Неорганические сцинтилляторы

Для регистрации нейтронов и заряженных частиц, а также при решении специальных задач используют широкую номенклатуру сцинтилляционных детекторов, но все-таки доминирующее положение в технике радиационных измерений занимают сцинтилляционные счетчики с кристаллами NaI(Tl), в ниже приведенной таблице находятся основные характеристики некоторых органических сцинтилляторов.

Дозиметр радиации - это прибор для измерения мощности ионизирующего излучения за определенный временной интервал.

м2.Теоремы.Теорема слож: вер-ть появления к-л соб-я из неск.несовместных равна сумме их вер-тей. теорема умнож: вер-ть совместного появления независ.соб-й равна произведению их вер-тей.Когда возникает необходимость определять вер-ть некоторого события при условии того,что другое соб-е либо произошло,либо не произошло, используется понятие об условной вер-ти. Усл.вер-ти часто используются для характеристики соб-й,относящихся к процессам диагностики и лечения,в частности,в задачах вер-тей диагностики. Теорема умнож. Вер-тей для зависимых соб-й: вер-ть наступления случ.соб-я А и зависящего от него соб-я В =произведению вер-ти соб-я А на усл.вер-ть соб.В. м3.Распределение дискретных.дискретные величины могут принимать конечное,счетное число случ.значений.(число людей в автобусе,возраст студента) Распределением случ.величины называется зависимость вер-ти ее появления от численных значений этой величины. М ат.ожидание имеет смысл среднего значения случ.величины.Для дискретных случ.величин оно определяется как сумма произведений случ.величины на вер-ть ее появления: Дисперсия описывает разброс случ.величин относительно мат.ож.дисперсия дискретных случ.величин определяется как сумма произведений квадратов разности случ.величин и мат.ож. на соответствующие вер-ти появления этих случ.величин:Физическая размерность дисперсии отличается от размерности случ.величины и ее мат.ож,поэтому помимо дисперсии часто используется характеристика,называемая средним квадратическим, σ=√D;физическая размерность среднего квадратичного совпадает с размерностью случ.величины и ее мат.ож. м7.Плотность вероятности. Плотность вер-ти случайной величины X, функция р (х), такая, что при любых a и b вероятность неравенства а < Х < b равна . Например, если Х имеет нормальное распределение, то где параметр μ — среднее значение (математическое ожидание) случайной величины и указывает координату максимума кривой плотности распределения, а σ ² — дисперсия.Если П. в. p (x) непрерывна, то при достаточно малых dx вероятность неравенства x < X < x + dx приближённо равна p (x) dx. П. в. всегда удовлетворяет условиям . Аналогично определяют П. в. p (x₁,...,x_s)для нескольких случайных величин X₁, X₂,..., X_s (т. н. совместную П. в.): при любых a_i, b_i вероятность одновременного выполнения неравенств a₁ < X_i < b₁,..., a_s < X_s < b_s равна . Если существует совместная П. в. X₁, Х₂,..., X_s, то для независимости этих величин необходимо и достаточно. чтобы совместная П. в. была произведением П. в. отдельных величин X_i, i = 1, 2,..., s. Нормальное распределение (распределением Гаусса) — распределение вероятностей, которое задается функцией плотности распределения(см.выше)Физическая величина, подверженная влиянию значительного числа независимых факторов, могущих вносить с равной погрешностью положительные и отрицательные отклонения, вне зависимости от природы этих случайных факторов, часто подчиняется нормальному распределению, поэтому из всех распределений в природе чаще всего встречается нормальное. Норм.распределение зависит от 2 параметров — смещения и масштаба, т.е.является с математ.точки зрения не одним распределением,а целым их семейством.Значения параметров соответствуют значениям среднего (мат.ож) и разброса(стандартного отклонения). Случ.величина описывается норм.распределением,если 1)она является непрерывной2)вер-ть ее появления убывает с ростом абсолютной величины разности этой случайной величины и мат.ож. распределения3)вер-ть ее появления зависит от абс.величины разности х-М и не зависит от знака этой разност. м10.оценка в теории оценок понимается как сами значения параметров генеральной совокупности, полученные по выборке, так и процесс получения этих значений, т. е. правило, по которому они получены.Оценки подразделяются на точечные и интервальные. Точечные оценки представляют собой определенные значения параметров генеральной совокупности, полученные по выборочным данным. Эти значения должны быть максимально близки к значениям соответствующих параметров генеральной совокупности, которые являются истинными значениями оцениваемых параметров.При формировании интервальных оценок определяют границы интервалов, между которыми с большой вероятностью находятся истинные значения параметров. Начнем с точечных оценок и рассмотрим оценку произвольного параметра (среднего, дисперсии или какого-то другого) генеральной совокупности, который обозначим a. Оценивая параметр a по выборке, находим такую величину a_В, которую принимаем за точечную оценку параметра a. Естественно, при этом стремимся, чтобы оценка была в определенном смысле наилучшей, поэтому к ней предъявляется ряд требований:1. Состоятельность. Точечная оценка a_В называется состоятельной, если при неограниченном увеличении объема выборки(n→∞) она стремится к истинному значению параметра a.В математической статистике показывается, что состоятельной оценкой генерального среднего значения µ, является выборочное среднее арифметическое , а состоятельной оценкой генеральной дисперсии — выборочная дисперсия . 2. Несмещенность. Оценка a_В называется несмещенной, если она не содержит систематической ошибки, т. е. среднее значение оценки, определенное по многократно повторенной выборке объема n из одной и той же генеральной совокупности, стремится к истинному значению соответствующего генерального параметра a. Выборочное среднее арифметическое является несмещенной оценкой генерального среднего μ. Несмещенной оценкой генеральной дисперсии является исправленная выборочная дисперсия. По известной величине выборочной характеристики ( или и др.) можно определить интервал, в котором с той или иной вероятностью определяется значение параметра генеральной совокупности, оцениваемого по этой выборочной характеристике. Вероятности, признанные достаточными для того, чтобы уверенно судить о генеральных параметрах на основании выборочных характеристик, называются доверительными.Обычно в качестве доверительных вероятностей выбирают значения 0,95, 0,99 или 0,999 (их принято выражать в процентах). Перечисленным значениям соответствуют 95, 99 и 99,9 %. Выбор той или иной доверительной вероятности производится исследователем исходя из практических соображений от той ответственности, с какой делаются выводы о генеральных параметрах. м12.Задача проверки статистических гипотез. Одной из задач статистики явл.проблема определения достоверности отличия двух наборов данных(двух выборок).Обычно среднее арифметическое двух сравниваемых выборок отличаются по величине,однако это не является обоснованным док-вом различия полученных рез-тов.Такое отличие может быть обусловлено разбросом данных,происходящим в силу случайных погрешностей измерений или случайного разброса данных вокруг одного и того же номинального значения. Статистичсеки обоснованным случаем отличия является только принадлежность двух выборок к двум разным ген.сов. Вполне возможным явл.случай,когда 2 различных набора данных,характеризуемых различными ср.арифм,на самом деле принадлежат одной и той же ген.сов.В статистике эта проблема решается след.образом:формально выдвигается гипотеза о принадлежности двух исследуемых выборок одной и той же ген.