Түрлі ағзаға электр және магнит өрісінің әсері

«АСТАНА МЕДИЦИНА УНИВЕРСИТЕТІ»  АҚ

 

Кафедра: биофизика курсымен, информатика, математика

 

 

Реферат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тақырыбы: Түрлі ағзаға электр және магнит өрісінің әсері

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Қабылдаған:Г.Б.Ахметов

                                                   Орындаған:М.Жандарбек

                                                                  С.Төребек 101МПД

АСТАНА  2013 ж.

 

 

Жоспар:

1. Кіріспе
2. Негізгі бөлім

     а) Электр  өрісі.

б) Электр өрісінің қозғалмалы зарядқа әсері.

в) Айнымалы электр тогының тірі ұлпаға әрекеті.

г) Магнит өрісі.

д) Магнит өрісінің қозғалмалы зарядқа әсері.

е) Айнымалы  магнит өрісінің  ұлпаға әрекеті.

3. Қорытынды.

4. Қолданылған әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Материяның әртүрлігі электрлік өріс болып табылады. Сонымен қатар осы өрісте орналасқан электрлік зарядтардың әсерлесуінен туындайды. Электрлік өрістің мінездемесі биологиялық құрлымның генерациялануы, ағзаның хал – жағдайы туралы ақпарат көзі болып табылады.

Салыстырмалы  тыныштықта  тұрған  зарядтың  төңірегінде  электр  өрісінің  туатынын  электростатикадан  білеміз.

Егер  зарядтар  реттелген  қозғалысқа  келсе,  яғни  өткізгіште  электр  тогы  болса,  оның  төңірегінде  электромагниттік  өріс  туады.  Электр  өрісі  негізінен өткізгіштің ішіне шоғырланғандықтан,  электр  тогының магнит  өрісі өткізгіш  төңірегіндегі кеңістікте  туады.  Магнит  өрісі туралы  ілім  1820  жылы  дат физигі  Эрстедтің магнит  және  электр  құбылыстарының  байланыстарын анықтаудан  басталады.

Молекулалардан тұратын  барлық заттардың әрбіреуі жүйелік  зарядтарды құрайды.  Сондықтан дененің хал – жағдайының  мәнісі әсер ететін электромагниттік өрістің және олар арқылы өтетін ток ағынына байланысты. Биологиялық денелердің электрлік қасиеттері өте күрделі.

Ағзаға  электромагниттік өрістің және токтың  бірінші  механикалық  әсерін – физикалық деп, сонымен қатар оны медицинада емдеу әдісі ретінде қарастырады. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электр өрісі

 

Электр өрісінің организмге әсерін айтпас бұрын, электр өрісіне тоқталып өтейік. Салыстырмалы тыныштықта тұрған заряд қоршаған кеңістікте электростатикалық өріс тудырады. Осы өрістің кез-келген  нүктесінде  орналасқан  нүктелік зарядқа әсер  етуші күш арқылы  өрістің барлығын  және  оның  интенсивтігін  анықтауға  болады.

Бір зарядтың  екінші  зарядқа  әсері  өріс  арқылы  шекті  жылдамдықпен  беріледі.

Электр  өрісіне  орналастырған  нүктелік  оң  зарядтың  өз  өрісі  өте  әлсіз  болса,  ондай  зарядты  сыншы  заряд  деп атаймыз.

Өрістің  белгілі  бір нүктесіне орналасқан  сыншы q₀   зарядқа  әсер  етуші  күш  (Ғ)  q₀  зарядына  пропорционал  болады.

Шамалары  әртүрлі q₀ , q₀ , q₀ ,. . .  сыншы  зарядтарды  өрістің  бір  нүктесіне  алма  кезек  орналастырсақ,  әр  сыншы  зарядқа  әсер  етуші  күштер де  әртүрлі  болады: Ғ ,  Ғ ,  Ғ ,  ...  Бір ғажабы  осы  нақтылы  өріс  нүктесі  үшін  күштің  сыншы  зарядқа  қатынасы  тұрақты  шама  болады, яғни

= = =…=const

Ендеше  өрістің  кез  келген  нүктесі үшін  осы тұрақты қатынас электр  өрісінің  физикалық қасиетін  өрнектейтін шама  ретінде қарастыруға болады.  Осы тұрақты шаманы  электростатикалық өрістің кернеулігі  деп атап,  оны Е әріпімен  белгілейміз: 

                                    E=

Анықтама  бойынша, кернеулік  электр  өрісінің  күштік  сипаттамасы.  Өрістің  біз  танысып  отырған  осы  қасиеті - өрістің  объективті  шындық  екенін,  біздің  сана-сезуімізге  тәуелсіз  материяның  бір  ерекше  формасы  екендігінің  айғағы.

Жоғарыдағы  теңдеуді  векторлық  кескінде  де жазуға  болады:

              =

        Осы  теңдеуден  сыншы  зарядтың  q₀ = +1  болғанда,  Е = Ғ  екендігін  аңғару  қиын  емес.  Осыдан  төмендегідей  анықтама  беруге  болады:

Өрістің  белгілі  бір  нүктесіндегі  кернеулігі –  сол  нүктеге  орналастырылған  бірлік  оң  зарядқа  әсер  етуші  күшке  тең,  ал  бағыты  сол күшпен  бағыттас  векторлық шаманы  айтамыз.

Халықаралық  бірліктер  жүйесінде  кернеуліктің  өлшем  бірлігі

    Осы  өлшем   бірлігінің  толық  түсінігі  өрістің  энергетикалық  қасиетін  сипаттайтын  физикалық  шама  потенциал  мен  кернеуліктің  байланысын  анықтағаннан  кейін   беріледі.

Нүктелік  q заряды  өрісінің  кернеулігін  анықтайық.  Өріс  тудыратын  заряд  q > 0  болса,  осы  зарядтан  r  қашықтығында (0 ≤ r < ∞)  А нүктесінде  орналасқан  q₀  сыншы  зарядқа  Кулон  заңы  бойынша  әсер  етуші  күш

F=

     Сондықтан өрістің А нүктесіндегі  кернеулігі

   E=

Егер  q < 0  болса,  теңдеу мен кернеуліктің  А нүктедегі мәнін анықтауға болады.

Радиус-вектор  r  өріс  тудыратын q  зарядынан кернеулік анықталатын А нүктесіне бағытталады.

Соңғы  теңдеуді  векторлық  түрде  төмендегідей  өрнектейміз:

                 E=

Егер  өріс  тудыратын  заряд  q > 0  болса,  кернеулік  векторы  мен  радиус-векторы  бағыттас  болуы,  ал  q < 0  болғанда  кернеулік векторы  мен  радиус  векторы  қарама-қарсы  бағытта  болуы  теңдеуден  түсінікті.

Егер өріс  тудыратын  нүктелік  зарядтарды q₁,  q₂, ....,  q_n  деп  белгілесек,  кез-келген  нүктедегі  күрделі  өрістің  қорытқы  кернеулігі  жеке-жеке  зарядтың  әрқайсысының  осы  нүктеде  тудыратын  кернеуліктерінің  геометриялық  қосындысымен  анықталады:

     = + +…+ =

   Соңғы  өрнек  электр  өрісінің  суперпозиция  (қабаттасу)  принципі  деп аталады.

Электр  өрісін  кернеулік  сызықтары  (күш  сызықтары)  арқылы  кескіндеуді  Фарадей  ұсынған.  Күш  сызықтарына  белгілі  бағыт  беру  келісім  арқылы  болады.  Күш  сызықтарының  әр  нүктесіндегі  жанамалар  өрістің  сол  нүктедегі  кернеуліктерін  өрнектейді.

Егер  электр  өрісін  тудырушы  заряд  оң  таңбалы  болса,  күш  сызықтары  радиус-вектор  арқылы  сол  зарядтан  шексіздікке  бағытталады.  Егер  электр  өрісін  теріс  таңбалы  заряд  тудырса,  онда  күш  сызықтары  радиус-вектор  арқылы  шексіздіктен  зарядқа  бағытталады.  Электр  өрісін  белгілі  бір  қашықтықта  тұрған  абсолюттік  шамалары  бірдей  оң  және  теріс  зарядтар  тудырса,  күш  сызықтары  оң  зарядтан  басталып  теріс  зарядта  аяқталады.

