Медицинская и биологическая физика. Электричество и магнетизм

материи — электрическими и магнитными полями и их взаимодействием. Эти поля в общем случае настолько взаимозависимы, что принято говорить о едином электромагнитном поле.

Медико-биологические приложения:

1. Понимание электрических процессов, происходящих в организме, а также электрических и магнитных характеристик биологических сред. - физические основы электрокардиографии, магнитобиологии и реографии,
электропроводимость биологических тканей и жидкостей и др.
2. Понимание механизма воздействия электромагнитных полей на организм.
3. Приборное, аппаратурное.

элементарных зарядов, он является целым кратным е:
q = ± Ne

Закон сохранения заряда:

Суммарный заряд электрически изолированной системы не может изменяться.

и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с проходящей через заряды прямой

k — коэффициент пропорциональности,
q1 и q2 — величины взаимодействующих зарядов,
r — расстояние между ними.

ε0 - электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума). В системе единиц СИ:

– Напряженность .
Напряженность электрического поля ( ) в некоторой точке пространства равна силе, действующей на единичный точечный заряд, помещенный в эту точку:

полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности.

каждой точке, через которую она проходит, совпадает с направлением вектора в той же точке.

Примеры:

Электрическое поле двух пластин (а); электрическое поле Земли вблизи стоящего человека (б).

Электрические поля точечных зарядов

единичным положительным зарядом при удалении его из данной точки на бесконечность.

Разность потенциалов

Работа А, совершаемая силами электрического поля при переходе заряда q из одной точки в другую вычисляется по формулам:

где φ1 и φ2 - потенциалы начальной (1) и конечной (2) точек соответственно;
Δφ — разность потенциалов, или напряжение (U).

В однородном поле:

d — расстояние между точками с потенциалами φ1 и φ2.

Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля двух пластин (а); электрического поля Земли вблизи стоящего человека (б).

Эквипотенциальные поверхности и силовые линии точечных зарядов

противоположных по знаку точечных электрических зарядов (+q и -q), расположенных на некотором расстоянии l друг от друга (плечо диполя).

Единицей электрического момента диполя является кулон-метр [Кл•м].

Электрический дипольный момент:

органов с диагностической (исследовательской) целью получила название электрографии.

Виды электрографии:
• ЭКГ - электрокардиография - регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении;
• ЭРГ - электроретинография - регистрация биопотенциалов сетчатки глаза, возникающих в результате воздействия на глаз;
• ЭЭГ - электроэнцефалография - регистрация биоэлектрической активности головного мозга;
• ЭМГ - электромиография - регистрация биоэлектрической активности мышц.

Характеристика биопотенциалов

течет ток, который даже на поверхности тела создает разности потенциалов порядка нескольких мВ. Эта разность потенциалов регистрируется при записи электрокардиограммы.

Теория Эйнтховена:

Сердце есть диполь с дипольным моментом рС который поворачивается, изменяет свое положение и точку приложения (изменением точки приложения этого вектора часто пренебрегают) за время сердечного цикла

которые приближенно расположены в правой руке (ПР), левой руке (ЛР) и левой ноге (ЛН).

(правая рука — левая рука), II отведение (правая рука — левая нога) и III отведение (левая рука — левая нога), соответствующие разностям потенциалов UI, UII и UIII. По Эйнтховену, сердце расположено в центре треугольника. Отведения позволяют определить соотношение между проекциями электрического момента сердца на стороны треугольника по формуле:

электродами соответствующего отведения за цикл работы сердца.

Электрокардиограмма здорового человека:
Р - деполяризация предсердия;
QRS -деполяризация желудочков;
Т - реполяризация;
частота пульса 60 ударов в минуту (период сокращения - 1 с)