Электрический ток (стр. 1 из 2)

Переменный электрический ток и его применение в медицине.

1.Переменный ток, его виды и основные характеристики.

Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).

Примечание: не оговаривается форма кривой тока, периодичность, длительность его изменения.

На практике под переменным током чаще всего подразумевают периодический переменный ток.

Физическая сущность переменного тока сводиться к колебаниям электрических зарядов в среде (проводнике или диэлектрике).

Виды тока:

1.Ток проводимости.

2.Ток смещения.

Ток проводимости – это такой ток, который обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.

Ток смещения – это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).

Ток смещения связан с изменением во времени электрического поля на границе проводник – диэлектрик и имеет особенности:

· Амплитуда тока смещения и его направления совпадают по фазе с таковыми тока проводимости.

· По значению он всегда равен току проводимости.

Частным случаем тока смещения является ток поляризации. Ток поляризации – это ток смещению не в вакууме, а в материальной диэлектрической среде.

Сумма токов смещения и поляризации составляет полный ток смещения.

В медицинской практике применяются следующие виды токов по форме кривой тока:

·

Синусоидальный

·

Прямоугольный

·

Треугольный

·

Трапециевидный

· Игольчато-экспоненциальный

Самым простым является периодический синусоидальный ток. Он легко описывается математически и графически, форма его не искажается в электрических цепях с R, C, L элементами.

Основные характеристики переменного тока.

1.Период – время одного цикла изменения тока по направлению и числовому значению (T, c).

2.Частота – это число циклов изменения тока в единицу времени.

n =1/Т (величина обратная периоду с^-1, Гц)

3.Круговая частота (w, 2p/Т радиан/с)

4.Фаза (j) – это величина, определяющая во времени взаимоотношение тока и напряжения в электрической цепи.

5.Мгновенное значение тока и напряжения - значение этих величин в данный момент времени (i, u).

6.Амплитудное значение тока и напряжения – это максимальное за полупериод значение этих величин (I_m, U_m).

7.Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение тока и напряжения - вычисляется как положительный квадратный корень из среднего значению квадрата напряжения или тока по формулам.

I = ÖI²_cp

U = ÖU²_cp

Среднее значение (U_ср) за период (постоянная составляющая) – это среднее арифметическое мгновенных значений ток или напряжения за период.

На практике среднеквадратическое значение определяется по эффективному (действующему) значению. (I_cp,U_cp), которое для синусоидального тока вычисляется по формулам:

I_эф = I = 0,707 I_m

U_эф = U = 0,707 U_m

В отдельных случаях медицинского применения электрического тока приходиться учитывать и другие характеристики (например, коэффициент амплитуды К_а, и коэффициент формы К_ф).

Для практики имеют значения следующие формулы связи характеристик:

i(u) ≤I_m(U_m)

I_эф = I = I_m/Ö2=0,707 I_m I_{m =} 1,41 I_эф

U_эф = U= U_m/Ö2=0,707 U_m U_{m =} 1,41 U_эф

2. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью и их особенности.

Электрическая цепь - это реальная или мыслимая совокупность физических элементов, передающих электрическую энергию от одной точки пространства к другой.

Физическими элементами электрических цепей являются проводники, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Элементы цепи являются и элементами её связи, и, кроме того, реализуют соответствующие свойства сопротивления, емкости и индуктивности.

Виды электрических цепей:

1.Простые.

2.Сложные.

Простые цепи содержат только единичные R, C, L – элементы, а сложные имеют их в различных количествах и сочетаниях.

Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое называется активным (R), индуктивным (X_l), емкостным (X_c).

Особенности простых идеальных цепей.

Цепь, состоящая из генератора тока и идеального резистора, называется простой цепью с активным сопротивлением.

Условию идеальности цепи:

· Активное сопротивление не равно нулю,

· индуктивность и ёмкость его равны нулю.

R ¹ 0

L_r = 0

C_r = 0 ~ R

Особенности:

1.Соблюдается закон Ома для мгновенных, амплитудных и среднеквадратичных значений тока и напряжения.

2.

Активное сопротивление не зависит от частоты (поверхностный «скин - эффект» не учитываем)

n

3.Нет сдвига фаз (Dj) между током и напряжением.

Это значит, что ток и напряжение одновременно проходят свои максимальные (амплитудные) и нулевые значения.

4.На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.

Цепь с индуктивностью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального L – элемента- катушки индуктивности.

Условия идеальности цепи:

· Индуктивность катушки не равна нулю

· Её ёмкость и сопротивление равны нулю.

L ¹ 0

R_L= 0

C_L = 0

Особенности цепи:

1.Соблюдается закон Ома.

2.

L- элемент оказывает переменному току сопротивление, которое называется индуктивным. Оно обозначается X_L и возрастает с увеличением частоты линейно, соответственно формуле:

X_L= wL = 2pnL

3.В цепи есть сдвиг фаз между напряжением и током: V опережает I по фазе на угол p/2

4.Индуктивное сопротивление не потребляет энергии, т.к. она запасается в магнитном поле катушки, а затем отдается в электрическую цепь. Поэтому индуктивное сопротивление называется кажущимся или мнимым.

Цепь с ёмкостью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального C – элемента - конденсатора.