Сондықтан  кернеулік  сызықтарының  басталу  нүктелері  оң  заряд,  не  шексіздік  және  соңы  теріс  заряд  не  шексіздік  болатындығын  байқаймыз.  Осы  мысалдардан  аңғарғанымыз:  күш  сызықтарының  басталу  және  аяқталу  нүктелерінің  болуы.

Күш  сызықтарының  кескініне  қарап  өрістің  біртекті,  біртекті  емес  екенін  анықтаймыз.  Кернеуліктің  сызықтары  жиілігі  бірдей  параллель  түзулер  болса,  өрістің  кернеулігі  тұрақты  шама  болады,  ал  өріс    біртекті    деп    есептелінеді.    Күш    сызықтарының    орналасуыда 

осындай  қасиет  болмаса,  өрісті  біртекті  емес  деп  атаймыз.

          

 

Электр  өрісінің  қозғалмалы  зарядқа  әсері

 

Кернеулігі  Е біртекті  өріс  ұзындығы  х  конденсаторының ішінде  шоғырланған.

Өріске  перпендикуляр  бағытта  V  жылдамдығымен  кірген  заряд  өзінің  траекториясын  суретте  көрсеткендей  өзгертеді.  Егер  қозғалатын  зарядты  дене  электрон  деп  санасақ  q = e < 0.  Электрон  конденсатордан  шығарда  алғашқы  бағытынан  у  қашықтығына  ауытқығанын  байқаймыз.  Ауытқудың  мәнін  вертикал  бағытта  бірқалыпты  үдемелі  қозғалысқа  келетін  электронның  жолы  деп  қарастырамыз.

                        y=

мұндағы   t – электронның  конденсатор  ішінде  қозғалу  уақыты,  ал  а вертикал  бағыттағы  электорнның  қозғалу  үдеуі

                             F=e

осыдан

             a=         

 

Қозғалыстың  тәуелсіздігіне  сүйеніп  электронның  у – жолын  жүруге  немесе  бірқалыпты  қозғалып  х жолын жүруге  кететін уақыттары бірдей  болғандықтан:

t=

Нәтижесінде

y=

Мұндағы           –  электрон  зарядының  массасына  қатынасы  электронның  меншікті  заряды  деп  аталады.

Соңғы  өрнек  параболаның  теңдеуі.  Сондықтан  біртекті  электр  өрісінде  қозғалатын  зарядтың  траекториясы  парабола  болады.

 

Айнымалы электр тоғының тірі ұлпаға әрекеті.

Адам ағзасының маңызды  бөлігін  биологиялық  сұйықтықтар құрайды, олар үлкен сандық иондарды құрайды, сондықтан олар әртүрлі алмасу процесстерге қатысады.

Электр өрісінің әсерінен иондар әртүрлі жылдамдықта қозғалады және клеткалық мембраналар маңында жиналады, қарсы электрлік өріс құралады, ол поляризациаланған деп аталады. Сонымен алғашқы тұрақты тоқ іс - әрекеті  иондардың қозғалысына байланысты, олардың бөлшектенген және өзгертілген олардың концентрациясы әртүрлі элементарлық ұлпалар.

Организмге әсер ететін тұрақты ток, ток күшіне байланысты, сондықтан ұлпалардағы және терілердің электрлік кедергісінің маңызы зор. Ылғал, тер кедергінің маңызын кемитеді, кішкентай кернеудің өзі организм арқылы өтетін ток байқалады.

Төменгі кернеуде  5 және 50 мА –  ге тең аралықтағы тұрақты  электр тогымен емдеу мақсатында қолдану  гальванизациялау деп аталады. Гальванизация кезінде 60 – 80 Вольтқа тең  кернеу  және  тығыздығы 0,05 ¸0,1   электр  тогы қолданылады. Гальваникалық токтың организмга әсері, қабыршақтарына енетін иондар концентрациясын өзгертуге әкеп соқтыратын күрделі процестер тудрады.

