напряженности электрического поля Е колеблется во всевозможных плоскостях, называют естественным светом:

|-*-|-*-|-> - условное изображение естественного света.

Волну, в которой E колеблется лишь в одной плоскости, называют поляризованным светом

-*-*-*-*-> - условное изображение поляризованного света.

Плоскость, проходящая через вектор E называется плоскостью поляризации. Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом. В

естественном свете (солнце, лампа, свеча,...) складываются неупорядоченные

излучения множества хаотически ориентированных атомов, поэтому

направление Е не выдерживается в одной плоскости.

Поляризованный свет можно получить различными способами: а) свет

- частично поляризуется при преломлении, пропустив естественный свет через стопу Столетова (стеклянных пластин); б) при отражении от границы двух диэлектриков свет полностью поляризуется, если падает под углом Брюстера !tg алфа с ин.Бр = n1/n2!

в) из кристаллов, обладающих двойным лучепреломлением, делают поляроиды (призма Николя).

Если поляризованный свет интенсивности Ic ин.0 падает, на анализатор (поляроид), то из него выйдет свет с амплитудой напряженности

E=E0*cos фи

Т.к. интенсивность пропорциональна Ев2, то Ео - интенсивность вышедшего света: I=Io *Cos^2 фи - закон Малюса. фи - угол между ОO` и плоскостью поляризации.

36. Оптическая система глаза. Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.

Глаз человека - оптический прибор. Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком (четыре преломляющие поверхности) и ограниченного спереди воздушной средой, сзади - стекловидным телом. Главная оптическая ось (ОО1) проходит через геометрические центры роговицы (I) зрачка (2) и хрусталика (3).

MN - зрительная ось, направление наибольшей светочувствительности

глаза. Для упрощения можно заменить глаз линзой, окруженной воздухом

со стороны пространства предметов(I) n1=1; и жидкостью с показателем

преломления n2 = 7,336 со стороны пространства изображений (II).

Основное преломление происходит на внешней границе роговицы,

оптическая сила которой D1=40днтp, хрусталика - D2 = 20дитр; всего глаза D=D1+D2.

Различно удалённые предметы должны давать на сетчатке одинаково

резкие изображения, этого добиваются тем, что хрусталик может изменить

свой радиус кривизны, т.е. фокусное расстояние. Приспособление глаза к

четкому видению различно удаленных предметов - «наводка на резкость» -

называется аккомодация. 25 см - расстояние до предмета носит название

расстояния наилучшего зрения. Размер изображения зависит от угла зрения

(бета), угла, под которым виден предмет (а он зависит от расстояния до

предмета). бета = В/L, где В - размер предмета, L - расстояние от предмета до

глаза.Разрешающая способность глаза - (наименьший угол зрения) или наименьшие размеры предмета, которые дадут изображения на сетчатке. Бета с ин. min= 1` (одна минута). Bmin = 5*10^(-6)м = 0,005мм.

40 3аконы излучения абсолютно чёрного тела (Стефана - Больцмана, Вина). Формула Планка. Использование термографии в диагностике.

Излучение чёрного тела имеет сплошной спектр. Графически это выглядит для разных температур так:

Существует максимум спектральной светимости, который при повышении

температуры смещается в сторону коротких волн.

По мере нагревания чёрного тела его энергетическая светимость (Re)

увеличивается: Re = опред интеграл от 0 до бескон от Eлямда*dлямда

Стефан и Больцман установили, что Re=сигма*T^4

Сигма = 5,6696*10^-8 Вт/K*м^2 - постоянная Стефана-Больцмана,

T=t+273 - абсолютная (термодинамическая) температура по шкале

Кельвина. Все замечали это на практике, чем выше температура спирали, нагретой печи, тем больше они излучают тепла.

ЛЯМДАmax=b/T - закон смещения Вина. Чем выше температура нагретого тела, тем более короткие волны оно излучает. Это также все замечали - человеческое тело излучает в области невидимых инфракрасных длин волн; чем более нагретым становится тело, тем оно начинает светиться цветом близким к фиолетовому: красное, оранжевое, жёлтое, голубое... Законы Стефана-Больцмана и Вина лежат в основе оптической пирометрии - определения температуры тел по их излучательной способности. Регистрация излучения разных участков поверхности тела и определение их температуры, диагностический метод - термография (воспалительные процессы изменяют местную температуру и по изменению температуры находят место воспаления) Планк получил формулу для спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): Eлямда=2п*h*c^2/лямда^5 * 1/exp[h*c/k*T*лямда-1]

альфа - коэффициент поглощения h - постоянная Планка; С - скорость света в вакууме;

лямда - длина волны; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура.

42 Оптические атомные эмиссионные спектры. Молекулярные спектры. Применение спектрофотометрии в медицине и биологии.

Атомные спектры - спектры испускания (или поглощения), которые возникают при квантовых переходах между уровнями свободных или

слабовзаимодейтвующих атомов. Атомные спектры испускания возникают при переходе атомов возбуждённых (нагреванием, электрическим разрядом, химической реакцией и др.). При переходе атомов с различных возбуждённых энергетических уровней на один и тотже испускаются спектральные серии: серия Леймана (переход на первый энергетический уровень), атом испускает фотоны ультрафиолетовой области; серия Больцмана - переход на 2-ой энергетический уровень - видимый свет; серия Пашена - переход на 3-ий уровень - область инфракрасного излучения. Анализ эмиссионных спектров излучения в поглощения в медицине и биологии служат для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины др.

Молекулярные спектры (испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного энергетического уровня на другой -

полосатые спектры, состоящие из тесно расположенных линий. Сложность их по сравнению с атомным обусловлена большим разнообразием энергетических переходов в молекуле.

Специфичность индивидуальность спектров отдельных молекул лежит в основе качественного и количественного спектрального анализа. Они являются важным источником информации о биологически функциональных молекулах и широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

45 Физические основы рентгенографии

Одно из наиболее важных медицинских применений рентгеновского излучения - просвечивание внутренних органов с диагностической целью (рентгенодинамика).

Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60-120кэВ. При этой энергии шоковый коэффициент ослабления в основном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропорционально третьей степени энергии фотона, в чем проявляется большая проникающая способность жесткого излучения, и пропорционально третий степени атомного номера вещества-поглотителя M=k*лямбда в 3*zв3, k- коэф, пропорциональности.

Существенное различие поглощения рентгеновского излучения разными тканями позволяет в живой проекции видеть изображение внутренних органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгеноскопия-изображение рассматривают на рентгенолюминицирующем экранах; рентгенография изображение фиксируется на фотопленке.

Яркость изображения на фотопленке и время экспозиции зависят от интенсивности рентгеновского излучения.

Интенсивность не может быть большой, чтобы не вызвать нежелательных биологических последствий. Есть технические приспособления, излучающие изображения при малых интенсивностях рентгеновского излучения.

С лечебной целью рентгеновское излучение применяют главным образом для уничтожения злокачественных образований (рентгенотерапия)

Методы рентгеновского излучения:

1. Флюрография

2. Ренгтгенография

3. Гентгеноскопия

4. Рентгеновская томография

48. Поглощенная и экспозиционная дозы, единицы их измерения. Мощность дозы. Эквивалентная доза.

Доза излучения (поглощенная доза излучения) - D-независимо от природы ионизирующего излучения - это отношение энергии переданной телу к массе этого тела !D = W/m! Единицы измерения [D]=Дж/кг=Гр (Грей).

!P = D/t! – мощность дозы излучения. [P]=Гр/сек. 1рад=10в2 Дж/кг - внесистемная единица дозы

Экспозиционная доза излучения.

X – мера ионизации воздуха рентгеновскими и гамма-лучами. [X]=Кл/кг; 1р (ренген) = 2.58*10в-4 (Кл/кг). 1р – доза, при которой в результате полной ионизации 1 куб. см сухого воздуха при н.у. образуется 1 ед. СГСq, т.е. 2,08*10в9 пар ионов в 0,001293 грамм сухого воздуха.

[P]x = dx/dt = Кл/кг*сек = заряду ионов, образовавшихся в 1 кг сухого воздуха за 1 секунду. P/c – единицы мощности экспозиционной дозы.

D = f*x – связь дозы излучения с экспозиционной дозой; f – зависит от рода облучаемого вещества энергии фотонов.

!Х/t = Kгамма*A/r в2! – мощность экспозиционной дозы, где А – активность препарата, r – расстояние до облучаемого тела от радиоактивного препарата. Kгамма – константа, характерная для данного радионуклида. Различные излучения (альфа, бета и гамма) даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разное воздействие.Принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими эффектами гамма – и рентгеновского излучения. Коэффициент К - показывающий во сколько раз эффективность биологического действия данного вида излучения больше, чем рентгеновского или гамма - при одинаковой дозе излучения в тканях называется (ОБЭ) -относительной биологической активностью К=ОБЭ установлена на основе опытных данных: рентгеновские и гамма – 1, медленные нейтроны - З, быстрые нейтроны -7, протоны - 10, альфа –излучение – 20. !Н=К*D! – эквивалентная доза, [Н] – Зв(зиверт); 1БЭР = 10 в-2Зв.

2 Затухающие колебания и декремент затухания. Апериодические колебания.

Свободные колебания (происходящие без внешнего воздействия периодически действующей силы) являются затухающими. График затухающих колебаний имеет вид:

Амплитуда колебаний с каждым разом убывает. Затуханию способствуют силы трения и сопротивления, возникающие в средах. Пусть r-коэффициент трения, характеризующий свойство среды оказывать сопротивление движению. Тогда БЕТТА= r/2m – коэффицент затухания.

Wo= корень(K/m) – циклическая частота собственных колебаний, тогда W^2=Wo^2-БЕТТА^2, где W – циклическая частота затухания колебаний.

Быстрота затухания колебаний определяется коэффициентом затухания. Уравнение затухающих колебаний имеет вид А=Ао*l в степени минус бета*t

Ao – первоначальная амплитуда, А-амплитуда затухающих через время t.

T=2пи/W=2пи/корень(Wo^2-бета^2).

Лямда=lnA(t)/A(t+T)=lnAo*(e в степени минус бета*t)/Ao*e^-бета*(t+T)=ln(e^ бета*t) –логарифмический декрет затухания.

!Лямда=бета*Т!- связь логарифмического декремента затухания с коэффициентом затухания. При сильно затухании колебания становятся апериодическими (если бета^2>Wo^2)

З Вьнужденные колебания. Резонанс.Колебания, происходящие под действием внешней периодической силы, называются вынужденными. Если свободные колебания (под действием лишь вынужденных сил) являются затухающими, то вынужденные колебания незатухающие. Графиком их будет синусоида или косинусоида

Хо=А - амплитуда колебаний (максимальное отклонение от положения равновесия). Т - период (время одного полного колебания) X=Xo*sin омегаt - уравнение колебания. НЮ=1/T - частота колебаний Если частота вынуждающей силы (НЮ1 ) !F= F₀ *sin(2пи*НЮ1*t)! совпадает с частотой собственных колебаний (НЮ),то происходит резкое возрастание амплитуды.Это явление носит название резонанс.

Например, при поuлощении света диэлектриками, поглощаются лишь частоты, вступающие в резонанс с собственными частотами колебаний электронов в атомах. В аппарате УВЧ между электродами пациента возникают электрические поля, когда частота колебательного контура (КТ) совпадают с частотой колебаний в анодной цепи и др.

