Физика математика.
Дата: 2025-06-02; Просмотры: 7
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
м4.Распределение непрерывных.Непрерыв.величины принимают бесконечное число возможных значений в конечном,или в бесконечном интервалах изменения(время,масса,объем). Распределением случ.величины называется зависимость вер-ти ее появления от численных значений этой величины.Мат.ожидание имеет смысл среднего значения случ.величины.Для непрерывных случ.величин суммирование переходит в операцию интегрирования по всей области определения случ.величин,а вер-ть p(x)появления случ. Величины xi переходит в dp=pdx – вер-ть появления случ.величины в бесконечно малом интервале от x до х+dx,где a≤x≤b.в этом случае
Область определения случ.величин может представлять собой и беск.интервал -∞<x<+∞,тогда
Дисперсия описывает разброс случ.величин относительно мат.ож.В задачах с непрерывными случ.величинами дисперсия вычисляется по формуле
Физическая размерность дисперсии отличается от размерности случ.величины и ее мат.ож,поэтому помимо дисперсии часто используется характеристика,называемая средним квадратическим, σ=√D;физическая размерность среднего квадратичного совпадает с размерностью случ.величины и ее мат.ож.
м5.Бернулли.дискретные величины могут принимать конечное,счетное число случ.значений.(число людей в автобусе,возраст студента)Непрерыв.величины принимают бесконечное число возможных значений в конечном,или в бесконечном интервалах изменения(время,масса,объем). Закон распр.Бернулли (биномиальное распределение).Бином. распределению удовлетворяют дискретные целочисленные, неотрицательные случайные величины.Этим распределением описывается число ожид.событий,появляющихся в опытах с n независимыми испытаниями, в кот.ввсе ожид.соб-я характеризуются одинаковой вероятностью p.Формула:
Где величина n!,называемая n-факториал,равна произведению n×(n-1)×(-2)…2×1,а величина (n-m)!=(n-m)×(n-m-1)×(n-m-2)…2×1(Факториалы нуля и единицы считаются равными единице: 0!=1!=1)Данное распределение является линейчатым.Графически оно представляется набором вертикальных линий,число кот. равно m+1, а высота равна вероятности p(m) появления соответствующего числа m ожидаемых событий (включая случай,когда m=0)Опыт с подбрасыванием монеты.
м6.Пуассон дискретные величины могут принимать конечное,счетное число случ.значений.(число людей в автобусе,возраст студента)Непрерыв.величины принимают бесконечное число возможных значений в конечном,или в бесконечном интервалах изменения(время,масса,объем). Распеределению Пуассона удовлетворяют вер-ти появления заданного кол-ва редко происходящих случайных событий,наблюдаемых в серии из большого кол-ва независимых повторных опытов.Это распределение описывает дискретные,целочисленные неотриц.случ.величины,появляющиеся с вер-тью p,много меньшей единицы.формула:
где m-число ожид.соб-й,  (m)-вер-ть появления m искомых соб-й в серии из n независимых испытаний,μ-параметр распределения,совпадающий с мат.ож,причем μ=np,e-основание нат.логарифма.Дисперсия этого распределения совпадает с мат.ож.и также равна μ.При μ<10распределение несимметрично и имеет максимум, смещенный в сторону малых чисел.При увеличении μ оно становится всё более симметричным и стремится к нормальному распределению. Распределению Пуассона удовл.числа редких событий,происходящих в течение фиксированного интервала времени(вер-ти прохождения опред.кол-ва фоновых радиоактивных частиц в ед.времени через датчик дозиметра)
м8.Стандарт Стандартным норм.распределением называется норм.распр-е с мат.ож.0 и стандартным отклонением 1. Одной из важнейших задач,решаемых в рамках теории вер-тей и мат.статистики,явл. Определение интервала,в кот. случайная величина попадает с некоторой заданной вер-тью. Такая вер-ть наз.доверительной,а интервал наз. доверительным интервалом.Обычно в этих задачах рассматриваются только определенные, стандартные доверительные интервалы.Это позволяет избежать мат.вычислений,взяв известные из таблицдоверительные вер-ти для стандартных интервалов. Известны 3 станд.интервала,основанные на величине среднего квадратического для данного норм.распределения. 1)M-σ≤x≤M+σ(довер.вер-ть α≈68%) 2)M-2σ≤x≤M+2σ(довер.вер-ть α≈95%) 3)M-3σ≤x≤M+3σ(довер.вер-ть α≈99.7%)
м9.Генеральная совокупность-в мат.статистике это множество к-л однородных элементов,называемых выборкой.Число таких выделяемых элементов называется объемом выборки.Минимальным,статистически допустимым объемом выборки считается 3 элемента.Основными параметрами ген.сов.явл.мат.ож.и дисперсия входящих в нее величин. Выборка проводится с целью описания ген.сов.Если это описание является полным и корректным,то выборка называется репрезентативной.При анализе забол-ти детей,определенной возрастной группы,ген.сов. явл.данные осмотра всех детей датой возр.группы,а выборкой явл.данные,полученные в пределах одного района.