Ағза ұлпасы ішінде орналасқан химиялық заттардан электрлік зарядтары  теріс немесе оң полюске қарай орын ауыстырады, кейде диссоцианцияланған бөлшектердің орын ауытыруын байқауға болады, мысалы, май тамшыларының коллоидтарының теріс полюске қарай орын ауыстыруын байқауға болады. Мұндай құбылыс катафорез деп аталады.

Зарядталған мембраналар  арқылы өтетін ток, ол арқылы судың  өтімділігін күшейтеді. Бұл құбылыс  электрлік осмос құбылысы деп  аталады.  Гальванизациядан басқа медицинада иондық гальванизация деген ұғым кең қолданылады яғни  пайдаланып тұрақты ток арқылы адам организміне шипалы иондарды енгізу.

Шипалы заттар диссоциацялану негізінде қабылдайтын зарядтардың  таңбасына сәйкес енгізіледі. Анод арқылы кейбір органикалық қосылыстардың иондары беріледі, мысалы, сульфидин, пенциллин және басқалар. Катафорез, электрлік осмос, иондық гальванизация құбылыстарының жиынтығы электрофорез деп аталады. Ертіндіден, электрондық төсеніш және электролиттерден құралатын ток өткізетін тізбегінен тұратын күрделі  тізбек иондық  гальванизация кезінде пайда болады.                                

 

Магнит  өрісі

Салыстырмалы  тыныштықта  тұрған  зарядтың  төңірегінде  электр  өрісінің  туатынын  электростатикадан  білеміз.

Егер  зарядтар  реттелген  қозғалысқа  келсе,  яғни  өткізгіште  электр  тогы  болса,  оның  төңірегінде  электромагниттік  өріс  туады.  Электр  өрісі  негізінен  өткізгіштің  ішіне  шоғырланғандықтан,  электр  тогының  магнит  өрісі  өткізгіш  төңірегіндегі  кеңістікте  туады.  Магнит  өрісі  туралы  ілім  1820  жылы  дат  физигі  Эрстедтің  магнит  және  электр  құбылыстарының  байланыстарын  анықтаудан  басталады.  Осы  ілімнің  дамуына  Ампер,  Ом,  Фарадей,  Био,  Савар,  Лаплас,  Маквелл  сияқты  ғалымдар үлкен үлес  қосты.

Параллель  орналасқан  иілгіш  екі  тогы  бар  өткізгіштер  магниттік  күштер  арқылы  әсерлеседі.  Егер  токтардың  бағыттары  бірдей  болса,  екі  өткізгіш  бір-бірін  өзара  тартады,  ал  бағыттары  қарама-қарсы  болса,  ондай  өткізгіштер  бір-бірінен  тебіледі.  Тәжірибенің  көрсетуіне  қарағанда,  бірінші  өткізгіштегі  токтың  тудыратын  магнит  өрісі  екінші  өткізгіштегі  токқа,  ал  екінші  ток  тудырған  магнит  өрісі  бірінші  токқа  әсер  ететінін  байқаймыз.

Магнит  өрісін  негізгі қасиеттері  бар материяның  ерекше  түрі  деуге болады.

Магнит  өрісінің  кейбір  қасиеттерін  түсіну  үшін  құрал  есебінде  магнит    өрісіндегі    тогы    бар    тұйықталған    контурды    пайдаланған 

орынды.  Бұл  контурдың  зерттейтін  магнит  өрісін  елеулі  өзгерте  алмайтындай  пішіні  кез-келген  (жазық  төртбұрыш,  квадрат,  дөңгелек,  эллипс  т.с.)  өлшемдері  шағын  болуы  керек.

Түзу  өткізгіштің  төңірегіндегі  магнит  өрісіне  тогы  бар  контурды  орналастырсақ,  осы  контур  тогы  бар  түзу  өткізгішпен  ортақ  жазықтықта  болатындай  белгілі  бір  бағытқа  бұра  алатын  механикалық  момент  әсер  етеді.  Егер  контур  бір  орамнан  емес,  бірнеше  орамнан  жасалса,  онда  механикалық  момнттің  шамасы  да  сонша  есе  артады.  Тепе-теңдік  жағдайында  магнит  өрісін  тудыратын өткізгішке  жақын орналасқан  контурдың бөлігіндегі ток негізгі токпен  бағыттас  болады.