Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением.

Ток в цепи будет определяться скоростью изменения заряда на обкладках конденсатора. Используя соотношение

для электроем­кости, найдем:

— амплитуда тока. фаза тока(wt+П/2) а фаза напряжения — wt. Следовательно, ток опережа­ет напряжение на П/2. выражение Х_с=1/(Сw) играет роль сопротивления цепи, которое называют емкостным. Оно определяет амплитуду тока: чем меньше емкость С и частота, тем меньше Im. Для постоянного тока емкость явл. бесконечно большим сопротивлением, и тока в такой цепи не будет.В цепи с конденсатором теплота не выделяется, так как омиче­ское сопротивление проводников =0 (нагревание ди­электрика в переменном электрич. поле здесь не учитывает­ся, оно будет рассмотрено позже). Роль емкости сводится к накоп­лению энергии электрич. ноля конденсатора и возвращению этой энергии обратно источнику тока. Происходит периодическая перекачка энергии от источника в цепь и от цепи к источнику, в идеальном случае без потерь энергии. Из формул можно убедиться, что индуктивное и емкостное сопротивление в СИ измеряются в омах.

 

13.Молекулярная организация и модели клеточных мембран. Первая модельстроения биолог. мембран(БМ) предложена Э. Овертоном в 1902г. Он решил, что БМ сост. из тонкого слоя фосфолипидов.В 1925 Гортер и Грендер проводили опыты по экстрагированию липидов из мембран эритроцитов и установили, что S монослоя липидов ≈ в 2раза больше S поверхности эритроцитов. Так появилась билипидная модель БМ. В 1935 Даниелли и Девсон предложи “бутербродную” или “сэндвичную” модель БМ - липидные слои располагаются между 2-мя слоями белковых молекул. Современная модель строениябыла выдвинута в 1972 Сигнером и Никольсоном – жидкостно-мозаичная модель(основа БМ –двойной фосфолипидный слой, включающий белки.)Модели мембран (искусственные мембраны) 1)липосомы(фосфолипидные везикулы)-конструкции сфероподобной ф-мы, стенки к-рых образованы двойным липидным слоем;

2)плоские бислойные липидные мембраны(БЛМ)

 

14.физические свойства и параметры мембран. 1)Толщина мембраны сост. ≈ 8-10 нм 2)Общая площадь всех мембран очень велика. 3)Диаметр ионных каналов или пор составляет 0,35-0,8 нм 4)Мембрана представляет собой диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью от 2 до 6 5)Электрическое сопротивление 1 см² поверхности мембраны сост. 10²-10⁵ Ом 6)Мембраны митохондрий имеют на своих поверхностях разность потенциалов порядка 200 мВ. 7)Двойной фосфолипидный слой уподобляет мембрану конденсатору, электроёмкость 1 мм² мембраны составляет 5-13 нФ 8)Вязкость мембран равна 30-100 мПа*с. 9)Поверхностное натяжение сост. 0,03-1 мН/м 10)Липиды и белки в мембранах не являются статическими объектами, а участвуют в диффузионных процессах: а)латеральной диффузии б) диффузии «флип-флоп» 11)БМ в зависимости от температуры могут находиться в 2-х фазовых состояниях: жидкокристаллическом и гель-состоянии. 12)Для нормального функционирования БМ должна находиться в жидкокристаллическом состоянии.

 

15.Значение изучения транспорта веществ через клеточные мембраны. Классификация мембранного транспорта.Для поддержания жизни в клетке необходимо непрерывное поступление в-в и одновременное выделение из неё продуктов метаболизма. Исследование проницаемости мембран важно для изучения биоэлектрических процессов, для физиологии обмена в-в, патологии водного и минерального обмена орг-ма, для изучения фармакологии и токсикологии. Многие патологические явления связаны с нарушением проницаемости клеточных мембран. Перенос в-а может происходить без затраты энергии клеткой(пассивный транспорт ) и за счет энергии,выделяемой в клетке молекулами АТФ(активный транспорт ).

 

25. Электрич.диполем наз. систему, сост. из 2 равных, но противополож. по знаку то­чечных электрич. зарядов, расп. на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя). Основной хар-кой диполя (рис. 12.5) явл. его электрич. момент (дипольный момент) — вектор, рав­ный произведению заряда на плечо диполя l, направленный от от­риц. заряда к +:

Единицей электрич. момента диполя явл. кулон-метр.