м11. Графические характеристики случайных величин. Гистограмма. Характеристики положения (мода, медиана, выборочная средняя).
Медиа́на (50-й процентиль, квантиль 0,5) — возможное значение признака, которое делит ранжированную совокупность (вариационный ряд выборки) на две равные части: 50 % «нижних» единиц ряда данных будут иметь значение признака не больше, чем медиана, а «верхние» 50 % — значения признака не меньше, чем медиана.
Для наглядности строят различные графики статистического распределения, в частности, полигон и гистограмму.
Полигоном частот называют ломаную линию, отрезки которой соединяют точки  . Для построения полигона частот на оси абсцисс откладывают варианты  , а на оси ординат – соответствующие им частоты  и соединяют точки  отрезками прямых.
Полигон относительных частот строится аналогично, за исключением того, что на оси ординат откладываются относительные частоты  .
В случае непрерывного признака строится гистограмма, для чего интервал, в котором заключены все наблюдаемые значения признака, разбивают на несколько частичных интервалов длиной h и находят для каждого частичного интервала – сумму частот вариант, попавших в i–й интервал.
Гистограммой частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников, основаниями которой служат частичные интервалы длиною h, а высоты равны отношению  . Для построения гистограммы частот на оси абсцисс откладывают частичные интервалы, а над ними проводят отрезки, параллельные оси абсцисс на расстоянии (высоте) . Площадь i–го прямоугольника равна  – сумме частот вариант i–о интервала, поэтому площадь гистограммы частот равна сумме всех частот, т.е. объему выборки.
Модой случайной величины называется её наиболее вероятное значение. Термин «наиболее вероятное значение», строго говоря, применим только к прерывным величинам; для непрерывной величины модой является то значение, в котором плотность вероятности максимальна. Условимся обозначать моду буквой  . На рис. 5.6.1 и 5.6.2 показана мода соответственно для прерывной и непрерывной случайных величин.
Рис. 5.6.1
В качестве точечной оценки для “a” берут выборочную среднюю  Def: выборочной средней называется среднее арифметическое выборки.
 (2)
 Теорема: выборочная средняя является состоятельной и несмещенной оценкоматематического ожидания  .
Акустика.
а1.Мех волны.М.в.наз.механич.возмущения, распростр-ся в пространстве и несущие энергию.2 основных вида м.в:упругие – распространение упругих деформаций – и волны на поверхности жидкости.Упругие волны возникают благодаря связям между частицами среды,этот процесс распространяется в пространстве с конечной скоростью.Уравнение волны выражает зависимость смещения колеблющейся точки,участвующей в волновом процессе,от координаты ее равновесного положения и времени.Для волны,распространяющейся вдоль направления ОХ,эта зависимость записывается в общем виде:s=f(x,t) Если s и x направлены вдоль одной прямой,то волна продольная, если взаимно перпендикулярно-поперечные.Уравнение плоской волны позволяет определить смещение любой точки, участвующей в волновом процессе, в любой момент времени. s = A cos [ ω ( t - x / v )Аргумент при косинусе наз.фазой волны. Множество точек,имеющих одновременно одинаковую фазу,наз. фронтом волны. Скорость распространения фиксированной фазы колебаний называют фазовой. Скор.распространения фикс.фазы колебаний и есть ск.распр.волны.Групповая скорость используется,когда реальная волна не может быть представлена одним гармоническим уравнением, а явл.суммой группы синусоидальных волн. Длина волны-расстояние между двумя точками,фазы которых в один и тот же момент времени отличаются на 2π. Λ=Tv
а2.Эффект Доплера-изменение частоты волн,воспринимаемых наблюдателем(приемником волн),вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя. Эффект Д.можно использовать для определения движения тела в среде.Для мед.применений это имеет особое значение.Э.Д.используется для определения скорости кровотока,скорости движения клапанов и стенок сердца(доплеровская эхокардиография) и других органов.