5 Виды волн в упругой среде. Принцип Гюйгенса. Уравнение упругой волны.Механическая волна - колебания распространяющиеся в пространстве и несущие энергию. Волны бывают: упругие (распространение упругих деформаций), волны на поверхности жидкости. Упругие возникают благодаря связям между частицами среды: перемещение одной частицы от положения равновесия приводит к перемещению соседних частиц.Согласно принципу Гюйгенса - каждая точка, до которой дошла волна, сама является источником вторичных (сферических) волн, а фронт результирующей волны, является результатом интерференции (сложение) вторичных когерентных ( равной частоты) волн.Уравнение волны - это зависимость между смещением колеблющейся точки(у) от координаты вдоль оси X и времени: y=A*cos[w(t-x/ню)] А - амплитуда волны - максимальное отклонение от положения равновесия. W (с хвостиком как у частоты) - циклическая частота, Т-период колебаний, v-скорость волны, ню -частота(Гц).

В упругой среде волны бывают поперечные, когда колебание перпенликулярно скорости; продольные, когда колебание лежит в плоскости скорости: рисунок,похожий на горизонтальную пружину

К поперечным относятся: волны на поверхности воды, электромагнитные и т. д. К продольным: звуквая, волна мышц дождевого червя и др.

7 СТОЯЧИЕ ВОЛНЫРезультатом интерференции волн, идущих навстречу равной амплитудойчастоты, постоянной разности фаз дельтаФИ=пи (т. е. Волны колеблются в противофазе). Расстояние между источниками волн должна быть равной целому числу полуволн: Лямда ст- длина стоячей полуволны.

При этой интерференции образуется волна, у которой каждая точка имеет постоянную амплитуду колебаний, не изменяющуюся с течением времени Амплитуда стоячей волны зависит лишь от расстояния до источника волн. Если бегущие навстречу волны имеют амплитуду А,то стоячие волны в гребне будут иметь амплиттуду А1=2А,а в узле А1=0. 0<=Aст<=2Aточки К, M...-узлы стоячей волны. С, B.. –пучности (гребней) стоячей волны. . Стоячие волны можно получить в шнуре, закрепленном с одного конца.Интерферировать будут волны - одна - бегущая от источника волны, другая отраженная от места закрепления.Стоячие волны легко получить в столбе трубки.

14Течение жидкости в цилиндрических трубах. Формула Гагена-Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.

Течение вязкой жидкости по трубам представляет интерес для медицины, т.к. кровеносная система состоит, в основном, из цилиндрических сосудов разного диаметра. Скорость слоя соприкасающегося со стенками труб = 0; наибольшую скорость имеют частицы движущиеся вдоль оси трубы.

V4>V3>V2>V1 (V-скорость)

Объем жидкости, протекающей через горизонтальную трубу за 1 сек (тетта)

выражается формулой Пуазейля Q = (пR^4/8*этта)*(p2-p1/l)R - радиус трубы

этта - вязкость жидкостиl - длина трубы

Р1и Р2 - давление в начале и концы трубы Р2 > Р1 Из формулы видно, что при прочих равных условиях через трубу проходит тем больше жидкости, чем больше радиус трубы и меньше вязкость жидкости.

Величина x = 2*этта*l/пи*R^4 носит название гидравлического сопротивления. Гидравлического сопротивления тем больше, чем больше вязкость (этта) и длина трубы(l) и меньшая площадь поперечного сечения(S = пи*R^2)

Гидравлическое сопротивление труб соединённых последовательно: x = x1 + x2 + ...Параллельно: 1/x = 1/x1 + 1/x2 + ... => x = (1/x1 + 1/x2 + 1/x3 + ...)^-1

Для труб переменного сечения: Q = (пи*R^4/8*этта)*(dP/dl) Чем шире труба, тем больше давление на стенки и меньше скорость течения жидкости; чем уже труба, тем скорость течения больше, а давление на стенки труб меньше.

15 Ламинарное и турбулентное давление жидкости. Число Рейнольдса.

Ламинарное течение иначе называется слоистым. Увеличение скорости течения вязкой жидкости из-за неоднородности давлений по поперечному сечению трубы создаёт завихрения и движение становится вихревым или турбулентным. При таком течении скорость частиц в каждом месте беспрерывно и хаотически изменяется, движение является нестационарным. Характер течения жидкости по трубам зависит от свойств жидкости, скорости её течения, размера трубы и определяется

Rc=РОж*V*D(x)/этта

РОж - плотность жидкости;

V - скорость

D – диаметр трубы

Этта – вязкость (динамическая)

Если Rс>Rc критического, то движение жидкости турбулентное. Например, для гладких цилиндрических труб Rс кр=2300

Ню = этта/РОж – кинематическая вязкость. Rc = V*D/Ню.

Размерность[Ню]=м^2/c; в системе СГС [Ню]-Ст (стокс); 1Ст=10^-4 м^2/c

Кинематическая вязкость полнее, чем динамическая учитывает влияние внутреннего трения на характер течения жидкости или газа. Течение крови в артериях в норме является ламинарным, не большая турбулентность возникает вблизи клапанов, при патологиях, когда вязкость крови уменьшается движение становится турбулентным. Шум, возникающий при турбулентном течении, служит диагностирования заболевания (его прослушивают на плечевой артерии при измерении давления крови. Течение воздуха в носовой полости в норме минимальное. При воспалениях и других отклонениях от нормы оно становится турбулентным, что приводит к дополнительной работе дыхательных мышц.

При моделировании жизненных систем дня их изучения число Рейнольдса является коэффициентом подобия.

16 Физическая модель сердечно - сосудистой системы (модель Франка). Пульсовая волна.

О. Франк предложил гидродинамическую модель кровеносной системы. Она позволяет установить связь между ударным объемом крови (объем крови выбрасываемый желудочком за одну систолу) гидравлическим сопротивлением периферической части системы кровообращения (Х0) и изменением давления в артериях.

Артериальная часть системы моделируется упругим (эластичным) резервуаром (УР)

Кровь находится в упругом резервуаре (артерии), её объеме любой момент времени V=V₀+КР

К - упругость резервуара V₀ - объем резервуара при отсутствии давления

В (УР) - артерии поступает кровь из сердца объемная скорость кровотока - Q; от (УР) кровь течёт с объемной скоростью – Q0 в периферическую систему (артериолы, капилляры). Пусть гидравлическое сопротивление постоянно (X₀). Тогда

1) 2) - следует из уравнения Пуазейля; Р – давление в (УР); Р₀ – венозное давление. 3)

Решая совместно уравнения (1), (2), (3) Франк получил

- давление в резервуаре после систолы.

