Главная страница

Методическое пособие лаб. раб. Учебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители


Скачать 1.98 Mb.
НазваниеУчебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители
АнкорМетодическое пособие лаб. раб.pdf
Дата08.10.2018
Размер1.98 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаMetodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебное пособие
#46743
страница5 из 12
Каталогpsmu2016

С этим файлом связано 3 файл(ов). Среди них: ped_tselevoe.pdf, inostrantsy_kontrakt.pdf, Metodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf, БИОЛОГИЯ.doc.
Показать все связанные файлы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

. Диоды D
2 и D
4
закрыты. В следующую половину периода полярность потенциалов сменится на противоположную : на нижнем конце обмотки потенциал будет положительным, а на верхнем - отрицательным. Открыты диоды D
2
и D
4
,

55 через них течет ток I
2
. Диоды D
1
и D
3
закрыты. В обе половины периода на входе в сглаживающий фильтр ( см. дальше) токи I
1
иI
2
приходят в одном направлении, но меняются по величине ( двухполупериодное выпрямление ) и создают суммарный пульсирующий ток, который представлен на рис. 2
Сглаживающий фильтр.
Выпрямленный ток сильно пульсирует. Сглаживают пульсации при помощи фильтра.
В схеме, приведенной на рис. 1 фильтр состоит из конденсаторовC
1
, C
2
, C
3
, включенных параллельно нагрузке R, и резисторов R
1
и R
2
, включенных последовательно с R.
Конденсаторы, включенные в фильтр, обладают достаточно большой емкостью.
При нарастании напряжения на вторичной обмотке трансформатора конденсаторы заряжаются через диоды: в рассмотренном выше случае они заряжаются в первую четверть периода через диоды D
1
и D
3
, в третью четверть периода - через диоды D
2
и D
4
.
При уменьшении напряжения на обмотке трансформатора конденсаторы разряжаются через сопротивление нагрузкиR ( вторая и четвертая четверти периода ).
Величина сопротивления R значительно больше сопротивления диодов, поэтому
разряд конденсатора происходит значительно медленнее его зарядки.
Вследствие этого за время уменьшения напряжения на обмотке до нуля конденсаторы, не успевая разрядиться до конца, подзаряжаются следующим нарастающим импульсом напряжения. В итоге пульсации тока становятся гораздо меньше ( рис. 3).
Таким образом через нагрузочное сопротивление будет протекать значительно сглаженный ток, показанный на рисунке 3 более жирной кривой. В зависимости от величины C
1
, C
2
, C
3
, а также R
1
и R
2
можно добиться такого состояния, что через нагрузку ( в нашем случае через R) пойдет практически постоянный ток, графическое изображение которого приведено на рис. 4.
Рис.2
Рис.3

56
Процессы, происходящие в аппарате для гальванизации, можно описать и несколько по-другому, не вдаваясь в физику явлений, а оставаясь на позициях электротехники.
Пульсирующий ток, полученный после выпрямителя, попадает в электрический фильтр, состоящий, в нашем случае, из емкостей и сопротивлений.
Действие фильтра основано на том, что через емкость не проходит постоянная составляющая тока, тогда как через активное сопротивление она проходит. Отсюда и название: «ФИЛЬТР» - отфильтровывается переменная составляющая тока.
Пульсирующий ток можно рассматривать как результат сложения постоянногоI
0
и переменного I


токов. Эти составляющие можно выделить с помощью фильтра из двух параллельных цепей, содержащих индуктивность и емкость или, если необходимый выпрямленный ток мал и допустима некоторая потеря постоянного напряжения, активное сопротивление и емкость. При этом постоянная составляющая проходит через активное сопротивление, а переменная - через емкость.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.
Подключить к выходным клеммам аппарата для гальванизации магазин сопротивлений ( имитация сопротивления тканей организма ) и вольтметр.
2.
Снять пять вольтамперных характеристик аппарата для сопротивлений, указанных в таблице, производя замеры силы тока и напряжения на всем диапазоне регулировочного потенциометра. Результаты измерений занести в таблицу.
3.
Построить по полученным данным график зависимости напряжения от силы тока для указанных сопротивлений на одной координатной плоскости.
4.
Рассчитать максимальную плотность тока, которую может дать аппарат при данной площади электродов :
j max
=
S
I
max
5.
Рассчитать максимальный ток, который допустимо пропускать через пациента при заданной площади электродов:
I доп
= j
доп
· S .
Рис.4