Поместим диполь в однород. электрич.поленапряженностью Е (рис. 12.6).На каждый из зарядов диполя действуют силы

 

Эти силы равны по модулю, противоположно направлены и создают момент пары сил. Он равен:

 

или в векторной форме:

Т. О., на диполь в однород. электрич. поле действует момент силы, зависящий от электрич. момента и ориентации диполя, а также напряженности поля. В неод­нор. электрич. поле вращающее действие тоже имеет место, и диполь ориентируется вдоль соответс. линии поля. Однако в этом случае значения сил, действующих на по­люса диполя (силы F⁺ и F^- рис. 18.3), не одинаковы, и их сумма не =0.Поэтому возн. результирующая сила, втягивающая диполь в область более сильного поля.Эта сила зависит от изменения напряженности приходящегося на ед. длины диполя.Обозначим Е⁺и Е^-модули напряженности поля у + и - полюсов. Тогда:

 

Т.к. плечо диполя мало, то ≈ можно считать, что

где dE/dl — градиент поля.

Т.о., на диполь, кот. ориентирован вдоль си­ловой линии и имеет момент р, дей-ет сила, втягивающая его в область поля с большей напряж-тью:

Электрическое поле диполя: сам диполь явл. источником электрич. поля, на­пряженность кот. зависит от дипольного момента р, от ди­электрической проницаемости среды ε и геометрич. пара­метров. Пусть диполь находится в непроводящей бесконечной среде и некоторая точка А удалена от его центра на расстояние Обозначим через α угол между вектором р и направ­лением на эту точку. Тогда потенциал, создаваемый диполем в точке Л, опред. формулой (рис. 18.4):

 

 

26. Диполь явл. частным случаем системы электрич. заря­дов, обладающей определенной симметрией. Можно указать еще примеры симметр. систем зарядов электрич. мультиполи. Они бывают разных порядков (l = 0,1,2). Число зарядов мультиполя опр. выражением 2 ^l. Так, мультиполем нулевого порядка (2° = 1) явл. одиночный точечный заряд (рис. а), м-лем первого порядка (2¹ = 2) — диполь, мультиполем II п-ка (2² = 4) — квадруполь (рис. б), м-лем III п-ка (2³ = 8) — октуполь (рис. в)

 

28. Физические основы электро- и вектор-кардиографии. Теория Эйнтховена. Живые ткани явл. источником электрич. потенци­алов. Регистрация биопот-лов тканей и органов наз. электрографией. Сущ-ют следующие диагностические методы.

ЭКГ—электрокардиография—регистр. бопотенц., возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении. РГ—электроретинография— рег-ция б.п. сетчатки глаза, возн-х в результате воздействия на глаз.ЭГ—электроэнцефалограф.—регист. биоэлектрич. активности головного мозга.ЭМГ—электромиограф.—рег-ция биоэлектр. активности мышц.При изучении электрограмм решаются 2 задачи:а)прямая— выяснение механизма возникновения электрограммы или расчет потенциала в области измерения по заданным хар-кам электрической модели органа;б)обратная (диагностическая) — выявление состояния органа по характеру его электрограммы. Почти во всех существующих моделях электрическую ак­тивность органов и тканей сводят к действию опред. со­вокупности токовых электрических генераторов, находящихся в объемной электропроводящей среде. Для токовых генераторов - правило суперпози­ции электрич.полей:

Потенциал поля генераторов равен алгебраической сумме потен­циалов полей, создаваемых генераторами.

Т.Эйнховена Сердце человека — мощная мышца. При синхронном возбуж­дении множества волокон сердечной мышцы, в среде, окруж. сердце, течет ток, кот. даже на поверхности тела созда­ет разности потенциалов. Эта разность п-лов регист. при записи электрокардиограммы. Моделировать электрич. активность сердца можно с использ. дипольного эквивалентного электрич. гене­ратора. Дипольное представление о сердце лежит в основе теории отведений Эйнтховена:сердце есть токовый диполь с дипольным момен­том р_с, кот. поворачивается, изменяет свое по­ложение и точку приложения за время сердечного цикла.По Эйнтховену, сердце распол-ся в центре равносторон­него треугольника, вершинами кот. являются: правая ру­ка — левая рука — левая нога. Разность биоп-лов, реги­стр. между двумя точками тела, наз. отведением.Различают I отведение (пр.рука—лев.рука), II отв-е (пр. рука—лев.нога) и III отв-е (лев.рука—лев.но­га), соответ-щие разностям потенциалов U_I, U_II и U_III. Векторкардиография - метод объемных кривых; т.к. обычные электрокардиограммы являются одномерными.