- зависимость скорости оттока крови от времени

- объемная скорость кровотока в УР в конце систолы (начало диастолы).При сокращении сердечной мышцы кровь выбрасывается из сердца в аорту и отходящие от неё артерии, при этом кровь растягивает аорту, артерию и другие крупные сосуды, т. е. они принимают за время систолы больше крови, чем её оттекает к периферии. Систолическое давление человека в норме 16 кПа. Во время расслабления сердца (диастола) растянутые кровеносные сосуды спадают и потенциальная энергия, сообщенная им сердцем, переходит кинетическую энергию тока крови, при этом поддерживается диастологическое давление = 11 кПа. Распространяющуюся по аорте и артериям волну повышенного давления, вызванной выбросом крови из левого желудочка в период систолы, называется пульсовой Волной. Она распространяется со скоростью 5-10 м/с, т.е. за 0,3 сек (время систолы), она распространяется на 1-3 метра. Фронт пульсовой волны достигает конечностей раньше, чем начинается спад давления в аорте. Но скорость крови 0,3-0,5 м/с.

У человека с возрастом модуль упругости возрастает, возрастает и скорость пульсовой волны.

17 Механическая работа и мощность сердца.

Физические основы клинического метода определения давления крови.

Работа совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщению крови кинетической энергии. Ал=А1+А2=РО*Vу+ РО*Vу*скор^2/2 – работа левого желудочка.Vу – ударный объем крови;РО - плотность крови;

Скор - скорость крови в аорте. Т.к. работа правого желудочка Ап=0,2Ал, то работа всего сердца: А=Ал+0,2Ал=1,2 Ал – формула справедливая и для покоя и для активного состояния организма (состояния отличающегося скоростью кровотока) А1=1 Дж – работа разового сокращения.Ас=86400 Дж – работа суточного сокращения. При активной мышечной деятельности Ас возрастает в несколько раз. Средняя мощность сердца 3,3 Вт. При операциях на сердце, которые требуют его временного выключения из системы кровообращения, пользуются специальным аппаратом искусственного кровообращения. Физический параметр - давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний. Систолическое и диастоличеcкое давления в какой-либо артерии могут быть измерены непосредственно с помощью иглы, соединенной с манометром. Но в медицине используют бескровный метод, предложенный Н.С. Коротковым. Вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжетку, в неё накачивают воздух и она сжимает руку. Затем через этот же шланг воздух выпускают и с помощью манометра измеряют давление воздуха в манжетке.

Сначала давление воздуха в манжетке избыточно над атмосферным=0, (манжетка не сжимает руку и артерию). По мере накачивания воздуха в манжетку она сдавливает артерию и прекращает ток крови. Давление воздуха внутри манжетки при расслабленной мускулатуре = давлению в мягких тканях, соприкасающихся с манжеткой. Выпуская воздух, уменьшают давление в манжетке и мягких тканях, соприкасающихся с ней.

Когда давление = систолическому, кровь способна пробиться через сдавленную артерию - возникает турбулентное течение, характерный шум прослушивает врач на артерии локтевого сгиба (внутри). Продолжая уменьшать давление, восстанавливают ламинарное течение, шум прекращается - это диастолическое.

Приборы для измерения давления – тонометры.

20Цепи переменного тока с омическим сопротивлением (R), емкостью (C), индуктивностью (L).

Переменный электрический ток – ток, который периодически изменяет свое значение как по величине, так и по направлению. Для него справедлив закон Ома, но сопротивление цени, состоящей из R, C и L зависит от частоты тока.Пусть напряжение изменяется по закону

, где U₀ - максимальное напряжение, w = 2π/T= 2πню – циклическая частота, Т – период колебаний.

Напряжение и ток совпадают по фазе (одновременно достигают максимума и минимума):

_{Напряжение отстает от тока на Пи/2:}

_{Ток отстает от напряжения на пи/2:}

_{Принято изображать это с помощью векторных диаграмм:}

_{сопротивление резистора, конденсатора и катушки переменному току определяется:}

₂₁Импеданс полной цепи переменного тока. Сдвиг фаз. Резонанс напряжения.

Рассмотрим последовательно соединенные R, L, C.При последовательном соединении:

1. Uвх=U0*cosW*t=Ur+Ul+Uc – входное напряжение.

2. I=I0*cos(W*t-фи) – сила тока в цепи.

Начертим векторную диаграмму:

Ur0 – совпадает по фазе с силой тока; Ul0 – опережает на пи/2; Uc0 – отстает от тока на пи/2.

По теореме Пифагора: (U0)^2=(U0r)^2+(U0l-U0c)^2 или: (I0)^2*Z^2=(I0)^2*R^2+(I0*LW-I0/Wc)^2 Сократив обе части уравнения на (I0)^2 получим выражение для полного сопротивления (Z): Z=квадратный корень из (R^2+(W*L-1/W*c)^2) – импеданс. Если сопротивление катушки Xl= W*L равно сопротивлению конденсатора Xc=1/W*c, то полное сопротивление Z=R; по закону Ома Iрез=U0/Z=U0/R (Iрез – резонансный ток) – сила тока резко возрастает – РЕЗОНАНС. При этом Ul=Uc>>U0 – резонанс напряжений. Это возможно, т.к. Ul и Uc сдвинуты по фазе между собой на пи:

При этом на резисторе R выделяется максимальное количество теплоты:

Q=(Iрез)^2*R*t

41 Поглощение света веществом. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность, концентрационная калориметрия.