сов. и определяется доверит.вер-ть принятия или отвержения этой гипотезы.Для краткости это предположение называют нулевой гипотезой и обозначают .Эта гипотеза может быть проверена либо путем сравнения довер.инт,двух изучаемых выборок, либо путем применения спец. параметрических и непараметрических критериев. Случайная величина,служащая для проверки нул.гип. наз. статистическим критерием.При стандартном научном подходе проверки гипотез исследователь пытается показать несостоятельность нулевой гипотезы, несогласованность её с имеющимися опытными данными, то есть отвергнуть гипотезу. При этом подразумевается, что должна быть принята другая, альтернативная (конкурирующая), исключающая нулевую, гипотеза. а5.Ультразвук. УЗ наз.мех.колебания и волны,частоты которых более 20кГц. Верхним пределом уз частот условно можно считать Гц.Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещ-ва,в кот.распространяется узволна. Для генерирования узволн используются устройства,наз. УЗ-излучателями.Электромех.излучатели основаны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта.Он заключается в мех деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещ-ва с хорошо выраженными пьезоэл.св-вами. На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить переменное электрическое напряжение от генератора,то пластина благодаря обратному пьезоэл.эффекту начнет выбрировать,излучая мех.волну соответствующей частоты. Прием УЗ волн осуществляется на основе прямого пьезоэл. эффекта.Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и харкатерными св-вами. По физ. природе УЗ явл.мех волной,однако длина волны существенно меньше длины УЗ волны.Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений(хорошо отражается от остей,на пов-ти полых органов) Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей,внутр.органов(УЗ-локация) Скорость распространения УЗ волн и их поглощения существенно зависят от состояния среды,на этом основано использование уз для изучения молекулярных св-в вещ-ва.Исследования такого рода явл. предметом молекулярной акустики.Сжатия и разрежения,создаваемые уз,приводят к образованию разрывов сплошности жилкости-кавитации.Медико-биологические приложения уз можно разделить на 2 направления:диагностика и воздействие. а6.Идеальная жидкость -несжимаемая жидкость,не обладающая вязкостью.подход к жидкости как несжимаемой позволяет получить для ее течения уравнение неразрывности струи.Подход к жидкости как не обладающей вязкостью позволяет применить для ее течения закон сохранения мех. Энергии-уравнение Бернулли.То что для идеальной жидкости вязкость=) означает,что скорости всех слоев текущей жидкости одинаковы-нет сил внутреннего трения,а отсюда и факт сохранения мех.энергии.Уравнение Бернулли выводится из принципа сохранения работы,совершаемой внешними силами над идеальной жидкостью.В этом случае работа идет на изменение только мех.энергии жидкости. а7.Полное давление. Для установившегося течения идеальной жидкости полное давление,равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений есть величина постоянная(уравнение Бернулли).Давления измеряются при помощи манометрических трубок Пито.Если жидкость в трубке находится под давлением,то в вертикальной трубе жидкость поднимается на высоту,соответствующую статическому давлению в данном месте трубки.Неизогнутая трубка измеряет статическое давление: .Изогнутая навстречу потоку трубка измеряет полное давление жидкости.Поэтому динамическое давление можно рассчитать как разность давления в той и другой трубке. а8.Понятия стационарного потока. Стационарным или установившимся течением называют такое течение, когда скорости в каждой точке русла остаются неизменными во времени.Линии тока жидкости-линии,касательно к кот. являются скорости отдельных частиц текущей жидкости. Ламинарным(слоистым) течением называют такое течение,когда отдельные линии тока-траектории движения отдельных частиц не пересекаются.Увеличение скорости течения вязкой жидкости вследствие неоднородности давления по поперечному сечению трубы создает завихрение и движение становится вихревым,или турбулентным.При турбулентном течении скорость частиц в каждом месте беспрерывно и хаотически изменяется, движение является нестационарным.При течении реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют друг на друга с силами,касательными к слоям.Это явление называют внутренным трением или вязкостью. -уравнение Ньютона,здесь -коэффициент пропорциональности, называемый коэф.внутр.трения или вязкостью.Для многих жидкостей вязкость не зависит от градиента скорости,такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона и их наз.ньютоновскими.Жидкости,не подчиняющиеся уравнению,относят к неньютоновским.Кровь является неньютоновской,так как образует агрегации и работа при течении жидкости затрачивается также и на разрушение этих структур. а13.Последоват.соед. при нем ток в проводниках одинаковый, напряжение(разность потенциалов)равна сумме напряжений на каждом резисторе.отсюда получается закон соединения резисторов.Rобщ=R1+R2+… Возьмем неск.труб различной длины и сечения и содержащих разные местные сопротивления,и соединим их последовательно. При подаче жидкости по такому составному трубопроводу расход жидкости во всех последовательно соединенных трубках будет одинаков,а полная потеря напора равна сумме потерь напора во всех последоват.соед.трубах.Q1=Q2=Q3=Q а14.Парал.соед При параллельном соединении проводников складываются величины,обратные сопротивлениям. Х=( Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно H_M и H_N, расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) - через Q, а в параллельных трубопроводах через Q₁, Q₂ и Q₃; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ₁, Σ₂ и Σ₃. Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали Q = Q₁ = Q₂ = Q₃ Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точ. М и N: Σ ^h 1 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 2 ^{= H}_M ^{- H}_N; Σ ^h 3 ^{= H}_M ^{- H}_N Отсюда делаем вывод, что Σ ^h₁ ⁼ Σ ^h₂ ⁼ Σ ^h₃ т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Их можно выразить в общем виде через соответствующие расходы следующим образом Σ ^h 1 ^{= K} ₁ Q ₁^m; Σ ^h 2 ^{= K} ₂ Q ₂^m; Σ ^h 3 ^{= K} ₃ Q ₃^mгде K и m - определяются в зависимости от режима течения. Из двух последних уравнений вытекает следующее правило: для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов следует сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах (Σ h). А15.Закон Гука Согласно закону Гука,напряжение пропорц. деформации.Деф-это изм.взаимн.располож.точек тела,кот. приводит к изм.его формы и размеров.Наиб.простым видом деф.явл.растяжение(сжатие).Применит.к деформации растяжения напряжение σможно выразить как отнош.силы к площади попереч.сеч. σ=F/SДля деф.сдвига напряж.τ выраж. как отноше силы к площади грани,к кот.сила касательна. В этом случае -касательное напряжение τ=F/S Для растяж.и сжатия з.Гука записывается так σ=Еε и τ=Gγ,где Е-модуль Юнга, ε-относит.удлинение(мера деф.растяж),G-модуль сдвига,γ-угол сдвига.