Проекция векторкардиограммы на плоскость, может быть практически получена сложением на­пряжений двух взаимно перпендикулярных отведений. (осциллограф).

 

 

Основные понятия и исходные положения термодинамики (Т)

Т. изучает законы взаимного превращ. энергии из одной формы в другую в результате протек физ, хим или физ-хим процес. Т. включает разделы:1)общую или физич. термодинамику (общие законы превращ. Е); 2)техническую Т, изучает взаимопревращения теплоты и механич. работы в машинах и двигателях;3)хим.Т,изучает превращения различных видов энергии при протекании хим. р-ций, процессов растворения, испар., кристаллиз., адсорбции. Хим. термодинамика кол-венно опред. тепловые эффекты вышеперечисленных процессов, выясняет возможность самопроизвольного их протекания, при кот. хим. р-ции - в сост. равновесия. Термодинам. сис. - избранная совокупность тел или в-в, состоящая из большого числа структурных ед. (м-л, атомов, ионов) и отделенная от окруж. внеш. среды границей или поверхностью раздела (проницаемая или нетеплопроводная, механически жесткая или нежесткая). Термодин. сис.: изолир., закрытые и открытые. В зависим. от состава термодинам. сис. делятся на простые (однокомпонентные) и сложн. (многокомпонентные).Если между отдельными частями сис. не сущест. физических, т.е. реальных границ раздела, то такие системы наз. гомогенными.Сущест. сис., между отдельными частями кот. имеются границы раздела. При переходе через них многие св-ва меняются скачкообразно.Эти сис .- гетерогенн. Совокупность всех однородных по составу и физ-хим св-вам частей гетероген. сис., отделенной четкой и опред. поверхностью раздела, наз. фазой. Гомоген. сис. сост. из одной фазы, а гетероген. - многофазные: двухфазными, трехфазными и т.д.

 

3. 1-е начало термодинамики и его применение к живым системам Одним из важнейшихзаконов природы явл. законсохраненияэнергии, кот. в общем виде был сформулирован в середине ХVIII в. М. В. Ломоносовым, и экспериментальнодоказан Ю.Р. Майером, Дж.П. Джоулем и Г.Л. Гельмгольцем. По этому з-ну во всехявленияхприроды энергия не может исчезнуть бесследно или возникнуть из ничего. Она может превращаться из одной формы в другую в эквивал.соотнош.Частным случаем з-на сохран энергии явл. 1 началотермодин.: подведенноек сис.тепло Qидет на увелич ее внутренней энергии ΔU и на соверш. системой работы Апротив внешних сил: Q = Δ U + А.Сис. может переходить из одного сост в другое. Но всоотв с з-ном сохран энергии изменение внутр энергии ΔU системы не зависит от пути перехода: оно одинаково во всех случаях, если одинаковы нач. и конеч. сост. сис. Кол-во теплоты и работы завис от этогопути.На основ. 1 начала термодин. можно сдел. выводы. 1.В изолир.сис. сумма всех видов энергии есть величина пост.2.Невозможно создатьвечный двигатель первого рода, кот. производил бы работу без подведения энергии извне,т.к. производимая системой работа меньше, чем теплота,затрач.наее производство. Основнойед.дляизмер. кол-ва энергии и работыджоуль ( Дж ).

 

2. Биоэнергетика. Биотермодинамика Живые организмы усваив. поступающие к ним из окруж. среды в-ва, перераб их, синтез. и накапливают новые высокомолекул. соед. для создания и обновления клеток и тканей, аккумулирования больших запасов химической энергии. Совокупность всех процессов наз ассимиляцией или анаболизмом.В орг-ме протек противопол. – диссимиляция или катаболизм, сводящиеся к разложению сложных орган. соед, окислению их до Н₂О, СО₂ и высвобождению при этом энергии. В раннем периоде развития в орг-ме чел процессы ассимиляции превалируют над диссимиляцией, по мере приближения к старости наоборот. Изучением и решением этих вопросов занимается биоэнергетика, кот можно рассматривать как часть биохимии и биофизики. Теоретической же основой биоэнергетики и инструментом, с помощью кот она решает свои задачи, явл хим. термодин.