Явление уменьшения интенсивности (I) света при прохождении вещества называется поглощением. При этом световая энергия переходит в другие виды энергии (тепловую, химическую и др.), интенсивность света, вышедшего из вещества выражается законом Бугера-Ламберта-Бера: I=Io*e^-каппа*С*д Io- интенсивность света, упавшего на вещество;

I - вышедшего из вещества; каппа (из транскрип англ) - молярный показатель поглощения; С -молярная концентрация вещества в растворе; l - толщина поглощающего слоя.

I/Io=r - коэффициент пропускания. D = lg(Io/I)=Xлямда оптическая плотность раствора. Концентрационная калориметрия - метод (фотометрический) по определению концентрации вещества в окрашенном растворе. В этом методе непосредственно измеряют световые потоки, прошедшие через раствор, коэффициент пропускания или оптическую плотность. Зависимость коэффициента поглощения (k) от длины волны (А) или молярного показателя поглощения - являются спектрами поглощения вещества. Спектры поглощения являются источником информации о состоянии вещества, о структуре энергетических уровней его атомов и молекул для определения спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): Eлямда=2п*h*c^2/лямда^5 * 1/exp[h*c/k*T*лямда-1]

альфа - коэффициент поглощения h - постоянная Планка; С - скорость света в вакууме; лямда - длина волны; k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура.

19 Физические основы электрокардиографии. Отведения при ЭКГ.Живые ткани являются источником электрических потенциалов (биопотенциалов), Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической целью получила название электрография: 1) электрокардиография (ЭКГ) - регистрация биопотенциалов возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении; 2) электромиография - регистрация биоэлектрической активности мышц;3) электрроэнцефалография (ЭЭГ) - метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.Физический подход к электрографии заключается в создании модели электрического генератора, которая соответствует картине снимаемых биопотенциалов. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена: сердце есть токовый диполь с дипольным моментом Рс, который поворачивается, изменяет свое положение за время сердечного цикла. Он предложил снимать разность биопотенциалов сердца между вершинами равностороннего треугольника, который расположен на правой руке (ПР), левой руке(ЛР) и левой ноге(ЛН). Напряжение между двумя точками-отведение. Различают стандартные отведения: 1 :(лр-пр); 2(пр-лн);3(лр-лн);. Т.к. сердце расположено в центре равностороннего треугольника, то измерив U1, U2, U3, можно найти ориентацию дипольного момента сердда (ИЭВ сердца) во фронтальной плоскости, находят !tgАЛЬФАab=(Ubc+Uac)/(Ubc-Uac)! (a, b, c - индексы A,B,C) (относительно горизонтальной оси). на ЭКГ получают временные зависимости напряжения в отведениях. ЭКГ не дает представлений и ориентации ИЭВ сердца в пространстве, но для диагностических целей такая информация важна. Усиление отведения (по Гольбергу) получается если снять отведение между одной из стандартных точек (например ЛР) и (две другие соединив через большие сопротивления в общую точку) общей точкой. Амплитуда U возрастает в полтара раза.

По Вильсону измеряют направление между шестью точками треугольника Ксеба(хз) (грудного) и точкой, образованной соединением трёх стандартных точек через большие сопротивления между собой.

При снятии этих отведений определяют ориентацию ИЭВ сердца не только во фронтальной, но и в горизонтальной плоскостях. Эти отведения называются униполярными, т.к. потенциал точки Д с течением времени не меняется.

26 Надежность электромедицинской аппаратуры.

Одним из важных вопросов, связанных с использованием электронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопасность как для пациента, так и для мед. персонала.

Больной человек вследствие различных причин (ослабленность организма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электродов на теле и др.) оказывается в особо электроопасных условиях, по сравнению со здоровым человеком. Мед. персонал, работающий с мед. электронной аппаратурой, тоже находятся в условиях риска поражения электрическим током.

Основное и главное требование - сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.

1) Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Для этого мед. персонал должен знать о ремонтопригодности аппаратуры и долговечности её частей.

Способность аппарата не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации, сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени - это и есть надёжность.

Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин:

а) вероятность безотказной работы p(t)=N(t)/N₀

N(t) – число неиспортившихся за время t аппаратов;

N₀ - общее число испытывавшихся аппаратов;

б) интенсивность отказа

dN - число отказов;

dt - время;

N - число работающих элементов;

«-» означает, что dN < 0, т.к. число работающих аппаратов убывает со

временем.

В процессе эксплуатации медицинские изделия, в зависимости от возможных последствий отказа подразделяются на 3 класса:

а) изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента и персонала. p(t) для них должна быть не менее 99% (аппарат искусственного дыхания, кровообращения и др.)

б) изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма, не приводящий к опасности для жизни. p(t) = 80%

в) отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс, либо приводит к материальному ущербу или повышает нагрузку на медперсонал (диагностическая и физиотерапевтическая аппаратура).

27 Электроды для съемки биоэлектрического сигнала. Требования к ним.

Электроды - проводники специальной формы, соединяющие измерительную цель с биологической системой.

При диагностике они служат не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например, в реографии, а также с целью лечения и при электростимуляциях.

Требования к электродам:

1) они должны быстро фиксироваться и сниматься;

2) иметь высокую стабильность электрических параметров;

3) быть прочными;

4) не создавать помех;

5) не раздражать биологическую ткань и т.п.

Для уменьшения переходного сопротивления электрод-кожа стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченые физиологическим раствором, или электропроводящие касты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площадь контакта электрод-кожа, но тогда электрод захватит несколько эквипотенциальных поверхностей, и истинная картина электрического поля будет искажена.

По назначению они делятся на группы:

1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики (снятие ЭКГ)

2) для длительного использования (при постоянном наблюдении за тяжелобольными)

3) для использования на подвижных обследуемых (в спортивной или космической медицине)

4) для экстренного применения (скорая помощь).

При съёмке биоэлектрического сигнала возникает гальваническая ЭДС; и на электродах выделяются продукты реакции при прохождении тока. Поэтому возникает встречная ЭДС, которая искажает полезный биопотенциал. Существуют способы для уменьшения или устранения подобных влияний.

28Датчики медико-биологической информации. Характеристики датчиков. Погрешности датчиков.

