№ 13. Ультразвук, его биологическое действие и применение в медицине и ветеринарии
Ультразвук - упругие колебания и волны, частоты которых выше 20- кГц. Его применяют в медицине и ветеринарии: 1) диагностика (УЗИ- ультразвуковое исследование). 2) терапия: при лечении суставов, сухожильно-связочного аппарата, мышечных отрофей и т.д. Основной метод лечения – фонофорез - метод введения некоторых лекарственных веществ в организм через кожу с помощью ультразвука. 3) хирургия: для удаления опухоли в мозговой ткани; для рассечения и сварки мягких тканей; для проведения операций в дыхательных органах, в пищеводе без вскрытия грудной клетки; в кровеносных сосудах - для разрушения холлестириновых утолщений; для сварки костей и сверления в них отверстий.
№ 1 Основные положения молекулярно-кинетической теории. Давление газа. Основное ур-ние МКТ. Температура
В основе МКТ лежат 3 положения, каждое из которых доказано на опыте. 1) все вещ-ва состоят из молекул, а молекулы из атомов.2) молекулы нах-ся в состоянии непрерывного хаотического дв-я. 3) молекулы взаимодействуют между собой. Доказательством этих положений служит закон постоянных отношений, Броуновское дв-е, диффузия, наличие межмолекулярных сил и агрегатное сост-е вещ-в. В МКТ идеальным газом наз-ся газ, который состоит из молекул, взаимодействие между которыми мало и его можно не учитывать. Реальные газы ведут себя подобно идеальному при больших разрежениях, т.е.когда расстояние между молекулами много больше размеров самих молекул. В простейших моделях газа молекулы рассматриваются как материальная точка. Движение отдельных молекул подчиняется закону Ньютона, но в целом разряжённый газ законам классической механики не подчиняется. Газ, заключённый в сосуд, оказывает давление на стенки сосуда, за счёт ударов молекул о стенки. Давление газа пропорционально концентрации молекул n и сред. кинетической энергии Wк поступательного движения молекул. Основное ур-ние МКТ - Клаузиуса: р = 2/3·n·Wк. Температура – величина, характеризующая направление теплообмена. Для измерения её используют шкалу Цельсия и шкалу Кельвина. Шкала Кельвина отличается от шкалы Цельсия физической сущностью и началом отсчёта, т.е. прибавляется 273º к температуре Цельсия.
№ 2 Газовые законы. Ур-ние состояния идеального газа, Клапейрона - Менделеева
Газовые законы: 1) Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа при постоянной температуре произведение газа на его объём есть величина постоянная: pV=const при T=const и m=const (процесс изотермальный). 2) Закон Гей-Люссака: а) объём данной массы газа при постоянном давлении изменяется линейно с температурой: V=V0(1+αt) при p=const и m=const (процесс изобарный), б) давление данной массы газа при постоянном объёме изменяется линейно с температурой: p=p0(1+αt) при V=const и m=const (процесс изохорный). 3) Закон Авогадро: моли любых газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковые объёмы: Nа=6,02·10²³ моль-¹ - постоянная Авогадро. При нормальных условиях V=22,4·10-³ м³/моль. 4) Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме порциальных давлений входящих в неё газов: p=p1+p2+...+pn. Идеальный газ – газ, при котором выполняются требования: 1) собственный объём молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объёмом сосуда, 2) между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия, 3) столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие. Состояние идеального газа определяется параметрами: давление, объём, температура. Ур-ние состояния идеального газа: р = 2/3·n·Wк, Wк=3/2·KT (ур-ние Больцмана), К=1,38·10-²³ - постоянная Больцмана. Ур-ние Клапейрона – Менделеева: PV=m/M·RT, где P- давление, V- объём, m- масса, M, молярная масса, R- газовая постоянная, T- температура.
№ 3 Явление переноса. Диффузия. Теплопроводность. Вязкость
Явление переноса – особые необратимые процессы в неравновесных системах, в результате которых происходит перенос энергии (теплопроводность), массы (диффузия), импульса (вязкость). Диффузия – самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей, твёрдых тел. Диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается пока существует градиент плотности. Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика: jm= -D·(dρ/dx), где jm- плотность потока массы, D- коэффициент диффузии, dρ/dx – градиент плотности, «-» значит, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности. Теплопроводность – процесс распространения теплоты от более нагретых частей системы к менее нагретым, не сопровождающийся переносом массы вещества или излучением энергии в виде электромагнитных волн. Передача теплоты путём теплопроводности описывают законом Фурье: кол-во теплоты ΔQ, переносимое через поверхность S, перпендикулярно направлению оси OX, вдоль которого убывает температура, пропорционально площади этой поверхности, времени переноса Δt и градиенту температуры ΔT/Δx: ΔQ= - ЛS· (ΔT/Δx)· Δt. «-» значит, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры. Вязкость – механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа, жидкости, движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее уменьшается, движущегося медленнее – увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. jp= -ή·(dύ/dx), где jp- плотность потока импульса, dύ/dx – градиент скорости, ή – динамическая вязкость. «-» значит, что импульс переносится в направлении убывания скорости.
№ 4 Влажность воздуха. Абсолютная и относительная влажность. Методы измерения влажности
Влажность воздуха – содержание водяного пара в воздухе. Абсолютная влажность – кол-во водяного пара в единице воздуха: а = mH2O / V (кг/м³), PV=(m/M)·RT:V, p=Q·(RT/M)=(m/V)·RT/M. Абсолютная влажность – порциальное давление водяного пара при данной температуре. Относительная влажность – отношение абсолютной влажности, содержащейся в воздухе при данной температуре, к тому кол-ву пара, которое необходимо для насыщения этого воздуха. B=a/a0·100%. Относительную влажность определяют с помощью гигрометра и психометра.
№ 5 Термодинамика. Равновесное состояние. Обратимые и необратимые процессы. Внутренняя энергия термодинамической системы
Термодинамика – раздел физики, в котором изучаются закономерности тепловой формы движения материи и связанных с ней физических явлений. Термодинамическая система – совокупность макроскопических тел, которые могут обмениваться между собой и внешней средой веществом и энергией. Если такой обмен существует только между телами, образующими систему, то система наз-ся изолированной. При наличии обмена с внешней средой говорят об открытой системе. Равновесное состояние (термодинамическое равновесие) – состояние системы, в которое она самопроизвольно приходит через большой промежуток времени при условии, что эта система изолирована от окружающей среды. Релаксация – процесс установления термодинамического равновесия. Термодинамический процесс – переход системы из одного равновесного состояния в другое в результате её взаимодействия с внешними телами. Обратимый процесс – процесс, который может протекать в прямом и обратном направлениях, причём так, что система возвращается в исходное состояние без того, чтобы в окружающих телах происходили какие-либо изменения, а возвращение проходит через ту же последовательность промежуточных состояний, что в прямом процессе, но в обратном порядке. Необратимый процесс – процесс, при котором энергия, хотя бы частично, превращается в теплоту, т.к. часть энергии, перешедшая в теплоту при прямом процессе, не может вернуться в систему самопроизвольно при обратном процессе. Внутренняя энергия (U) – суммарная кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия всех частиц системы. В идеальных газах изменение внутренней энергии связано с изменением температуры, которая определяется изменением средней кинетической энергии хаотического движения частиц системы.
№ 6 Кол-во теплоты. Теплоёмкость (ур-ние Майера)
Кол-во теплоты – часть внутренней энергии, переданной системой (или системе) в процессе теплообмена:Q=ΔU+A. Кол-во теплоты считают положительным, если теплота передаётся от внешних тел к системе. Приведённое кол-во теплоты - отношение кол-ва теплоты, полученного или отданного системой, к температуре, при которой происходит теплообмен (Q/T). Удельная теплоёмкость – кол-во теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на 1 К (1ºС): С=Q/(m·ΔT) (Дж/кг·К). Она зависит от рода вещ-ва и от условий процесса. Молярная теплоёмкость – кол-во теплоты, необходимое для нагревания одного моля на один кулон: См = Q/(ύ·ΔT) = Q/((m/M)·ΔT) (Дж/М·К), См = С·М. Ур-ние Майера: Cp=Cv+R, где Cp- молярная теплоёмкость газа при постоянном давлении, Cv- теплоёмкость газа при постоянном объёме, R- молярная газовая постоянная.