57
Запись результатов измерений
Сопротивление
”тканей организма”,
Ом
№ п/п
Сила тока, текущая через пациента, мA
Напряжение, поданное на пациента, В
Площадь электродов
S, см
2
j
max
=
S
I
max мA/см
2
j
доп
, мA/cм
2
I
доп
, мA
500 1.
400 0,01 2.
3.
4.
5.
1 000 1.
200 0,1 2.
3.
4.
5.
2 000 1.
100 0,1 2.
3.
4.
5.
5 000 1.
40 0,1 2.
3.
4.
5.
10 000 1.
20 0,2 2.
3.
4.
5.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Гальванизация и лечебный электрофорез как лечебные методики.
2. В каких случаях может произойти термический ожог при гальванизации?
3. Как рассчитать максимальный ток, который допустимо пропускать через пациента?
4. Какое нарушение методики данной лечебной процедуры может привести к химическому ожогу?
5. Начертите схему аппарата для гальванизации, объясните назначение и принцип работы трансформатора, выпрямителя, фильтра, потенциометра.
6. Представьте графически работу выпрямителя и фильтра.

58
Лабораторная работа №6
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ЦЕПИ
ГАРМОНИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Цель
работы:
определить индуктивность катушки, емкость конденсатора; экспериментально проверить закон Ома для полной цепи переменного тока.
Приборы и принадлежности:катушка индуктивности, батарея конденсаторов, реостат, амперметр, вольтметр, источник переменного напряжения.
ТЕОРИЯ
Переменным током называется такой электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению.
Гармоническим ( синусоидальным) током называется переменный ток, который с течением времени изменяется по закону синуса или косинуса:
i = I
m
sin (

t -

), или i = I
m
cos (

t -

).
Здесь i - мгновенное значение переменного тока - величина тока, соответствующая данному моменту времени,
I
m
- максимальное ( амплитудное ) значение тока,
(

t -

) - фаза синусоидального тока,

= 2

- круговая ( циклическая ) частота тока,

- частота тока,

- начальная фаза.
Гармонический ток создается синусоидальным или косинусоидальным напряжением той же частоты:
u = U
m
sin

t
u = U
m
cos

t.
Для характеристики силы переменного тока сопоставляют его среднее тепловое действие с тепловым действием постоянного тока соответствующей силы и вводят понятие действующего ( эффективного) значения переменного тока.

59
Эффективное значение переменного тока численно равно значению такого постоянного тока, который выделяет в данной цепи за единицу времени такое же количество тепла, как и данный переменный ток. Математически эта величина равна среднеквадратичному за период значению силы переменного тока и связана с его максимальным значением соотношением
m
m
m
эф
I
I
I
I




71
,
0 1,41 2
.
Аналогично определяется и эффективное значение напряжения
m
m
m
эф
U
U
U
U




71
,
0 1,41 2
.
При расчете цепей переменного тока приходится производить сложение и вычитание синусоидальных токов или напряжений, имеющих одинаковую частоту, но в общем случае различные амплитуды и начальные фазы. Решение подобных задач значительно облегчается, если применить метод векторных диаграмм, основанный на изображении величины тока или напряжения с помощью вращающихся векторов. Для этого амплитудные значения тока I
m
и напряжения U
m
представляют векторами, вращающимися в плоскости OXY ( обычно вращение берут против часовой стрелки ) вокруг начала координат O с угловой скоростью, соответствующей циклической частоте

. Угол поворота векторов

t отсчитывают от оси OX. На рис.1,а изображено положение векторов для момента времени t = 0, на рис.1,б - для времени t>0.
Проекции векторовI
m
и U
m
на ось OYбудут определять мгновенные значения тока
i=I
m
sin

t и напряжения U=U
m
sin

t .
Рис. 1

60
Цепь переменного тока с активным сопротивлением
Активным ( омическим ) сопротивлением в цепях переменного тока называют сопротивление, в котором происходит необратимый процесс превращения электрической энергии в какой-либо иной вид, например, в тепловую. Это сопротивление зависит от материала проводника, его размеров и формы. Для однородного по составу проводника при постоянном сечении S и длине lсопротивление рассчитывается по формулеR=

S
l
, где

- удельное сопротивление, характеризующее материал проводника, зависит от температуры:

=

0
(1+

·
tº).Поэтому активное сопротивление зависит также от температуры проводника.
В цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление, как и в случае постоянного тока, выполняется закон Ома, который может быть применен к мгновенным, амплитудным и эффективным значениям тока и напряжения:
,
,
эф эф
R
U
I
R
U
I
R
U
i
m
m



В цепи с активным сопротивлением колебания тока и напряжения совпадают по фазе, т.е. достигают своего максимального и минимального значений одновременно.
На рис.2 представлены схема цепи с активным сопротивлением (а), графики напряжения и тока (б), векторная диаграмма цепи (в):
Рис.2

61
Индуктивность в цепи переменного тока
Рассмотрим цепь переменного тока, в которую включена катушка индуктивностью
L ( Рис.3,а). Пусть напряжение в цепи изменяется по закону u=U
m
sin

t . При протекании переменного тока через катушку на концах катушки возникает ЭДС самоиндукции
ε
i
= - L
dt
di
Если активное сопротивление катушки принять равным нулю, то внешнее приложенное напряжение U, согласно закону Ома для цепи, содержащей ЭДС, по величине равно и по направлению противоположно ЭДС самоиндукции, то есть
U=-
ε
i
= L
dt
di
,
или U
m
sin

t=
L
dt
di
, откуда
L
U
dt
di
m

sin

t и di =
L
U
m
sin

tdt .
Интегрируя последнее выражение получим:
i = -
L
U
m

cos

t =
L
U
m

sin (

t -
2

), где
m
m
I
L
U


- амплитуда тока.
Тогда по аналогии с законом Ома для участка цепи можно записать, что
I
m
=
L
m
X
U
, где величину
L
X
L


можно рассматривать как индуктивное сопротивление.
При оценке фазовых соотношений между током и напряжением на индуктивности видно, что ток в цепи, подобно напряжению, имеет синусоидальный характер, но по фазе отстает на угол

2, то есть в момент, когда напряжение на катушке достигает максимума, сила тока равна нулю, а в момент, когда напряжение становится равным нулю, сила тока максимальна по модулю. Графики тока и напряжения, а также векторная диаграмма цепи переменного тока, содержащей индуктивность, представлены на рис . 3 (б, в).
Рис. 3

62
Емкость в цепи переменного тока
Рассмотрим цепь переменного тока, в которую включен конденсатор С( Рис.4,а).
Пусть напряжение в цепи изменяется по закону u = U
m
sin

t. При напряжении U
на конденсаторе емкости С заряд на его обкладках будет равен q=CU.
Периодическое изменение U вызывает периодическое изменение q, и возникает емкостный ток:
i=


dt
t
U
d
C
dt
dU
C
dt
dq
m



sin
Продифференцировав это выражение ,получим:
i=

CU
m
cos

t =

CU
m
sin (

t +

/2),
где

СU
m
=I
m
— амплитуда тока.
Cравнивая с законом Ома для участка цепи I
m
=U
m
/X
C
, получаем

СU
m
= U
m
/ X
C
, отсюда
X
C
= 1 /

C .
Видно, что величина X
C
=1/

C играет роль сопротивления конденсатора переменному току, она называется емкостным сопротивлением.
Из сравнения фазы тока и напряжения видно, что ток в цепи конденсатора, подобно напряжению, имеет синусоидальный характер, но по фазе опережает напряжение на угол

/ 2.
Рис. 4

63
Цепь переменного тока с активным, индуктивным
и емкостным сопротивлениями
Рассмотрим основные соотношения электрических величин в цепи переменного тока с индуктивностью, емкостью и активным сопротивлением, соединенными последовательно ( рис .5, а ).
При последовательном соединении проводников, ток, протекающий через сопротивление одинаков
i
L
=i
C
=i
R
=I
m
sin

t.
Полное напряжение цепи будет складываться из падений напряжения на индуктивности, емкости и активном сопротивлении. Составим векторную диаграмму цепи, пользуясь результатами, полученными выше.
В произвольном масштабе отложим вектор амплитуды тока, одинаковый для всех сопротивлений и укажем направление его вращения ( Рис. 5,б).
Вектор амплитуды напряжения на активном сопротивлении U
mR
=I
m
R отложим по направлению вектора тока, так как эти величины совпадают по фазе.
Вектор амплитуды напряжения на индуктивном сопротивлении U
mL
=I
m