Многие медико-биологические характеристики нельзя снять электродами, т.к. они не создают биопотенциалов (давление крови, температура, звуки сердца, частота дыхания). В этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи).

Датчик - устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

1. Генераторные - датчики, которые под действием измеряемого сигнала, генерируют напряжение (передатчики – при деформации) или ток (фотоэлементы - при облучении светом - вырывание электронов с поверхности металлов). Напряжение генерируется при нагревании металлов с разной концентрацией электронов; полупроводников разной проводимости.

2. Параметрические-датчики, в которых под действием измеряемого сигнала изменяется какой-либо параметр:

а) ёмкостные (при сближении - или удалении пластин конденсатора или при изменении площади пластин - их смещение) изменяется электроемкость;

б) реостатные - при изменении длины изменяется омическое сопротивление;

в) индуктивные - (при вдвижении или выдвижении сердечника изменяется индуктивность катушки. Характеристики датчиков: - чувствительность, равная единичному значению выходной величины при единичном значении входной. Функция преобразования у=kх - алгебраическая или графическая зависимость выходной величины от входной. Она должна быть линейной. Минимальное значение входной величины - порог чувствительности; максимальное значение входной величины - предел измерения датчика

Погрешности датчиков бывают из-за:

1) температурной зависимости измеряемых величин (например, сопротивление проводников зависит от температуры, длины, площади поперечного сечения).

2) гистерезис – запаздывание выходной величины даже при медленном изменении входной.

3) Непостоянство функции преобразования во времени.

4) Обратное воздействие датчика на биологическую систему, что приводит к изменению показаний.

5) Инерционность датчика (пренебрежение ею временными характеристиками).

Датчики являются техническими аналогами рецепторов биологических систем.

29 Общий случай интерференции света

Интерференция - сложение когерентных волн (волн равной частоты и постоянной разности фаз), в результате которого образуются устойчивые картины их усиления и ослабления. При этом интенсивность результирующей волны принимает в разных точках пространства от минимального до некоторого максимального. Для получения когерентных источников используют экран с двумя щелями (каждая щель становится источником вторичных сферических волн - принцип Гюйгенса) или один пучок разделяют на два c помощью тонких пленок (один пучок отражается от верхней грани пленки, другой - от нижней) и др. способы, например, зеркала, бипризмы и т.п.

При встрече двух волн в фазе (гребень с гребнем, впадина с впадиной) происходит усиление, при этом разность хода двух волн Δd равна четному числу длин полуволн (целому числу длин волн): Δd=kλ.

Если же встречается гребень с впадиной, то волны ослабляют (а при одинаковой амплитуде – гасят) друг друга, при этом разность хода 2-х волн равна нечетному числу (2k+1) полуволн Δd=(2k+1)λ/2.

35. Вращение плоскости поляризации. Поляриметрия.

В природе существуют оптически активные вещества. Если через них пропустить поляризованный свет, то они поворачивают плоскость поляризации световой волны (кварц, многие растворы сахара). Угол поворота плоскости поляризации зависит от длины волны падающего света (вращательная дисперсия). Для монохроматического света угол поворота (фи) прямо пропорционален толщине (l) оптически активного вещества:

фи =[альфа]*l где [альфа] - постоянная вращения.

Оптически активными могут быть и растворы (сахара в воде, камфары, скипидар, и др.). Для растворов установлен закон Био:

фи = [альфа0]*l*C, где [альфа0] -удельное вращение, зависящее от температуры, свойств растворителя;

С -концентрация оптически активного в растворе.

Этот закон лежит в основе метода измерения концентрации веществ в растворах - поляриметрия (сахариметрия).

Пропуская поляризованный свет через раствор концентрации С толщиной l, определяют угол поворот плоскости поляризации (в простейшем поляриметре) или сразу концентрацию в % (в сахариметре).

фи - по углу поворота компенсирующей призмы сахариметра (поляриметрия) и рассчитывают; С=фи/l[альфа]. В сахариметре компенсирующая

призма (уравнивающая освещенности рядом лежащих полей, одно поле освещено пучком, повернутым на угол (фи+фи1), другое - (фи-фи1), поворачивается вместе со шкалой, проградуированной в % концентрации (очень удобно, не нужно считать).

31 Дифракция света на щелях.

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями. Описать картину дифракции можно с учетом интерференции вторичных волн.

Рассмотрим дифракцию от узкой щели (АВ)

MN – непрозрачная преграда;

АВ=а – ширина щели;

АВ – часть волновой поверхности, каждая точка которой является источником вторичных волн, которые распространяются за щелью по разным направлениям. Линза соберет лучи А, А₁ и В в точке О₁ экрана.

АD - перпендикуляр к направлению пучка вторичных волн. Разбили ВD на отрезки =лямда/2.

АА₁, А₁В - зоны Френеля. Вторичные волны, идущие от двух соседних зон Френеля, не гасят друг друга, так как отличаются по фазе на пи. Число зон, укладывающихся в щели, зависит от длины волны лямда и угла альфа.

Если щель АВ разбить при построении на нечетное число зон Френеля, а ВD на нечетное число отрезков, равных лямда/2, то в точке О₁ наблюдается максимум интенсивности света. ВD=а*sinα=+-(2k+1)*лямда/2.

Если щель разбить на четное число зон Френеля, то наблюдается минимум освещенности: а*sinα=+-2k*лямда/2=+-k*лямда.

Поэтому на экране получится система светлых (mах) и темных (min) полос симметричных относительно центра (альфа=треугольник - изменение) - наиболее яркой полосы.

Интенсивность остальных максимумов убывает с увеличением к.

34. Поляризация при двойном лучепреломлении. Дихроизм.

В природе существуют кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением (кварц, исландский шпат, и др.). Двойное

лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах.

При падении света на кристалл (1), луч раздваивается на обыкновенный (о), который подчиняется закону преломления; и необыкновенный (e), который не подчиняется этому закону:

! sin альфа/sin бета = H2/H1!