Модули упругости, величины, характеризующие упругие свойства материала. В случае малых деформаций, когда справедлив Гука закон, т. е. имеет место линейная зависимость между напряжениями и деформациями, М. у. представляют собой коэффициент пропорциональности в этих соотношениях. Одностороннему нормальному напряжению s, возникающему при простом растяжении (сжатии), соответствует в направлении растяжения модуль продольной упругости Е (модуль Юнга). Он равен отношению нормального напряжения s к относительному удлинению e, вызванному этим напряжением в направлении его действия: Е = s/ e, и характеризует способность материала сопротивляться растяжению. Напряжённому состоянию чистого сдвига, при котором по двум взаимно перпендикулярным площадкам действуют только касательные напряжения t, соответствует модуль сдвига G. Модуль сдвига равен отношению касательного напряжения t к величине угла сдвига g, определяющего искажение прямого угла между плоскостями, по которым действуют касательные напряжения, т. е. G = t/g. Модуль сдвига определяет способность материала сопротивляться изменению формы при сохранении его объёма. Всестороннему нормальному напряжению s, одинаковому по всем направлениям (возникающему, например, при гидростатическом давлении), соответствует модуль объёмного сжатия K — объёмный модуль упругости. Он равен отношению величины нормального напряжения s к величине относительного объёмного сжатия D, вызванного этим напряжением: K = s/D. Э2. Электрический диполь. Электрические поля диполя Известно, что работа отдельных клеток организмов и всех органов и тканей сопровождается возникновением биопотенциалов. Сердце - выполняющее в организмах роль механического насоса - генерирует при своей работе электрические потенциалы, причем при различных видах патологии рисунок электрической активности меняется. В наиболее простом приближении электрическое поле сердца соответствует полю диполя. Электрическим диполем называют электрически нейтральную систему разноименных зарядов, центры тяжести которых пространственно не совпадают. Расстояние, на котором располагаются заряды принято характеризовать дипольным вектором L, дипольным моментом называют произведение величины модулей электрических зарядов на дипольный вектор: Р = q * L Электрическое поле - особый вид материи, создаваемый как неподвижными, так и движущимися заряженными частицами, посредством этого поля осуществляется взаимодействие самих заряженных частиц. Двумя характеристиками этого поля являются НАПРЯЖЕННОСТЬ и ПОТЕНЦИАЛ. Напряженностью (Е) электрического поля называют величину, равную отношению электрической силы, действующей на пробный, положительный заряд к величине этого заряда: Е = F / q(равенство- векторное). Измеряется напряженность в Н/Кл, или В/М. Потенциалом (Ф) точки поля называют величину, равную отношению потенциальной энергии пробного, положительного заряда в некоторой точке поля к величине этого заряда: Ф тА = Wпот / q. Потенциал измеряется в Вольтах (В + ДЖ/Кл). Для поля одного точечного заряда Q напряженность рассчитываются по формуле: Е = k*Q / Е R², потенциал - по формуле Ф =k*Q / s R. В этих формулах к - постоянная, входящая в закон Кулона,равная 9*10⁹ Н*м² /Кл², Е - диэлектрическая постоянная среды, в которой находятся заряды, R - расстояние от заряда,создающего поле. Для наглядности электрическое поле отображают силовыми линиями (линиями напряженности)и эквипотенциальными поверхностями, в плоскости представляющими также линии. По касательным к силовым линиям направлены вектора напряженности поля, причем густота характеризует величину напряженности (чем гуще, тем больше напряженность поля). Эквипотенциальные линии - это линии одинакового потенциала. Для одного точечного заряда (монополя) электрическое поле отображено на рисунке 3 Силовые линии выходят из положительного заряда и уходят в бесконечность. Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным линиям (поверхностям) Формула для нахождения разности потенциалов каких либо 2ух точек поля диполя Ф_точкиВ– Ф _{точки А=}2*Sin(В/2)*k*P*Cos(Y) / Е*R² Поясним эту формулу для случая, относящегося непосредственно к теории Эйнтховена, которая объясняет соотношения величины зубцов электрокардиограммы (ЭКГ) в разных отведениях. Выберем оси координат ОХ и ОУ, диполь - на оси ОХ, некоторую окружность с центром в начале координат и равносторонний треугольник, вписанный в эту окружность, верхняя сторона которой параллельна оси ОХ. Угол Р - это угол, под которым видны точки отведения потенциала из средины диполя - в нашем случае, это из начала координат. Для всех трех отведений разности потенциалов - точи А и В, точки В и С, точки А и С - эти углы ф) равны по 60 градусов, значит в формуле в этом случае Sin можно заменить на 1 / 2. Угол у - это угол, который образует линия отведения потенциала с осью диполя - это самый главный вывод, который следует из этой формулы в теории Эйнтховена. Так для точек отведения разности потенциалов (фтв-фтА) этот угол Yi = 0, для (фтв - фтс) и (фтд - фтс) равен по 60 градусов, так как диполь располагается горизонтально, а угол указанного на рисунке 4 равностороннего треугольника - 60 градусов (эти углы указаны на рисунке 4 двойными линиями). Принято говорить, что разность потенциалов, для каких либо двух точек диполя прямо пропорциональна проекции вектора дипольного момента - Р * Cos(y) - на линию отведения потенциалов. Э5. Электробезопасность и надёжность медицинской аппаратуры. Понятие о токах утечки. Единичное нарушении работы. Типы приборов по доступным токам утечки, их обозначения, особенности. Одним из важных вопросов, связанных с использованием элек­тронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопас­ность как для пациентов, так и для медицинского персонала. Больной вследствие различных причин (ослабленность орга­низма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электро­дов на теле, т. е. прямое включение пациента в электрическую цепь, и др.) оказывается в особо электроопасных условиях по сравнению со здоровым человеком. Медицинский персонал, рабо­тающий с медицинской электронной аппаратурой, также нахо­дится в условиях риска поражения электрическим током. В электрической сети и в технических устройствах обычно за­дают электрическое напряжение, однако действие на организм или органы оказывает электрический ток, т. е. заряд, протекаю­щий через биологический объект в единицу времени. Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электро­дами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Сопротивление R_BB внутренних частей организма слабо зависит от общего со стояния человека, в расчетах прини­мают R_BH = 1 кОм для пути ладонь ступня. Сопротивление R_K кожи существенно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность). Кроме того, на разных участ­ках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление. Поэтому (учитывая неопределенность сопротивления кожи человека) ее вообще в расчет не принимают и считают I = U/R_BH = 17/1000 Ом. Так, например, I = 220/1000 А = 220 мА при U = 220 В. На самом деле кожа имеет сопротивление, которое может превосходить сопротивление внутренних органов, и сила то­ка в реальной ситуации при напряжении 220 В может быть существенно меньше 220 мА. Понятно, что при работе с электрон­ной медицинской аппаратурой должны быть предусмотрены все возможные меры по обеспечению безопасности. Медицинская аппаратура должна нормально функциониро­вать. Это требование, однако, не всегда выполняется, говоря точ­нее, такое требование не может выполняться сколь угодно долго, если не принимать специальных мер. Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т. е. о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышения или понижения допустимых параметров. Устройство, не отвечающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонти­ровав, его можно сделать вновь работоспособным. Во многих случаях достаточно заменить лампу или резистор, чтобы изделие вновь функ­ционировало нормально, однако может быть и так, что аппаратура оказывается настолько устаревшей и изношенной, что экономически нецелесообразно ее ремонтировать (восстанавливать). В связи с этим онтопри­годности аппаратуры и долговечности ее частей. Способность изделия не отказывать в работе в заданных усло­виях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим тер­мином надежность. Ток утечки - ток, обусловленный несовершенством изоляции Под единичным нарушением по­нимают отказ одного из средств защиты от поражения электриче­ским током. По условиям электробезопасности единичное нару­шение не должно создавать непосредственной опасности для чело­века. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения током. Во всяком случае, ток утеч­ки всегда меньше порога ощутимого тока. Э6. Классы приборов по способу дополнительной защиты от поражения электрическим током, их обозначения, особенности. Понятие о занулении и заземлении приборов. Техника безопасности при работе с электрическими приборами. Основное и главное требование — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением. Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппа­ратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основ ной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возмож­ность случайного проникновения и касания внутренних частей ап­паратуры пальцами, металлическими цепочками украшений и т. п. Однако даже если части аппаратуры, находящиеся под напряже­нием, и закрыты от прикосновения, это еще не обеспечивает пол­ной безопасности по крайней мере по двум причинам. Во-первых, какой бы ни была изоляция между внутренними частями аппаратуры и ее корпусом, сопротивление приборов и ап­паратов переменному току не бесконечно. Не бесконечно и сопро­тивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки. Во-вторых, не исключено, что благодаря порче рабочей изоля­ции (старение, влажность окружающего воздуха) возникает элект­рическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом — «пробой на корпус», и внешняя, доступная для касания часть ап­паратуры (корпус) окажется под напряжением. И в одном и в другом случае должны быть приняты меры, кото­рые исключали бы поражение током лиц при касании корпуса при­бора или аппарата. Рассмотрим эти вопросы несколько подробнее. Сила тока утечки на корпус, как и всякий ток проводимости, по закону Ома зависит от напряжения и сопротивления цепи. Электрическая сеть независимо от нали­чия или отсутствия заземления всегда имеет некоторую проводи­мость относительно земли, которая определяется активным (оми­ческим) сопротивлением R₃ изоляции и заземления и емкостью С₃ проводников сети и земли. Электропроводимость между сетью и корпусом зависит соответственно от омического сопротивления ра­бочей изоляции и от емкости между внутренними частями аппара­туры, находящимися под напряжением, и корпусом, т. е. от R и С_ут. Так как сила тока утечки существенно влияет на безопасность эксплуатации медицинской аппаратуры, то при конструировании и изготовлении этих изделий учитывают допустимую силу этого тока как при нормальной работе приборов и аппаратов, так и в случае единичного нарушения. Под единичным нарушением по­нимают отказ одного из средств защиты от поражения электриче­ским током. По условиям электробезопасности единичное нару­шение не должно создавать непосредственной опасности для чело­века. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения током. Во всяком случае, ток утеч­ки всегда меньше порога ощутимого тока. При пробое на корпус доступные (внешние) для касания части аппаратуры оказываются под напряжением. И в этом случае при на­рушенных условиях работы изделий следует предусмотреть возмож­ные способы защиты от поражения электрическим током. К таким основным защитным мерам относятся заземление Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования, с заземляющим устройством. Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. и зануление. Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью. Для понимания физической стороны этих мер нужно знать, как электромедицинская аппаратура подключается к трехфазной системе. При техническом решении вопроса о наиболее экономной пере­даче переменного тока по проводам русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в конце прошлого века была предложена трехфазная система тока (трехфазный ток). Обычно электромедицинская аппаратура присоединяется как од­нофазная нагрузка к линейному или фазовому напряжению. Для упрощения предположим, что линейные провода имеют совершенную изоляцию, а нейтральный провод имеет относительно земли сопротивление R_a. Если бы не было защитного заземления R₃, то при пробое и касании человеком корпуса на человеке оказалось бы на­пряжение. Существенно отметить, что благодаря значительному сопро­тивлению R_H пробой на корпус не вызовет аварийного тока, доста­точного для срабатывания предохранителя, поэтому это наруше­ние может остаться незамеченным для персонала. Однако если рядом окажется аппарат (прибор) с пробоем на корпус от другого линейного провода (другой фазы), то между корпусами двух при­боров появится линейное напряжение. Одновременное прикосно­вение к таким корпусам весьма опасно. В настоящее время в большинстве случаев распространены трехфазные сети с заземленной нейтралью. В этом случае защит­ное заземление малоэффективно. В самом деле, при хорошем за­землении нейтрали R_B мало, например R_u ~ R₃, напря­жение С/ф перераспределится между сопротивлениями, и между корпусом и землей окажется напряжение, равное 0,5 и_ф. Это опасно для человека. Скорее всего при пробое сработает предохранитель, однако это может произойти не сразу или даже вовсе не произойти при недостаточной си­ле аварийного тока. Для того чтобы пред­охранитель сработал, используют другой вид защиты — защитное зануление, при котором корпус аппаратуры соединяют проводниками с нулевым проводом сети. В случае пробоя на корпус возникает короткое замыкание, срабатывает предох­ранитель, и аппаратура отключается от источника напряжения. Так как всегда имеется вероятность обрыв :\ нулевого провода, то нейтраль заземляют в нескольких местах. Резюмируя сказанное, еще раз отметим, что защитные зазем­ления или зануления должны обеспечивать в установках с изоли­рованной нейтралью безопасную силу тока, проходящего через те­ло человека при замыкании цепи на заземленные части аппарату­ры, в установках с заземленной нейтралью — автоматическое отключение аппаратуры от электрической сети. Выше были рассмотрены лишь основные вопросы электробезо­пасности при работе с электромедицинской аппаратурой. Так как трудно дать электротехническое описание различных ситуаций, способных повлечь несчастный случай, то ограничимся в заклю­чение лишь некоторыми общими указаниями: — не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела; — не работайте на влажном, сыром полу, на земле; — не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой; — не касайтесь одновременно металлических частей двух ап­паратов (приборов). При проведении процедур с использованием электродов, нало­женных на пациента, трудно предусмотреть множество вариантов создания электроопасной ситуации (касание больным отопитель­ных батарей, газовых и водопроводных труб и кранов, замыкание через корпус соседней аппаратуры и т. п.), поэтому необходимо четко следовать инструкции по проведению данной процедуры, не делая каких-либо отступлений от нее. Э10. Принцип действия электронного усилителя. Схема на транзисторе. Усилители-это устройства, предназначенные для увеличения величины(амплитуды) слабых электрических сигналов. В медицине к таким сигналам относятся: потенциал покоя (ок. – 70 мВ), потенциал действия(амплитудой 100-140 мВ), электрокардиограмма(амплитуда самого большого R-зубца около 1 мВ), электроэнцефалограмма (амплитуды колебаний менее 100 мкВ) Коэффициентом усилиения (К) називвают отношение величины(амплитуды) усиленного(выходного) сигнаала к величине не усиленного (входного) сигнала. К=Uвых/Uвх (для переменных сигналов здесь берутся амплитудные значения, для постоянных-отношения самих значений сигнала). Главным требованием, предъявляемым к усилителям является отсутствие(или минимальность) привносимых ими искажений. Форма усиленного сигнала должна при усилении оставаться прежней, должен измеряться лишь масштаб сигнала. В качестве основного элемента для усиления используют либо вакуумные электронные лампы, либо: триод, тетрод, пентод, либо полупроводниковый элемент. Свойства электронной лампы-триода, на котором основана работа усилителя. Вакуумный триод предстваляетсобо стеклянный или металличсекий баллон, из которого откачсан воздух до давлений менее сотых долей мм.рт.ст и впаяны электроды: катод анод и сетка. Сетка располагается ближе к катоду. Нагревание катода приводит к вылету из него электронов(термоэлектронная эмиссия), в результате чего в лампе может быть создан электрический ток, величина которогоо будет определяться напряжением на аноде и сетке относительно катода. Анодной характеристикой называют график зависимости анодного тока от анодного напряжения при постоянной темпертауре катода(рисунок с двуми линиями) Сеточной характеристикоц наз. График зависимости анодного тока от сеточного напряжения при постоянной температуре катода и напряжении на аноде.(рисунок с одной линией). Свойство триода состоит в том, что незначительные изменения напряжения сетки лампы вызывают значительные изменения ее анодного тока. Если построить графики анодных и сетончых характеристик в одно масштабе, то это совйство будет проявляться в болшей крутизне сеточной характеристики. Коэффициент усиления триода (Ктр=∆Ua/∆Uc)∆Ua и ∆Uc-приращения соответствующих напряжений, приводящих к одинаковым изменениям анодного тока. Схема усилителия на электронной лампе-триоде Усиливаемое напряжение подается между сеткой и и катодом лапмы, а снимается с резистора R2. На резисторе R1, имеющееся напряжение представляет собой сумму постоянного напряжения от источника питания (Е), подаваемого на анод, и усиленного переменного напряжения. Разделительный конденсатор (Ср) позволяет снимать с резистора R2 только усиленное переменное напряжение. Принцип усиления можно отразить с помощью сеточной характеристики-чем больше наклон сеточной характеристики, тем больше коэффициент усиления. Рр0хзщхщз понятие о транзисторах. Транзистор-это полупроводник, содерж. Два p-n перехода. Это структура p-n-pили n-p-n типа. Левыйp-nпереход на рисунке 7 включен к источнику тока в прямом пропускающем ток направлении. Он называется эмиттерным переходом. Правый p-n переход включен к источнику в обратном, запирающем ток направлении. Он называется коллекторным переходом. Области транзистора соответственно называются эмиттером, базой и коллектером. Нарисованная схема-схема с общим эмиттером. Свойство транзистора аналогично свойству вакуумного триода-незначительные изменения на базе(или тока базы) приводят к значительным изменениям токка коллектора. Вместо анодной и сеточной характеристик используют понятие входной и выходной характеристик. Выходной характеристикой называется график зависимости тока базы Iб от напряжения на базе Uб при постоянном коллекторном напряженнииUк. (рис. 8) Чем больше Uк, тем сильнее расширяется коллеторный переход на область базы, ток базы уменьш., т.к часть носителей(дырок) попадает при этом в область коллектора. Выходной характеристикой называют график зависимости коллекторного тока Iк от напряжения на коллекторе Uк при постоянном токе базы Iб. Выделяют две области: область резкого роста тока и область насыщения(рис. 9) область насыщения Iк обусловлена тем, что при достаточно больших напряжениях Uк>Uк*≈6В коллекторный переход расширяется на всю область базы и дальнейшее увеличение коллекторного напряжения не отражается на изменеииколлекторноо тока. Из сказанного понятно, что область базы должна быть достаточно тонкой. Для транзистора используют понятие коэффициента усиления. Рассматриваемя схема включения транзистора является схемой с общим эмиттером, в этом случае говорят о коэффициенте усиления транзистора по току. Β=∆Iк/∆Iб при Uк>Uк*≈6 В. Этот коэффициент можно вычислить по экспериментальным графикам выходных характеристик. Для случая на рис 9 коэф. Усиления равен β=(3-2)мА/(40-20)мкА=1000мкА/20мкА=50. Коэффициент усиления транизистора и усилителя не одно и то же. На коэффициент усиления усилителя влияет как коэффициент усиления этих элементов, так и значение выходного сопротивления схемы усилителя: Кусилителя=Ктриода/(1+Rтриода/Rвых) Схема усилителя на транзисторе. В зависимости от типа транзистора в электрических схемах их обозначают так, как показано на рис. 10. Усиливаемый сигнал подается между эмиттером и базой. Усиленный сигнал снимается с резистора R2, который стоит после разделительного конденсатора в цепи коллектора, как и в схеме с вакуумным триодом(рис. 11) Электрические схемы усилителей на вакуумной лампе и на транзисторе во много аналогчины друг другу. Можно указать аналгоию самих элементов лампы и транзистора: эмиттер соотв. катоду, база-сетке, коллектор-аноду. Э13. Электроды для съема биоэлектрических сигналов Электроды для съема биоэлектрического сигнала-это проводники специальной формы, соединяющие измериткльную цепь с биологической системой. При диагностике электроды используют не только для съема электрическоо сигнала, но и для подведения электромагнитного воздействия(например в реографии). В медицине также используют для оказ. Электромагнитного воздействия с целью лечения и электростимуляции. Требования: электроды должны быстро фиксироватся и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не создавать помех и т.д Важная физическая проблема заключается в минимизации потерь полезной информации, особенно на переходном сопротивлении электрод-кожа. Схема рис. 17.2 (ξбп-ЭДС источника биопотенциалов, r-сопротивление внутренних тканей биосистемы, R-сопротивление кожи и электродов, контактирующих с ней.Rвх-входное сопротивление усилителя биопотенциалов) Для уменьенияпереходоного сопротивления электрод-кожа стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченные физ.раствором. или электропроводящие пасты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площальконтактп электрод-кожа, но при этом электрод будет захватывать неск. Эквипотенциальных поверхностей и истинная картина будет искажена. По назначению электроды делят на следующие группы: 1) Для кратковременного применеия в кабинетах функциональной диагностики, например для снятия ЭКГ. 2) Для длительного наблюдения за тяжелобольными 3) Для исследованиях на подвижных больных(напр. В спорт медицицне) 4) Для экстренного применения. При использовании электродов в электрофизиологических исследованиях возникают 2 специфические проблемы: возникновение гальванической эдс при контакте электрода с биотканью и электролитическая поляризация электродов, что прявляется в выделении на электродах продуктов реакций при прохождении тока. В рез-те возникает встречная по отношению к основнойэдс. В обоих случахэдс искажают сигнал. Для сниятияэкг к конечностям специальными резиновыми лентами прикрепляют электроды-металлические пластинки с клеммами 1. В кторые вставляют и закреплябт штыри кабелей отведения. Кабели соединяют электроды с электркардиографом. На груди пациента устанавливают грудной электрод 2. Он удерживается резиновой присоской. Этот электрод такдже имеет клемму для тыря кабеля отвдения. В микроэлектродной практике используют стеклянныемикроэлектроды. Кончик его имеет диаметр 0,5мкм. Корпус-изолятор, внутри проводник в виде электролита. Позволяет проводить внутриклеточные исследования. Э14. Датчики медико-биолоической информации. В некторых случаях к медико-биологической информации удобнее подойти как к неэлектрической величине(например пульс) В этих случаях используют даткчики. Датчик-устройство, преобразующее измеряемую или контрольируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования и регистрации. Датчик, к которому подведена измеряемая величина т.