 

38. Реография как диагностический метод. Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспо­собность тканей орг-ма, что важно знать для пересадки (транс­плантации) тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случаях здоровой и больной ткани. Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологи­ч. сост. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от сост. серд-сосуд. де­ятельности. Диагностический метод, основанный на регист. из­менения импеданса тканей в процессе сердечной деятельнос­ти, называют реографией (импеданс-плетизмография). С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца (реокардиограмма), магистраль­ных сосудов, легких, печени и конечностей. Измерения обычно проводят на частоте 30 кГц. Знание пассивных электрических свойств биол тканей важно при разработке теоретиче­ских основ методов электрографии органов и тканей, так как со­здаваемый токовыми диполями электрический ток проходит че­рез них. Кроме того, представления о дисперсии импеданса позво­ляют оценить механизм действия токов и полей, используемых в терапевтических целях.

 

 

37. Электропроводимость биотканейТкани орг-ма проводят не только постоянный, но и переменный ток. В этом случае сила то­ка, проходящая через биол. ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Значит, емкостное сопротивление тканей больше индуктивного. Моделировать электрич. св-ва био­л. тканей можно, используя резисторы, кот. облада­ют активным сопротивлением, и конденсаторы — носители емко­стного сопротивления. В качестве модели обычно используют эк­вивалентную электрическую схему тканей организма: из резисторов и конденса­торов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани. График частотной зависимости импеданса мышечной ткани. Из графика видны две особенности: плавное ↓ импеданса с ↑ частоты (общий ход зависимости импеданса от частоты); наличие трех областей частот, в кот. имеет место отклонение от общего хода зави­симости импеданса от частоты. Они были названы, соот­ветственно, областями α-, β- и γ-дисперсии импеданса. Час­тотная зависимость импеданса эквивалентной электрической схе­мы соответствует общему ходу экспериментальной зависимости импеданса от частоты. Важно отметить, что при этом электроем­кость и диэлектрическая проницаемость остаются постоянными. Возникновения областей α-, β- и γ-дисперсии импеданса. Ткань организма является структурой, обладающей свойствами проводника (электролита) и диэлектрика. Поляризация диэлектрика во внешнем электрическом поле происходит не мгновенно, а зависит от времени. Это означает зависимость от време­ни поляризованности диэлектрика (Р_е) при воздействии постоянного электрического поля (Е — напряженность эл. поля):

Если Эл. поле изменяется по гармонич. зако­ну, то поляризованность будет также изменяться по гармониче­скому закону, а амплитуда поляризованности будет зависеть от частоты изменения поля с запаздыванием по фазе:

Частотную зависимость диэлектрической проницаемости при воздействии переменным эл. полем: __________. Из­менение диэлектрической проницаемости с изменением часто­ты электрического поля означает изменение электроемкости и, как следствие, изменение импеданса.

Запаздывание изменения поляризованности относительно из­менения напряженности электрического поля зависит от механиз­ма поляризации вещества. Ориентационная поляризация воды, молекулы которой имеют сравнительно малую массу, соответствует у-дисперсии (частоты около 20 ГГц). Крупные полярные органические молекулы, например белки, имеют значительную массу и успевают реагировать на перемен­ное электрическое поле с частотой 1 —10 МГц. Это соответствует β-дисперсии.

Итак, области а-, Р- и у-дисперсии импеданса объясняются тем, что с увеличением частоты переменного электрического поля в явлении поляризации участвуют разные структуры биологиче­ских тканей: при низких частотах на изменение поля реагируют все структуры (α-дисперсия), с увеличением частоты реагируют крупные молекулы-диполи органических соединений и молеку­лы воды (β-дисперсия), а при самых больших частотах реагируют только молекулы воды (у-дисперсия). Во всех случаях имеет место электронная поляризация. С увеличением частоты электрического тока (электрического поля) все меньше структур будет реагиро­вать на изменение этого поля и меньше будет значение поляризо­ванности Р_ет. С увеличением частоты будет уменьшаться диэлектрическая проницаемость с, а следова­тельно, и электроемкость С, а это, согласно (14.33), приведет к увеличению емкостного сопротивления Х_с и импеданса Z. Следо­вательно, на фоне общего хода зависимости Z = /(to) (см. рис. 14.10) появляются области с меньшим убыванием Z при возраста­нии частоты (области а-, р- и у-дисперсии).

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: