4. Приведите формулу для расчёта работы сердца. Оцените соотношение составляющих работы сердца по преодолению статического давления крови и сообщению крови кинетической энергии движения.

Работа сердца складывается из работы левого и правого желудочков: А=А_л +А_пр; А_пр=0,2А_л; А=1,2А_л.

Работа левого желудочка при выбросе крови в аорту затрачивается: на преодоление сил давления крови в сосудистой системе (статический компонент А_ст) и на сообщение крови Е_кин.

Статический компонент А_ст=P_ср*V_с=0,8Дж, где Р_ср – среднее давление крови в аорте: Р_ср=100мм.рт.ст. =13,3кПа; V_c – систолический объем крови в покое: V_c=60мл=6*10^-5м³.

Кинетический компонент А_кин=mv²/2=( pV_cv²)/2=0,008Дж, где р – плотность крови (=1,05*10^-3кг/м³); v – линейная скорость крови в аорте (=0,5 м/c); V_c – систолический объём крови в покое.

Работа сердца за одно сокращение А=1,2 (P_ср*V_с+ ( pV_cv²)/2))= 1Дж. Работа за сутки =86400Дж.

Средняя мощность сердца за время одного сокращения: W=А/t_{систолы}=1/0,3Дж=3,3Вт.

5. Какие факторы определяют естественный радиационный фон. Каково его среднее значение?

Естественный радиационный фон – излучение, создаваемое космическими лучами и естественными радиоактивными в-вами, содержащимися в окружающей среде и теле человека.

Первичные космические лучи состоят из протонов и α-частиц высоких энергий (до 10¹⁴МэВ), падающих в земную атмосферу из космического пространства и проникающих до высоты около 20км над уровнем моря. В результате их взаимодействия с ядрами атомов, входящих в состав земной коры, образуется вторичное космическое излучение. За счёт космического излучения человек получает эффективную эквивалентную дозу 0,31мЗв в год. В земной коре содержится ряд долгоживущих радионуклидов, которые при своём распаде также радиоактивны. Более 60 радионуклидов, содержащихся в биосфере Земли, увеличивает фоновую дозу внешнего облучения в среднем до 0,65 мЗв в год. Средняя мощность фоновой экспозиционной дозы в Беларуси составляет в норме 10-12мкР/ч.

Внутреннее облучение – создаётся радионуклидами, поступающими в организм с пищей, воздухом, водой. Среди естественных радионуклидов наибольшее значение имеют ⁴⁰К,¹⁴С,²²⁶Ra, ²²⁰Rn, ²²²Rn. Эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения 1,35мЗв в год. Среднемировая суммарная эквивалентная доза от естественных источников радиации 2мЗв в год.

6. Показатель преломления одного водного р-ра в-ва равен 1,38, а второго р-ра этого же в-ва 1,43. Во сколько раз различаются концентрации р-ров, если для воды n=1,33?

n₁=n₀+kC, C= n₁-n₀=1,38-1,33=0,05; n₂= n₀+kC, C= n₂-n₀=1,43-1,33=0,1

C₂/C₁=0,1/0,05=2 раза. Ответ: в 2 раза.

Билет 5

1. Термоэлектрические явления в металлах и полупроводниках. Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры. Контактная разность потенциалов. Термопары как температурные датчики.

Датчик –устройство, преобразующее измеряемую не электрическую величину в электрический сигнал, удобный для дальнейшего усиления, преобразования, передачи и регистрации.

Генераторные (активные) датчики под воздействием измеряемого параметра (температуры, давления) генерируют электрическое напряжение и ток. Бывают:

Пьезоэлектрические преобразуют механическое давление Р в электрическое напряжение U, прямо пропорциональное давлению. Используются в медицине, технике.

Индукционные – явление электромагнитной индукции. Катушка с вставленным в неё ферромагнитным сердечником. При движении сердечника D в катушке возникает ЭДС индукции U, пропорциональная скорости изменения магнитного потока через катушку, и пропорциональна скорости движения сердечника.

Фотоэлектрические используются для измерения световых потоков и основаны обычно на фотогальваническом эффекте, т.е. на возникновении ЭДС на облучаемом светом p-n-переходе в полупроводниках.

Температурные датчики – в технике, медицине. К ним относится ТЕРМОПАРА, действие которой основано на эффекте Зеебека: в цепи, состоящей из двух спаянных концами разнородных металлов, возникает ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур спаев. Эти металлы отличаются концентрацией n в них свободных электронов, допустим n_A>n_B. Из А электроны будут переходить в В. Равновесие между этими двумя потоками электронов будет достигнуто при некоторой разности потенциалов: U=(RT/F)*ln(n_A/n_B) или U=(kT/e)*ln(n_A/n_B), R=kN_A, F=eN_A. Если отношение n_A/n_B постоянно, то контактная разность потенциалов зависит только от температуры спая: U=αT, где α=(k/e)*ln(n_A/n_B) – величина, постоянная для данной пары металлов.

Если спаять и вторые концы этих металлов, то в образовавшейся цепи возникнет ЭДС, пропорциональная разности температур спаев: ЭДС=U₁-U₂=α(T₁-T₂). Для измерения температуры один спай помещают в этот объект, а второй – в термостат с известной температурой. Эффект Пельтье: если в цепь включить источник постоянного напряжения, то в ней возникнет постоянный ток, то один спай будет нагреваться, а второй – охлаждаться. Будет выделяться и поглощаться теплота пропорциональная силе тока: Q=ПIt, П – зависит от природы металлов.

Параметрические (пассивные) датчики под действием измеряемой величины не генерируют электрический сигнал, но изменяют свои электрические параметры.

Резистивные под действием измеряемого параметра изменяют свое сопротивление. Вводят ТКС (температурный коэф. сопротивления): ТКС=(1/R₀)*(dR/dT). Чем больше ТКС, тем чувствительнее датчик.

Сопротивление металлического проводника линейно зависит от температуры: R=R₀(1+αt). Зависимость R(t) линейна в широком диапазоне температур, t_кр указывает на переход в сверхпроводящее состояние (R=0). Угол β (в точке пересечения ОУ и линии проводим параллель с ОХ) определяет быстроту изменения сопротивления с температурой, определяет чувствительность датчика: tgβ=(dR/dt)αR₀.

Термисторы – полупроводниковые температурные пассивные датчики. Сопротивление уменьшается с увеличением их абсолютной температуры по закону: R(T)=Ae^B/T, где А (Ом) и В (град) – константы, зависящие от материала полупроводника. Зависимость нелинейна, с ростом температуры падает и сопротивление, и ТКС=(-B/T²).