Электрический ток

Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц в электрическом поле. Такими частицами могут являться: в проводниках электроны, в электролитах ионы (катионы и анионы), в полупроводниках электроны и так называемые «дырки». За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Сила тока ( I ) в проводнике скалярная величина, численно равная заряду ( Δq ), протекающему в единицу времени ( Δt ) через сечение проводника. Измеряется в амперах. Плотность тока ( j ) векторная величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока j по сечению проводника S :

Проводник вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей электролиты. Пример проводящих газов ионизированный газ (плазма). Проводники бывают первого и второго рода. –К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). –К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты)

Электрический ток в металлах Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Сила тока и плотность тока в проводнике. S V= Δt n – концентрация электронов e – заряд электрона S – площадь поперечного сечения проводника - скорость движения электронов

Электрический ток в электролитах Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl 2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора: CuCl 2 Cu Cl –

Георг Симон Ом ( )

Закон Ома (интегральная форма) сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника: где: U напряжение [В], I сила тока [А], R сопротивление [Ом].

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле: где ρ удельное сопротивление вещества проводника, l длина проводника, а S площадь сечения.

Закон Ома (дифференциальная форма) Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника. Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем: где: j вектор плотности тока, σ удельная проводимость, E вектор напряжённости электрического поля.

Удельная проводимость σ (удельная электропроводность) мера способности вещества проводить электрический ток. Измеряется в [Ом -1 м -1 ]. Величина обратная удельной проводимости называется удельным сопротивлением: ρ=1/σ =[Ом м]

Удельное сопротивление биологических тканей и жидкостей Вещество ρ, Ом м Спинномозговая жидкость 0,55 Сыворотка крови 0,71 Кровь 1,7 Мышцы 2,0 Печень 3,3 Ткань мозговая и нервная 14,3 Жировая ткань 33,0 Кожа сухая 10 5 Кость без надкостницы 10 7 Серебро 1,6×10 -8

Переменный электрический ток

Переменный ток ток, который периодически изменяется по величине и направлению

Протекание переменного тока по резистору R I U

Протекание переменного тока по конденсатору С I U Электрическая ёмкость характеристика конденсатора, мера его способности накапливать электрический заряд.

Протекание переменного тока по катушке индуктивности L I U Индуктивность L[Г]зависит от числа витков, диаметра и длины катушки и характеризует её магнитные свойства

Протекание переменного тока по RLC- цепи Импеданс (Z) равен отношению амплитудного значения переменного напряжения на концах цепи к амплитудному значению силы тока в ней: I U

Резонанс напряжений Z

Эквивалентная электрическая схема тканей

Дисперсия импеданса живых тканей - зависимость импеданса живых тканей (биологических систем) от частоты переменного тока.

Фазовый сдвиг переменного напряжения и тока в тканях организма Объект Угол сдвига фаз, град Кожа человека, лягушки-55 Нерв лягушки-64 Мышцы кролика-65 Десна-42 Эмаль-25

Характеристические частоты главных областей дисперсии для различных биологических объектов.

Реография Реография (рио «поток, течение» и греч. grapho «писать, изображать») метод исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на графической регистрации изменений полного электрического сопротивления тканей. Применяется в диагностике различного рода сосудистых нарушений головного мозга, конечностей, лёгких, сердца, печени и др.

Схематическое изображение различных типов риографической кривой: а) норма, б) уменьшение кровенаполнения органа, в) повышение тонуса сосудов, г) понижение тонуса сосудов, д) увеличение кровенаполнения органа. (а) (б) (в) (г) (д)