е первый в измерительной цепи-первичный.В медицине используют датчки, котрые преобразуют исследуемую величину в электрический сигнал. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические. Генераторные под воздействием измеряемого сигнала непорседственно генерируют напряжение или ток. Виды и являния, на которых основано действие. 1) пьезоэлектрические(пьезоэлектрический эффект), 2)термоэлектрическиие(термоэлектричество-являение возникновения эдс в цепи, состоящей из последователоьно соединенных разнородных проводников, имеющих различную температуру спаев. 3) индукционные(электромагнитная индукция) 4) фотоэлектрические(фотоэффект) Параметрические датчики под воздекйствием измеряемого сигнала изменяют какой-либо свой параметр. Некоторые измеряемые с их помощью параметрры: 1) емкостные(емкость) 2) реостатные(омическое сопротивление) 3) индукттивные(индуктивность) В зависимости от вида энергии, явл. Носителем инфомации, различают механические, акустические, температурные, электрические, оптические и др. Датчик характеризууется функцией преобразования-функциональной зависимостью выходной величины у от входной величины х, которая описывается аналитическим выражением y=f(x) или графиком. Наиболее простым и удобным случаем является прямо пропорциональная зависимость y=kx Чувствительность датчика показывает в какой мере выходная величина реагирует на изменеие входной Z=∆y/∆x(выражается в омах на миллиметр Ом/мм или в милливолтах на кельвин мВ/К в зависимости от вида датчика) Физические процессы в датчиках не происходят мгновенно, это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с изменением входной. Аналитически такая особенность приводит к зависиомсти чувствительногсти датчика от скорости изменения входной величины dx/df или от частоты при изменении х по гармоническому закону. При работе с датчиками следует учитывать погрешности. Причины погрешностей: 1) температурная зависимость функции преобразования 2) гистерезис- запаздывание у от х даже при медленном изменении входной величины, происходящее в результате необратимых процессов в датчике 3) непостоянство функции преобразования во времени 4) обратное воздействие датчика на биологическуб систему, приводящее к изменению показаний 5) инерционность датчика(пренебрежение его временными характеристиками) и т.д Конструкция датчико, исп. Вв медицине разнообразна. Весьма простой датчик ищмерения частоты дыхания – реостатный. Этот датчик выполнен в виде резинонвой трубки 1, которая заполнена мелким угольным порошком 2. С торцов трубки вмонтированы электроды 3. Через уголь можно пропусать ток от внешнего источника 4. При растяжении трубки увеличивается длина L и уменьшается площадь сечения S столбика угля и увеличиваестя сопротивление: R=ρL/Sгде ρ-удельное сопротивление уголнього порошка. Если трубкой опоясать грудную клетку, то при вдохе трубка растягивается, а при выдохе сокращается. Сила тока в цепи будет изменяться с частотой дыхания, что можно зафиксировать, используя соответсвующую дыхательную схему. э 15. Понятие об аналоговых, дискретных и комбинированных регистрирующих устройствах. Устройства отображения. Медицинское применение регистрирующих и отображающих устройств. Под устройством отображения понимают устройство, которое временно представляет информацию, при появлении новой инфор­мации прежняя информация бесследно исчезает, Такими являются, в частности, стрелочные приборы: амперметр, вольтметр и др. Стрелочный амперметр, например, показывает силу тока в данный момент и не фиксирует ее. При изменении силы тока в цепи инфор­мация о прежнем значении безвозвратно утрачивается. Для запо­минания информации, отображаемой такими устройствами, необхо­димо специально ее фиксировать, что, например, и делают студен­ты в физической лаборатории, снимая показания приборов. Меди­ко-биологическое применение устройств отображения достаточно мало: электротермометр сопротивления, частотомер пульса и др. Значительно большее распространение в медицинской электро­нике получили регистрирующие приборы, которые фиксируют ин­формацию на каком-либо носителе. Это позволяет документиро­вать, хранить, многократно использовать, обрабатывать и анализи­ровать полученную медико-биологическую информацию. Отображающие и регистрирующие приборы подразделяют на аналоговые - непрерывные, дискретные и комбинированные, сочета­ющие возможности аналоговых и дискретных. Рассмотрим подробнее наиболее распространенные в практике медико-биологических исследований аналоговые регистрирующие устройства Некоторые из них называют также самопишущими приборами илисамописцами. Самопишущие приборы, используемые в медицинской аппаратуре» преобразуют электрический сигнал в механическое перемещение. Физичес­ки они являются гальванометрами — высокочувствительными электро измерительными приборами, реагирующими на достаточно малую силу тока. Важной характеристикой самописца является диапазон частот колеба­ний, которые они успевают регистрировать. Чем больше момент инерции подвижной части самописца, тем больше запаздывание регистрации относи­тельно истинного изменения регистрируемой величины, частотная харак­теристика' будет хуже. Наиболее широкие частотные возможности у аналоговых регистриру­ющих приборов, называемых светолучевыми (шлейфовыми) осциллографа­ми. Наряду с аналоговымирегистрирующими приборами в медицинской практике для фиксированияинформации используются и такие безынерционные комбинированные устройства, как электронно-лучевые трубки Так, например, в портативном вектор-кардиоскопе электронно-лучевая трубка является основным элементом, который отобра­жает, а при дополнительном фотографировании и регистрирует электро- и вектор кардиограммы Электронно-лучевая трубка относится к группе комбинированных устройств, так как может отображать (при дополнительном фотографирова­нии — регистрировать) выходную информацию не только в аналоговой, но и в дискретной форме (цифры, буквы). Э16.16 АМПЛИТУДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЯ НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ Рассмотрим усиление синусоидального (гармонического) сигнала. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэф­фициент усиления должен быть одинаков для различных напряже­ний в пределах изменения входного сигнала. В этом случае зависимость U вых — лямбда Uмакс входа), называемая амплитудной характеристикой усилителя, имеет линейный вид: U макс вых =КUмакс входа. На самом деле линейная зависимость выполняется в ограниченной области изменения входного напряжения, при выходе за пределы этой области линейность зависимости нарушается Если входной гармонический сигнал выйдет за пределы линейной части амнлитудной характеристики, то выходной сигнал ужене будет гармоническим, Воз­никнут нелинейные (амнлитудные) искажения. э17. Частотная (амплитудно-частотная) характеристика усилителей. Линейные искажения. Полоса пропускания. Использование линейного участка характеристики еще не является гарантией неискаженного усиления электрического сигнала. Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, то он может быть разложен на отдельные гармонические составляющие, каждой из которых соответствует своя частота. Так как в усилителях исполь­зуются конденсаторы и катушки индуктивности, а их сопротивле­ние зависит от частоты, то коэффициент усиления для разных гар­монических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства провод­ников, сколь бы малы они ни были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления. Таким образом, существен­на зависимость к =f(w) которая полу­чила название частотной характеристики усилителя. Для того чтобы ангармонический сигнал был усилен без искажения (даже при использовании линейной части амплитудной характеристики), необходима независимость коэффициента усиления от частоты Частотная характеристика должна плеть вид к = const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных. Для расширения полосы пропускания приходится усложнять усилительные схемы. Однако диапазон частот, которые надо усили­ть без искажения, определяется задачами усиления. Так, для усиления звука достаточно полосы 60 Гц — 15 кГц, а усиление видеоимпульсов требует значительно большей полосы пропускания. э18. Основные компоненты аппарата УВЧ. Терапевтический контур, его назначение. Резонанс электрических сигналов. Частота, на которой работают отечественные аппараты УВЧ. Одним из наиболее распространенных физиотерапевтических методов является УВЧ-терапия — воздействие на ткани и органы переменным электрическим полем ультравысокой частоты (30- 300МГц). УВЧ-терапия применяется при лечении воспалитель­ных процессов в костях и суставах, невралгии, бронхиальной астмы и других заболеваний. Физиологическое воздействие электрического поля УВЧ основано на действии переменного электрического поля на молекулы и ионы в тканях организма. В результате этого воздей­ствие в тканях выделяется значительное количество теплоты, что приводит к активизации биохимических и физиологических процессов Высокочастотное прогревание происходит за счет образования тепла во внутренних частях организма. Выделяемая теплота за­висит от диэлектрической проницаемости тканей, их удельного сопротивления и частоты электромагнитных колебаний. Подби­рая соответствующую частоту можно осуществлять преимущест­венное выделение теплоты в нужных тканях и органах. Рассмотрим механизм действия УВЧ электрического поля на растворы электролитов и диэлектриков. Нагревание электролитов в поле УВЧ происходит за счет движения ионов, т. е. токопроводимости. При этом энергия тока переходит во внутреннюю. Количество теплоты, выделенное в электролите q1=E^2/p где E эффективное значение напряженности электрического поля; р — удельное сопротивление электролита. Под действием высокочастотного электрического поля в диэ­лектрике происходит непрерывная переориентация дипольных молекул. В СССР принято использовать в аппарате УВЧ частоту 40,58 МГц. При этой частоте нагревание диэлектриков происхо­дит интенсивнее, чем электролитов. Описание установки Аппарат УВЧ состоит из двухтактного лампового генератора (ЛГ) и терапевтического контура (ТК). Основными частями генератора являются: колебательный контур, включенный в анодную цепь, в котором возбуждаются незатухающие электромагнитные колебания, частота которых определяется индуктивностью La и емкостью C контура; Воздействие электрическим полем УВЧ на пациента производитея посредством эдектродов пациента (ЭП), которые включены в терапевтическнй контур, индуктивно связанный с анодным колебательным контуром генератора. Индуктивная связь исключает возможность попадания больного под высокое по­стоянное напряжение, ко­торое всегда имеется в ге­нераторе, Наибольшая мощность выделяется в терапевтиче­ском контуре при условии резонанса, т|е, тогда, когда частота собственных колебаний терапевтического контура совпадает с частотой колебаний, возникающих в анодном колебательном контуре генератора э19 ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧАСТОТНЫХ ИНТЕРВАЛОВ, ПРИНЯТАЯ В МЕДИЦИНЕ Из теории Максвелла вытекает, что различные электромагнитные волны, в том числе и световые, имеют общую природу. В связи с этим целесообразно представить всевозможные электромагнитные волны в виде единой шкалы (рис. 18.27). Вся шкала условно подразделена на шесть диапазонов: радиоволны (длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультра фиолетовые, рентгеновские и гамма-излучение. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, либо возмож­ностью зрительного восприятия их человеком. Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками (макроизлучатели). Инфракрасное, види­мое и ультрафиолетовое излучения исходят из атомов, молекул и быстрых заряженных частиц (макроизлучатели). Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах, гамма-излучение имеет ядерное происхождение. Некоторые диапазоны перекрываются, так как волны одной и той же длины могут образоваться в разных процессах. Так, наи­более коротковолновое ультрафиолетовое излучение перекрывается длинноволновым рентгеновским. В этом отношении очень характерна пограничная область инфракрасных волн и радиоволн. До 1922 г. между этими диапазона ми был пробел. Наиболее коротковолновое излучение этого полненного промежутка имело молекулярное атомное происхожде­ние (излучение нагретого тела)*, а наиболее длинноволновое излучалось макроскопическими вибраторами Герца Сейчас никого не удивляет, что даже миллиметровые волны могут Генерироваться не только радиотехническими средствами, но и молекуляр­ными переходами. Появился раздел - радиоспектроскопия, который изуча­ет поглощениеи излучение радиоволн различными веществами. В медицине принятоследующее условное разделение электромагнитных колебаний на частотныедиапазоны Низкие (НЧ)до 20 Гц Звуковые (34) 20 Гц - 20 кГц. Ультразвуковыеили надтональные (У3Ч) 20 кГц -.200 кГц Высокие (ВЧ)200 кГц - 30 МГц Ультравысокие (УВЧ)30МГц - 300 МГц Сверхвысокие (СВЧ)300 МГц -300 ГГц Крайневысокие (КВЧ) свыше 300ГГц Оптика. О1. Геометрическая оптика. Явление полного внутреннего отражения света. Предельный угол полного отражения. Ход лучей. Волоконная оптика Геометрическая оптика – раздел физики, в котором законы распространения света рассматриваются на основе представления о световых лучах (нормальных к волновым поверхностям линий, вдоль которых распространяется поток световой энергии). Полное отражение света Полное отражение света - явление, при котором луч, падающий на границу раздела двух сред, полностью отражается, не проникая во вторую среду. Полное отражение света происходит при углах падения света на границу раздела сред, превышающих предельный угол полного отражения при распространении света из оптически более плотной среды в среду менее оптически плотную. Явление полного отражения света в нашей жизни. Это явление используется в оптоволоконной оптике. Свет, под определенным углом попадая в оптически прозрачную трубку, и многократно отражаясь от ее стенок изнутри выходит через другой ее конец (рис.5). Так передаются сигналы. При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, ₁>₂; и согласно закону преломления (1.4) показатель преломления n>1, поэтому > (рис. 10, a): преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред. Если направить луч света в обратном направлении – из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. 10, б), то закон преломления запишется так: (1.8) Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии бывшего падающего луча, поэтому  < , т. е. преломленный луч отклоняется от перпендикуляра. По мере увеличения угла  угол преломления  растет, оставаясь всё время больше угла . Наконец, при некотором угле падения значение угла преломления приблизится к 90 и преломленный луч пойдет почти по границе раздела сред (рис. 11). Наибольшему возможному углу преломления =90 соответствует угол паления ₀.