где альфа – угол падения, бета - угол преломления.

Если из такого кристалла сделать призму из двух треугольных призм, склеенных веществом с показателем преломления >Н призмы, то, подобрав углы, добиваются, что обыкновенный луч испытывает на границе I призма-клей полное отражение, и из призмы выходит лишь необыкновенный плоскополяризованный пучок: призма Николя

Есть кристаллы, которые поглощают (е) и (о) по-разному (турмалин, геранатит и др.). Так, в пластинке турмалина толщиной 1 мм обыкновенный луч практически полностью поглощается и вышедший необыкновенный луч плоскополяризован. Такое свойство кристаллов, которые наряду с двойным лучепреломлением, обладают и свойством по-разному поглощать (о) и (е) лучи, называется дихроизм.

Из таких кристаллов делают поляроиды с большей площадью поверхности, что удобно использовать для получения поляризованного света широкие пучки естественного, а не узкие.

38. Оптический микроскоп. Ход лучей. Увеличение и т.д.Для больших увеличений используют систему короткофокусных линз – объектив – окуляр. Такая система носит название – микроскоп. Изображение получается в фокальной плоскости окуляра.

АВ - предмет; A1B1- изображение; А2В2 - изображение, даваемое окуляром (оно увеличенное перевёрнутое мнимое). Для получения микрофотографий объектив (или окуляр) отодвигают, тогда A1B1 получается за передним фокусом F2, а изображение будет действительным, увеличенным справа от окуляра. Бета = А2В2/АВ - увеличение микроскопа Бета = L*S/F1F2, где L - длинна тубуса; S - расстояние наилучшего зрения. Но полученное увеличение зависит от разрешающей способности глаза Zгл. = 70мкм; и микроскопа, которое связано с дифракцией на мелких структурах;

Z= лямбда/2n sin фи;

n - показатель преломления веществ между объективом и предметом;

фи - апертурный угол (между крайними лучами входящими в объектив); лямбда -длинна волны света, освещающего предмет.

Г=Zгл/Z - полезное увеличение микроскопа.

Для увеличения разрешающей способности необходимо уменьшить предельное разрешение Z; для этого увеличивают n, вводя иммерсионную жидкость с показателе преломления близким к n - стекла между предметом и объективом.

39. Характеристики теплового излучения тел. Абсолютно чёрное тело. Серые тела. Закон Кирхгофа. Выводы из него.Всякое нагретое тело излучает энергию в виде элеткро-магнитных волн. Для того, чтобы определить количественно энергию излучения с поверхности нагретого тела используют энергетическую совместимость тела «R» R = энергии, которая излучается 1 квадратным метром нагретого тела за 1 сек. Фактически его мощность

R = W/S*t. В этот диапозон входят все длины волн. Для того, чтобы определить какая энергия излучается в заданном диапозоне, вводят спектральную энергетическую светимость «r лямда-инд», зависящей от длины волны.

r лямда = dR/dлямда (2) [r лямда]=В*м^3 => dR = r лямда*d лямда

Если необходимо узнать всю энергию энергию, нужно просуммировать светимость по всем длинам волн

Re = опред интеграл от 0 до бескон от r лямда*dлямда

Энергия излучения солнца в видимом диапозоне:

Rв = опред интеграл от лямда1 до лямда2 от r лямда*dлямда (лямда1=400нм, лямда2=800нм)

Часть энергии солнца поглощается землёй.

Абсолютно чёрное тело – тело, для которого монохроматический коэффициент поглощения (альфа лямда-инд) =1

Серое тело – альфа лямда-инд которого меньше 1 и не зависит от длины волны падающего света. Серых тел в природе нет, но многие тела излучают в определённым интервале длин волн как серые.

Вводят величину коэффициент поглощения альфа

альфа = I погл/Iпад. I – интенсивность света.

Io->(тело)->I’

Iпогл = Io-I’=I.

альфа=I/Io

альфа=f(лямда)

Цвет обусловлен отражением и поглощением света.

Для описания процессов процессов с использованием формул вводятся альфа не зависящая от I; альфа=1;

альфа=1 – абсолютно чёрное тело.

Все длины волн поглощаются одинаково.

Солнце похоже на абсолютно чёрное тело.альфа не зависит от I; альфа<1; альфа=0,8 – на всех длинах тел.

Человеческая кожа в некотором смысле тела похожа серое тело.

Нагретое тело – тело, по которому его температура >0 K.

Излучаемые и поглощаемые энергии =. (r лямда/альфа лямда)1 = (r лямда/альфа лямда)2 = (r лямда/альфа лямда)3 = Er/1 (1,2,3 – коэффициенты).

Закон Киргофа: r лямда = Er*альфа лямда

Если мы знаем как излучает тело и знаем коэффициент поглощения, мы можем определить энергетическую светимость.

Согласно закону Киргофа, в какой области спектра тело излучает, в такой области тело и поглощает.

Спектры излучения – графики зависимости r лямда от лямда и поглощения альфа от лямда одинаковы – волнообразные скачки с зазубринами.

43 Тормозное рентгеновское излучение. Спектр излучения и

его характеристическое рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны длиной от 80 до 10в-5 нм.

По способу возбуждения его подразделяют на тормозные и характеристические. Рентгеновская трубка - двухэлектродный вакуумный прибор. Подогреваемый катод испускает электроны. Haклоненный анод направляет излучение под углом к оси трубки. В результате торможения электронов анодом (электростатическим полем атомного ядра вещества анода) возникает тормозное рентгеновское излучение. Длинноволновое рентгеновское излучение ,более "мягкое", а коротковолновое- жесткое, оно обладает большой проникающей способностью, поглощение его зависит от плотности вещества. Если напряжение в рентгеновской трубке увеличить, то на фоне сплошного спектра появляется линейчатый - Характерестическoe рентгеновское излучение. Он возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободное место переходят электроны с верхних уровней, при этом излучаются фотоны характеристического излучения. В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны, однотипность обусловлена тем, что внутренний слой у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. По закону Мозли !корень из НЮ=A(Z-B)!, где НЮ -частота спектральной линии, Z-атомный номер элемента, Аи В - постоянные. Характеристические спектры кислорода одинаковы и y O, O2, H2O в любом соединении, это и послужило названию характеристическое.

44 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.

Регистрация и использование рентгеновского излучения, а также воздействие его на биологические объекты определяются первичными процессами взаимодействия рентгеновского фотона с электронами атомов и молекул вещества.

Рассеяние длинноволнового рентгеновского излучения происходят в основном без изменений длины волны, его называют а) когерентным. Оно возникает, если энергия фотона меньше энергии ионизации: hНЮ<Au. Оно не вызывает биологического действия этот вид взаимодействия имеет значение для рентгеноструктурного анализа б) некогерентное рассеяние (эффект Колектона) длина волны рассеянного рентгеновского излучения больше, чем падаюшая: hНЮ>Au. При взаимодействии с атомами энергия (hНЮ) фотона расходуется на образование нового рассеянного фотона рентгеновского излучения с энергией (hНЮ’) на отрыв электрона от атома (энергия ионизации Au) и сообщение электрону кинетической энергии Ек. hНЮ=hНЮ'+Au+Ек

Атомы или молекулы при этом становятся ионами в) фотоэффект -рентгеновское излучение поглощается атомом - вылетает электрон, а атом ионизируется. Эти основные процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом первичные, но есть и вторичные, третичные и т.д. явления. Например, ионизированные атомы могут излучать характеристический спектр, возбужденные атомы могут стать источником света и т.п. Может происходить несколько десятков процессов, прежде чем энергия рентгеновского фотона перейдет в энергию молекулярно-теплового движения. В итоге произойдут изменения молекулярного состава вещества.

46 Радиоактивный распад как источник ионизирующего излучения. Активность.

Радиоактивность - самопроизвольный распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер или элементарных частиц.

Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях.

Искусственная радиоактивность ядер, образованная в результате различных ядерных реакций.

Типы радиоактивного распада:

1)Альфа - распад - самопроизвольное превращение ядер с испусканием альфа - частиц !X вв.А вн.Z =>Yвв. А-4 вн.Z-2 + альфа вв.4 вн.2!

Z - порядковый номер распадающегося ядра.

А - атомная масса

А-4 - атомная масса вновь образованного ядра

Z-2 – его заряд

2) Бета - распад внутриядерное взаимное превращение нейрона и протона: ! X вв.А вн.Z =>Y вв.А вн. Z+1 + бета вв.0 вн.-1 + нейтрино

бета вв.0 вн.-1= электрон.

3) Гамма – распад - излучение электромагнитных волн с длиной волны меньше рентгеновской. Лямбда<10в-14м.

Радиоактивностью является также удаление ядер – протонная радиоактивность и др.

Радиоактивный распад - это статистическое явление. Невозможно предсказать когда распадается нестабильное ядро. При несамопроизврольном распаде распадаются нестабильные ядра N0; через t:N. Число уменьшается по экспоненциальному закону – з-ну радиоактивного распада: N=No*l в-лямда*t Лямда – постоянная, численно равная обратному времени, в течение которого кол-во нестабильных ядер уменьшается в е раз. Часто закон записывают через период полураспада (T c индексом ½ - формуле T’) : N/No=1/2=l в –лямда*T’; ln2*1/T=лямда =>

=> N=No*l в –t*ln в2/T’

Период полураспада различен для разных изотопов. Скорость распада характеризуется активностью A=-dn/dt. [A]=1/c. Если за 1 сек – 1 распад, то [A]=беккерель. Чем больше А в-ва, тем больше распадов за 1 ед. времени, тем больше ионизирующего излучения выдаёт данный образец.

49 Детекторы ионизирующего излучения, дозиметрические приборы. Защита от ионизирующего излучения.

Детекторы ионизирующего излучения – преобразуют в сигнал, удобный для регистрации.

Детекторы ионизирующего излучения:

1. Счётчики

2. Трековые датчики («следовые»)

1.Счётчики – счётчик Гейгеля-Мюллера. Ионизирующее излучение, попадая внутрь счётчика, ионизирует, возникает импульс тока, которые его фиксирует.

2. Трековые датчики – в них используют метод неустойчивых состояний или толстослойных эмульсий – степень почернения бумаг:

а) Камера Вильсона – пересыщенные пары

б) Пузырьковая камера – перегретая жидкость

в) Искровая камера – напряжение довольно высоко, препробойно

При попадании частицы, возникает её путь – роса, искра и тп = фото

Дозиметры-устройства для измерения доз ионизирующего излучения или величин, связанных с дозами.

Дозиметры состоят из

1) детектора ионизирующих излучений

2)измерительного устройства.

Обычно они проградуированы в единицах дозы или мощности дозы. В зависимости от использованного детектора различают: ионизационные, полупроводниковые, фотодозиметры и др, Они могут быть рассчитаны на измерение доз какого-либо определенного вида излучения или регистрацию смешанного излучения.

Дозиметры для измерения экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения или ее мощности называются рентгенометрами.

В качестве детектора у них обычно применяется ионизационная камера. Заряд, возникающий в цепи камеры, пропорционален экспозиционной дозе, а сила тока - мощности дозы. Состав газа ионизационной камеры, а также вещество стенок из которых они состоят, подбирают так, чтобы осуществлялись тождественные условия с поглощением энергии в биологических тканях.

Существуют дозиметры, детекторами которых являются газоразрядные счетчики.

Для измерения, активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют радиометры. Различают 3 вида защиты от излучений:

!х = Кгамма*А/r^2*t!

1) защита временем - чем больше время нахождения человека в дозе облучения, тем большую дозу он получит

2) расстоянием - но чем больше расстояние до радиоактивного источника, тем меньше х

3) материалом - защита материалом основана на различной способности поглощать разные виды излучений.