L отложим вверх под углом

/2 к вектору токаI
m
, так как это напряжение опережает ток по фазе на угол

/2.
Вектор амплитуды напряжения на емкости U
mC
=I
m

C отложим вниз под углом

/2 к вектору I
m
, так как это напряжение отстает от тока на угол

/2. Сложив геометрически векторы U
mL
, U
mC
и U
mR
,
получим вектор полного напряжения U
m
, приложенного ко всей цепи ( Рис. 5,б).
Рис.5

64
Применив теорему Пифагора, найдем
U
m
=
2 2
)
(
mC
mL
mR
U
U
U


=
 
2 2
1










C
I
L
I
R
I
m
m
m
=
=
2 2
)
1
(
C
L
R
I
m




Отсюда
I
m
=
2 2
)
1
(
C
L
R
U
m




Последняя формула представляет собой закон Ома для полной цепи переменного тока для амплитудных значений.
Полным сопротивлением или импедансом цепи называется величина
Z =
2 2
)
1
(
C
L
R




Закон Ома справедлив и для мгновенных значений тока и напряжения.
Угол сдвига фаз между током и напряжением ( угол

на рис. 5,б) может быть определен из соотношений tg

=
R
C
L
R
I
C
L
I
U
U
U
m
m
mR
mC
mL









1
)
1
(
Импеданс тканей организма
Ткани организма представляют собой по электрическим свойствам разнородную среду. Органические вещества ( белки, жиры, углеводы и др.), из которых состоят плотные части тканей, являются диэлектриками. Однако все ткани и клетки в организме содержат жидкости или омываются ими ( кровь, лимфа, различные тканевые жидкости ), в состав этих жидкостей кроме органических коллоидов входят также растворы электролитов, и поэтому они являются хорошими проводниками.
Наилучшую электропроводность имеют спинно-мозговая жидкость, сыворотка крови, несколько меньшую - цельная кровь и мышечная ткань. Значительно меньше электропроводность тканей внутренних органов, а также нервной, жировой и

65 соединительной тканей. Плохими проводниками являются роговой слой кожи, связки и сухожилия, костная ткань без надкостницы. В ряде случаев их можно отнести даже к диэлектрикам.
Ткани организма состоят из структурных организмов - клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клетки отделена от тканевой жидкости клеточной мембраной. Тканевая жидкость и цитоплазма - хорошие проводники. Клеточная мембрана проводит электрический ток плохо. Такая система напоминает конденсатор и обладает электрической емкостью.
В тканях встречаются и макроскопические образования, состоящие из различных соединительных оболочек и перегородок, по обе стороны которых находятся ткани, обильно снабженные тканевой жидкостью. Все это придает тканям емкостные свойства.
Как показывает опыт, ткани организма не имеют практически заметной индуктивности, но обладают емкостью и активным сопротивлением. Поэтому при прохождении переменного тока через ткани организма следует учитывать их полное сопротивление, или импеданс.
Электрические параметры участка тканей организма, находящиеся между наложенными на поверхность тела электродами, можно представить в виде эквивалентных электрических схем.
В наиболее упрощенном виде эта схема для слоя кожи и подкожной клетчатки может быть представлена как значительная емкость C ( Рис.6,а), шунтированная большим сопротивлением R и включенная последовательно со значительно меньшим сопротивлением R
*
, а для глубоко лежащих тканей - это включенные параллельно сопротивление и емкость ( Рис.6,б).
Импеданс тканей организма зависит от множества физиологических условий, основным из которых является состояние кровообращения, в частности кровонаполнение сосудов.
Рис.6

66
На этом основан один из способов исследования периферического кровообращения - РЕОГРАФИЯ.
При этом в течение цикла сердечной деятельности регистрируется изменение импеданса определенного участка тканей, на границах которого накладываются электроды. При реографии применяется переменный ток частотой 20 - 30 кГц. Этим
методом получают реограммы головного мозга - реоэнцефалограммы, печени, легких,
магистральных сосудов и т.д.
Зависимость импеданса тканей организма от частоты переменного тока позволяет оценить жизнеспособность этих тканей, что важно знать, например, при пересадке
(трансплантации) тканей и органов. На рис.7 представлены частотная зависимость импеданса здоровой ткани (1) и мертвой (2) , убитой кипячением в воде .
В мертвой ткани мембраны клеток разрушены и ткань обладает лишь активным сопротивлением, в то время как импеданс живой ткани складывается из активного и емкостного сопротивлений. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и у здоровой, и у больной ткани.
Рис.7

67
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

перейти в каталог файлов
связь с админом