Рис. 11

Попробуем сообразить, что произойдет при  > ₀. При падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. При  > ₀ преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.

Для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 12). Узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается. Отражение происходит в соответствии с законом отражения, a преломление – в соответствии с законом преломления (1.4).

Рис. 12

Если увеличивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и следовательно, энергия) отраженного пучка растет, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. Особенно быстро убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90. Наконец, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см.рис. 11), доля отраженной энергии составляет почти 100%. Повернем осветитель, сделав угол падения  большим ₀. Мы увидим, что преломленный пучок исчез и весь свет отражается от границы раздела, т. е. происходит полное отражение света.

На рисунке 13 изображен пучок лучей от источника, помещенного в воде недалеко от ее поверхности. Большая интенсивность света показана большей толщиной линии, изображающей соответствующий луч.

Рис. 13

Угол падения ₀, соответствующий углу преломления 90, называют предельным углом полного отражения. При sin=1 формула (1.8) принимает вид

(1.9)

Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения ₀. Для воды (n=1,33) он оказывается равным 4835', для стекла (n=1,5) он принимает значение 4151', а для алмаза (n=2,42) этот угол составляет 2440'. Во всех случаях второй средой является воздух.

Явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. Нальем в стакан водуи поднимем его несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной вследствие полного отражения света.

Полное отражение используют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон – световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути (рис. 14).

Рис. 14

Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения (рис. 15). Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:   123  Сейчас читают про: Типы экономических систем: рыночная экономика, традиционная экономика, административно-командная экономика, сме­шанная экономика 500-летие Реформации Рыночное равновесие спроса и предложения. Равновесная цена Эластичность предложения Виды юридических лиц Субъект, объект, объективная, субъективная стороны правонарушения Самый сильный аргумент, почему эволюция человека не могла быть  Не печалься о том, что никто не знает тебя, а стремись быть тем, кого могут знать. © Конфуций ==> читать все изречения... 6325 6165 Понравился сайт? Поделись им с друзьями: