Экспериментальная часть

Лабораторная работа № 8
Изучение физических свойств УВЧ-терапии
Цель работы: ознакомиться с работой аппарата УВЧ- терапии и с
физическими основами УВЧ- терапии
Приборы и оборудование: аппарат УВЧ - 30, сосуды с электролитом и
диэлектриком, два термометра.
Краткая теория
Конденсатор - система двух параллельных металлических пластин,
расположенных на малом расстоянии друг от друга, заряженных равными
по абсолютному значению зарядами противоположного знака и между
которыми помещен диэлектрик. Если пластины представляют собой
плоскости, то конденсатор называется плоским.
Рисунок 8.1 Плоский конденсатор
Электроемкость конденсатора – физическая величина, равная
отношению заряда одной из пластин конденсатора к разности
потенциалов между ними, называется электроемкостью конденсатора:
C
q
q

 U
(8.1)
Электроемкость плоского конденсатора:
С
  0  S
(8.2)
где S – площадь поверхности пластин, d – расстояние между ними.
Катушка (соленоид) – замкнутый контур, содержащий несколько
витков.
d
Рисунок 8.2 Магнитное поле внутри катушки.
Индуктивность является характеристикой цепи, по которой течет
переменный электрический ток. Индуктивность соленоида зависит от
формы и размеров, а так же от магнитных свойств среды.
В Си индуктивность измеряется в Гн .
Индуктивность соленоида равна
L    0 
N 2 S
l
(8.3)
где   магнитная проницаемость среды, в которой находится катушка;
 0  магнитная постоянная;
N  количество витков в катушке;
S  площадь поперечного сечения катушки;
l  длина катушки.
Чтобы по живой ткани протекал переменный электрический ток,
необходимо воздействовать на нее электромагнитными волнами.
Источником электромагнитных волн высокой частоты может
служитьколебательный контур, представляющий собой систему, состоящую из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных между
собой в электрическую цепь.
Рисунок 8.3 Электрическая цепь, представляющая собой колебательный
контур:
R  активное электрическое сопротивление (биологическая ткань);
L  катушка индуктивности;
C  конденсатор.
В колебательном контуре происходят взаимные превращения
электрического и магнитного полей, которые сопровождаются
энергетическими потерями на нагревание проводников и излучение
энергии электромагнитной волны в окружающее пространство.
Период колебаний определяется по формуле Томсона:
Т  2  L  C
(8.4)
Это соотношение справедливо для случая, когда в контуре отсутствуют
потери энергии.
В ветеринарии генераторы электромагнитных колебаний используют
главным образом с лечебной целью. В меньшей степени электромагнитный
сигнал применяют в диагностике, а также в физиологии для стимуляции
деятельности мышц.
Физиологический метод, основанный на воздействии на биологические
ткани электрического поля ультравысокой частоты, получил название УВЧ терапии.
Переменное электрическое поле, действующее в биологической
системе, вызывает переменную поляризацию диэлектрика и периодические
смещения ионов растворов электролитов, то есть создает переменный
электрический ток. Вызванное полем движение заряженных частиц
повышает внутреннюю энергию, т.е. приводит к ее нагреванию, которое
происходит тем более интенсивно, чем больше скорость колебательного
движения частиц, т.е. больше частота электрического поля. Таким образом,
основным первичным эффектом воздействия переменного электрического
поля на биологические ткани является тепловое воздействие.
При УВЧ -терапии используются колебания (40 – 50) МГц. При таких
частотах нет необходимости в непосредственном контакте источника УВЧ с
телом пациента. Достаточно поместить нужной участок ткани между
обкладками конденсатора "терапевтического контура" генератора.
При частотах, принятых в УВЧ-терапии, нагревание тканей
диэлектриков происходит более интенсивно, чем токопроводящих тканей,
например, нагрев костной, мышечной и жировой тканей происходит
интенсивнее, чем нагрев кровеносных сосудов, лимфатических узлов и пр.
Кожа относительно "прозрачна" для УВЧ поля, и его действие сильнее
выражено в глубоколежащих тканях.
В ветеринарии УВЧ-терапию применяют при острых воспалительных
процессах в суставах, при маститах, гайморитах, фурункулезе и многих
других заболеваниях. В меньшей степени электромагнитный сигнал
применяют в диагностике, а также в физиологии для стимуляции
деятельности мышц.
Экспериментальная часть
В работе используют переносной аппарат для УВЧ - терапии УВЧ - 30
(рис.6.3), представляющий собой ламповый генератор электромагнитных
колебаний ультравысокой частоты.
Рисунок 8.3 Переносной аппарат для УВЧ-терапии.
Аппарат имеет две ступени выходной мощности 30 ± 9 Вт, 15 ±
4,5 Вт. Частота высокочастотных колебаний, создаваемых аппаратом,
составляет 40,68 МГц. Аппарат работает от сети переменного тока
частотой 50 Гц с номинальным напряжением 220 В.
Установка для изучения физических основ действия УВЧ состоит из
сосуда с термометром, (в одном случае в сосуде находится электролит, а
в другом - диэлектрик).
Рисунок 8.4 Расположение сосуда с жидкостью для воздействия на нее
электромагнитными волнами
Выполнение работы:
1. Сосуд с электролитом (диэлектриком) и термометром расположите
между электродами аппарата.
2. Включите аппарат:
а). Ручку переключателя МОЩНОСТЬ установите в положение
ВЫКЛ.
б). Ручку КОМПЕНСАТОР установите в положение ВЫКЛ.
в). Вставьте вилку провода сети в розетку.
г). Ручку КОМПЕНСАТОРА переведите в положение " 1 ", нажав
кнопку КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, ручкой КОМПЕНСАТОР добейтесь,
чтобы стрелка прибора установилась в пределах черного сектора.
д). Ручку переключателя МОЩНОСТЬ переведите в положение " 15 "
Вт.
е). Подвесьте неоновую лампу на изолированной ручке к электродам и,
вращая ручку НАСТРОЙКА, добейтесь максимального свечения лампы.
3. Отметив начальную температуру жидкости, пустите в ход секундомер и
проследите зa возрастанием температуры, которую отмечают через
равные промежутки времени.
4. Результаты опыта запишите в таблицу:
№
время нагрева τ,
t,°C
мин
диэлектрик
1
0
2
5
3
10
4
15
электролит
5. Постройте график зависимости температуры диэлектрика и электролита
от времени пребывания в электромагнитном поле аппарата УВЧ.
t,
0
C
 , мин
ВЫВОД:_______________________________________________________
_________________________________________________________________
____________________________________________________________
Вопросы для защиты работы:
1. Дайте определение конденсатора, емкости конденсатора. Запишите
формулы для вычисления емкости конденсатора, плоского конденсатора.
2. Дайте определение катушки. Запишите формулу для вычисления
индуктивности катушки.
3. Расскажите о устройстве колебательного контура и процессах,
происходящих в нем.
4. Запишите формулу Томсона и расшифруйте физические величины,
входящие в нее.
5. Расскажите о действии переменного электрического поля на
биологические объекты (на проводящую и диэлектрическую ткани).
6. Что является первичным эффектом воздействия переменного
электрического поля на биологические ткани.
7.
Какие
биологические
ткани
являются
проводящими
и
диэлектрическими? И какие ткани нагреваются быстрее под действием
переменного электромагнитного поля?
8. Решить задачу: Активное сопротивление терапевтического контура
аппарата УВЧ-терапии равно 5·103 Ом, индуктивность составляет 27
мкГн, а частота 40 МГц. Определите емкость конденсатора и период
колебаний в конторе.