а3. Звук.Звуковые колебания и волны-частный случай механических колебаний и волн.Принято различать след.звуки:тоны,шумы,звуковые удары.тоном называется звук,являющийся периодическим процессом.Если процесс гармонический,то тон называется простым(чистым), ангармоническому колебанию соответствует сложный тон. Шумом называется звук,отличающийся сложной неповторяющейся временной зависимостью. Звуковой удар-это кратковременное звуковое воздействие(хлопок,взрыв)Звуковое давление p зависит от скорости v колеблющихся частиц среды.  =ρc,где p-плотность среды,с-скорость волны в среде. Произведение ρc называют удельным акустическим импедансом,для плоской волны его называют также волновым сопротивлением. Волновое сопротивление-важнейшая характеристика среды,определяющая условие отражения и преломления волн на ее границе.
а4.Объективные хар-ки звука.Т.к.звук(волна) включает в себя колебательное движение,то хар-ками зв.явл.все хар-ки колебаний(амплитуда,частота)Кроме того,для волн есть свои специфические хар-ки. Скорость волны-величина,равная отношению расстояния,на кот.распространилась длина волны ко времени,за которое это произошло.Длина волны-расстояние,на кот.распространяется волна за один период. Интенсивность волны(плотность потока энергии волны)-величина,равная отношению переносимой волной энергии ко времени и к площади,через которую эта энергия перенесена.
а9.Число Рейнольдса определяет характер течения жидкости по трубе,зависящий от св-в жидкости,скорости ее течения, размеров трубы.  ,где  -плотность жидкости,D- диаметр трубы.Если число Р.больше некоторого критического, то движ.жидкости турбулентное.Т.к.числоР.зависит от вязкости и плотности жидк,то удобно ввести их отношение,называемое кинематической вязкостью v=η/ρ Единицей кинем.вязкости является  .Кинем.вязкость полнее, чем динамическая, учитывает влияние внутр.трения на характер течения жидк.или газа.
а10.Формула Стокса.В основе метода лежит формула д/силы сопрот.,возникающая при движдении шарика в вязкой жидк,полученная Стоксом:Fc=6πηVr.Чтобы косвенно опред.коэф.вязкости,рассмотрим равномерное движ.шарика в вязк.жидк.и применим условие равномерного движ:векторная сумма всех сил,действующ.на шарик mg+Fa+Fст= 0 Теперь выразим силу тяж и силу Арх через известные величины mg=ρт*V*g=ρт*4/3π  *g Fа=ρж*V*g=ρж*4/3π *g Приравнивая величины mg=Fa+Fст получаем выражение для вязкости.η=2/9*g*(ρт-ρж)*r²/V=2/9*g*(  *r²*t/L Непосредственно измеряется r по диаметру,L-путь шарика в жидк,t-время прохождения пути.Ход опыта:трижды измеряем микрометром d шарик.1-3 вычисляем ср.знач d.Опускаем шар.в сосуд,изм.время прохожд.шариком расстояние между метками А и В. Вычисляем вязкость жидкости.
а11.Оствальд.Для измерения вязкости жидк.спом.визкозиметра Оств.измерим времена вытекания эталонной и исследуемой жидк.и при расчетах вязк.учтем плотности этих жидк. Определим например концентрац.спиртового р-ра. Эталонная жидк.-вода.измерим время ее истечения из визк.оств.далее берем некоторые известные концентрации спиртового р-ра – измеряются времена истечения такого же их объема.Зная кинем. вязк.воды ν=  вычислим кинем.вязкости р-ров. построим график завис-ти νот С.в пределах погрешности изм. этот график должен получиться линейным.После этого измерим кинем.вязк.р-ра неизв.конц.По графику находим саму концентрацию.Формула для вычисления вязкости: ν(иссл.)=  *ν(эт)
а12.ПуазейльФормула П.для объемной и линейной скорости. Q=  -разность давл.Если представить объемную скорость через V и t,то  . Т.о,объемная и линейная скорости зависят от вязкости обратно пропорционально. З-н П. работает только при ламинарном течении и при условии,что длина трубки превышает длину начального участка,необходимую для развития ламинарного течения в трубке.Гидр.сопр-сопр.движения жидк.по трубкам, обусловленное их вязк.Гид.соп.тем больше чем больше вязкость,длина трубы и меньше площадь попереч.сечения. 
э1. 1)Закон Ома для переменного тока и напряжения. Реактивное сопротивления электрического конденсатора и катушки индуктивности. Зависимость от частоты.
Зако́нО́ма — физический закон, определяющий связь между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника.
Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока.
Закон Ома для переменного тока будет иметь такой вид:
I=U/Z
I — ток в электрической цепи
U — Напряжение
Z — Комплексное сопротивление
Последовательный колебательный контур является простейшей резонансной (колебательной) цепью. Состоит последовательный колебательный контур, из последовательно включенных катушки индуктивности и конденсатора. При воздействии на такую цепь переменного (гармонического) напряжения, через катушку и конденсатор будет протекать переменный ток, величина которого вычисляется по закону Ома: I = U / ХΣ , где ХΣ - сумма реактивных сопротивлений последовательно включенных катушки и конденсатора (используется модуль суммы).
Для освежения памяти, вспомним как зависят реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности от частоты приложенного переменного напряжения. Для катушки индуктивности, эта зависимость будет иметь вид:
Из формулы видно, что при увеличении частоты, реактивное сопротивление катушки индуктивности увеличивается. Для конденсатора зависимость его реактивного сопротивления от частоты будет выглядеть следующим образом:
В отличии от индуктивности, у конденсатора всё происходит наоборот - при увеличении частоты, реактивное сопротивление уменьшается.
Что касается самой резонансной частоты, то она может быть вычислена при помощи формулы Томсона, которую мы можем вывести из формул реактивных сопротивлений катушки индуктивности и конденсатора, приравняв их реактивные сопротивления друг к другу:
Резонансной частотой контура называют такую частоту, на которой сопротивление контура имеет чисто активный (резистивный) характер.Условие резонанса - это равенство величин реактивных сопротивлений катушки индуктивности и ёмкости.
2)Полное сопротивление (импеданс) в электрических схемах, содержащих емкостные и резистивные катушки индуктивности. Зависимость от частоты
Электри́ческийимпеда́нс (комплексное сопротивление, полное сопротивление) — комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала.
Абсолютная величина (модуль) электрического импеданса определяется выражением
Полная цепь переменного тока - это цепь из генератора, а также R, C, и L
элементов, взятых в разных сочетаниях и количествах.
Для разбора проходящих в электрических цепях процессов используют полные
последовательные и параллельные цепи.
Последовательная цепь - это такая цепь, где все элементы могут быть
соединены последовательно, один за другим.
В параллельной цепи R, C, L элементы соединены параллельно.
Особенности полной цепи:
1.Соблюдается закон Ома
2.Полная цепь оказывает переменному току сопротивление. Это сопротивление
называется полным (мнимым, кажущимся) или импедансом.
3.Импеданс зависит от сопротивления всех элементов цепи, обозначается Z и
вычисляется не простым, а геометрическим (векторным) суммированием. Для
последовательно соединенных элементов формула импеданса имеет следующее
значение:
Z=корень(R2+(XL-Xc)2)
здесь:
Z - импеданс последовательной цепи,
R - активное сопротивление,
XL – индуктивное и XC – ёмкостное сопротивление,
L - индуктивность катушки (генри),
C - ёмкость конденсатора (фарад).
импеданс изменяется с изменением частоты
тока, на котором проводится измерение: при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается. Зависимость импеданса от частоты тока называется дисперсией импеданса.
Изменение импеданса с частотой обусловлено также зависимостью поляризации от периода Т переменного тока. Если время, в течение которого
электрическое поле направлено в одну сторону (Т/2), больше времени релаксации τ какого-либо вида поляризации, то поляризация достигает своего наибольшего значения, и до тех пор, пока T/2>τ, эффективная диэлектрическая проницаемость и проводимость объекта не будут изменяться с частотой. Если же при увеличении частоты полупериод T/2 переменного тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть своего максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает
уменьшаться с частотой, а проводимость - возрастать.
Э4. Токовый монополь. Токовый диполь. Электрическое поле токового диполя в неограниченной проводящей среде.
Токовый монополь
− Сверхпроводник первого рода. 1 2 3
− Сверхпроводник второго рода
− Изолятор.
Электрический ток от положительного электрода течёт по внешней цилиндрической оболочке 1 и возвращается к минусовому электроду по стержню 2. Магнитное поле обратного тока заперто во внутренней полости цилиндра 3 и для внешнего наблюдателя – не существует.
Может применяться для ускорения, или торможения, космических аппаратов в магнитном поле планеты. При торможении токовый монополь будет генерировать электрическую энергию, что позволит задействовать электроракетные двигатели и, таким образом, увеличить силу торможения.
В вакууме или в идеальном изоляторе электрический диполь может сохраняться сколь угодно долго. Однако в реальной ситуации (электропроводящая среда) под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов и диполь либо экранируется, либо нейтрализуется.
Можно к диполю подключить источник напряжения, иными словами, клеммы источника нацряжения представить как диполь. В этом случае, несмотря на наличие тока в проводящей среде, диполь будет сохраняться. Резистор R1 является эквивалентом сопротивления проводящей среды, E — ЭДС источника, г — его внутреннее сопротивление.
На основании закона Ома для полной цепи
Если r>>R, то I = 
Можно заключить, что в этом случае сила тока во внешней цени будет оставаться почти постоянной, она почти не зависит от свойств среды (при условии г ^ Щ). Такая двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.
Между дипольным электрическим генератором и электрическим диполем имеется большая аналогия, которая основывается на общей аналогии электрического поля в проводящей среде и электростатического поля.
Проиллюстрируем эту аналогию на примере плоского конденсатора.
Пусть между пластинами плоского конденсатора находится среда с удельным электрическим сопротивлением р или, иначе, с удельной электрической проводимостью у (у = 1/р). Сопротивление между пластинами конденсатора, как для проводника с сечением S и длиной l, равно
Электрическая проводимость равна
Если сравнить предыдущую формулу с выражением для емкости плоского конденсатора
то можно заключить: формула для проводимости получается из формулы для емкости заменой произведения се0 на у.
Суть аналогии электрического поля в проводящей среде и электростатического поля сводится к следующему:
— линии тока (электрическое поле в проводящей среде) совпадают с линиями напряженности электростатического поля при одинаковой форме электродов;
— в том и другом случаях многие формулы имеют тождественный вид, переход от одних формул к другим осуществляется заменой 
— на у, q на I, С на G (или 1/С на R). Закон Ома G = I/U аналогичен формуле С = q/U.
Воспользуемся этой аналогией и получим выражение для токового диполя. Аналогично электрическому моменту диполя введем дипольный момент дипольного электрического генератора:
РТ = Il,
где I — расстояние между точками истока и стока тока. Потенциал поля дипольного электрического генератора выражается формулой, аналогичной:
(в безграничной среде). Конфигурации линий напряженности электростатического поля электрического диполя и линий напряженности электрического поля токового диполя (они же совпадают и с линиями тока) одинаковы. Можно ввести и понятие мультипольного электрического генератора.
По существу, электрический мультипольный генератор — это некоторая пространственная совокупность электрических токов (совокупность истоков и стоков различных токов).
Все, что было сказано выше о потенциалах полей системы зарядов (электростатическое поле), справедливо и для такого генератора (токового мультиполя) в слабо проводящей среде.
Э7. Надёжность электронной медицинской аппаратуры. Вероятность безотказной работы, закон изменения со временем. Интенсивность отказов. Классы приборов по возможным последствиям отказов.
Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Это требование, однако, не всегда выполняется, говоря точнее, такое требование не может выполняться сколь угодно долго, если не принимать специальных мер.
Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т. е. о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышения или понижения допустимых параметров. Устройство, не отвечающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонтировав, его можно сделать вновь работоспособным. Во многих случаях достаточно заменить лампу или резистор, чтобы изделие вновь функционировало нормально, однако может быть и так, что аппаратура оказывается настолько устаревшей и изношенной, что экономически нецелесообразно ее ремонтировать (восстанавливать). В связи с этим онтопригодности аппаратуры и долговечности ее частей.
Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином надежность.
Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов.
Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятностный характер. Так, например, важным параметром является вероятность безотказной работы. Она оценивается экспериментально отношением числа N работающих (не испортившихся) за время t изделий к общему числу No испытывавшихся изделий:
Эта характеристика оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в заданном интервале времени. Другим количественным показателем надежности является интенсивность отказов X ( t ). Этот показатель равен отношению числа отказов dN за время dt к произведению времени dt на общее число N работающих элементов:
Знак «—» поставлен в связи с тем, что dN < 0, так как число работающих изделий убывает со временем.
Функция л( t ) может иметь различный вид.
Таким образом, при постоянной интенсивности отказов получаем экспоненциальный закон изменения со временем вероятности безотказной работы. Этот закон можно использовать для оценки надежности аппаратуры.
В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на четыре класса:
А — изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала. Вероятность безотказной работы изделий этого класса должна быть не менее 0,99 в течение наработки между планово-предупредительными техническими обслуживаниями, а для изделий, не подлежащих техническим обслуживаниям (ремонт, поверка), — в течение установленного для них срока службы. К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями больного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения и др.;
Б — изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования аналогичного по функциональному назначению изделия, находящегося в режиме ожидания. Вероятность безотказной работы изделий этого класса должна быть не менее 0,8. К таким изделиям относятся системы, следящие за больными, аппараты для стимуляции сердечной деятельности и др.;
В — изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс в некритических ситуациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслуживающий персонал, либо приводит только к материальному ущербу. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.;
Г — изделия, не содержащие отказоспособных частей. Электромедицинская аппаратура к этому классу не относится.
Э8. Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов. особенности сигналов, обрабатываемых медицинской электронной аппаратурой и связанные с ними требования к медицинской электронике.
Медицинская электроника основывается на сведениях из физики, математики, техники, медицины, биологии, физиологии и других наук, она включает в себя биологическую и физиологическую электронику.
Применения электроники в медицине многообразны, ибо это постоянно расширяющаяся область. В настоящее время многие традиционно «неэлектрические» характеристики — температуру, смещение тела, биохимические показатели и др. — при измерениях преобразуют в электрический сигнал. Информацию, представленную электрическим сигналом, удобно передавать на расстояние и надежно регистрировать. Можно выделить следующие основные группы электронных приборов и аппаратов, используемых для медико-биологических целей.
Устройства для получения (съема), передачи и регистрации медико-биологической информации. Такая информация может быть не только о процессах, происходящих в организме (биологических тканях, органах, системах), но и о состоянии окружающей среды (санитарно-гигиеническое назначение), о процессах, происходящих в протезах, и т. д. Сюда относится большая часть диагностической аппаратуры: баллистокардиографы, фонокардиграфы, реографы и др. Для подавляющего большинства этих приборов в радиотехническом отношении характерно наличие усилителей электрических сигналов.
К этой группе можно отнести и электромедицинскую аппаратуру для лабораторных исследований, например рН-метр.
Электронные устройства, обеспечивающие дозирующее воздействие на организм различными физическими факторами (ультразвук, электрический ток, электромагнитные поля и др.) с целью лечения: аппараты микроволновой терапии, аппараты для электрохирургии, кардиостимуляторы и др. С физической точки зрения эти устройства являются генераторами различных электрических сигналов.
Кибернетические электронные устройства: а) электронные вычислительные машины для переработки, хранения и автоматического анализа медико-биологической информации; б) устройства для управления процессами жизнедеятельности и автоматического регулирования состоянием окружающей человека среды; в) электронные модели биологических процессов и др.
Применение электронных медицинских приборов и аппаратов повышает эффективность диагностики и лечения и увеличивает производительность труда медицинского персонала.
Э9. 9.принцип действия электронного генератора синусоидальных колебаний. Эл. Генератор – устройство, преобразующее энергию источников постоянного напрящения в энергию электромаг-х колебаний различной формы. Синусоидальный=гармонический. Генератор (производитель) гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Усилитель с отрицательной обратной связью является дискриминатором (подавителем, активным фильтром). Усилитель генератора может быть как однокаскадным, так и многокаскадным.
Типовой график зависимости амплитуды выходного сигнала генератора от частоты. LC-генератор с перекрёстными связями на кольце из двух инверторов. Цепи положительной обратной связи выполняют две функции: сдвиг сигнала по фазе для получения петлевого сдвига близкого к n*2π и фильтра, пропускающего нужную частоту. Функции сдвига фазы и фильтра могут быть распределены на две составные части генератора — на усилитель и на цепи положительной обратной связи или целиком возложены на цепи положительной обратной связи. В цепи положительной обратной связи могут стоять усилители.
Э11. Положительная и отрицательная обратная связь в усилителях. Коэффициент обратной связи. Блок схема усилителя с обратной связью. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную характеристику и на полосу пропускания усилителя
Под обратной связью понимают влияние выходного сигнала усилителя на входной сигнал. В схеме усилителя на транзисторе на рис 16 используется вместо двух источников тока только один Е. Нужные значения коллекторного напряжения Uк и напряжения на базе Uб устаналвиваются при этом путем подходящего выбора сопротивлений R1 и Rб. Выходным сопротивлением здесь является резистор R2. Именно в данной схеме проявляется обратная связь-влиянеие выходного, усиленного сигнала на входной сигнал-за счет контура с резистором Rб.
Рис17
Выходное сопротивление усилителя здесь представлено суммой Rвых=R+Roc
Напряжение с резистора Roc(обозначим как Uoc) подается на вход усилителя. Таким образом напряжение(Uoc) снимаемое cRoc составляет некоторую часть от общего выходного напряжения Uвых. Принято называть отнощшениеUoc/Uвых коэффициентом обратной связи. β = Uoc/Uвых. Поэтому на вход такого усилителя будет подаваться не только напряжение Uг собъекта, которое подлжеит усилению, а суммаа: Uвх=Uг+Uoc=Uг+βUвых. Без обратной связи коэффициент усиления равен К=Uвых/Uвх С обратной связью коэффициент усиления равен Кос= К/ 1-βК
Анализ полученного выражения
Во первых отметим, что в нашем случае часть выходного напряжения подается на вход в фазе с усиливаемым напряжением. В этом случае обратная связь считается положительной(β>0) В таком случае коэф. Усиления с обратной связью больше, чем без нее (Кос>К) Если же произведение β*К будет стремиться к нулю, то коэффициент усиления будет стремиться к бескончености. Это соответствует работе усилителя в режиме генератора.
Во-вторых, если точки (а) и (б) на рис 17 поменять местами, то часть выходного сигнала будет подаваться на вход в противофазе с усиливаемым сигналом. В этом случае обратная связь считается отрицательной(β<0) Несмотря на то, что коэф.усиления в этом случае становится меньше, чем юез обратной связи (Кос<К) такие схемы получили широкое распространение ввиду стабильности коэффициента усиления
∆Кос/Кос<∆К/К в (1/1-βК) раз
Относительные колебания коэффициента усиления с ОС составляют малую часть от таковых без ОС. Например если К=100, β=-0,1, то 1/1-βК=1/1+0,1*100=1/11=0,091
Следовательно ∆Кос/Кос=0,091∆К/К, то есть относительные изменения коэффициента усиления, вызываемые, например, нестабильностью работы источника тока, питающео усилитель в случае усилителя с обратной связьью буду в 11 раз меньше, чем для усилителя без обратной связи.с
Степень искажения сигналов при их усилении характеризует: 1 Коэффициент нелинейных искажений, вычисляемый через амплитудные значения основного тона (U1) и обертонов(U2, U3 и т.д) 
2. Частотной характеристикой усилителя- графиком зависимости коэффициента усиления усилителя от частоты усиливаемого переменного тока(рис 15) При этом за полосу пропускания усилителя принимают диапазоне частот соответствующий коэффициентам усиления на уровне 0,7 от максимального значения Кмакс. В исследованиях слабых сигналов надо использовать такие усилители, в полосу пропускания которых целиком входит спектральный состав исследуемого процесса. 
Э12.
Принцип работы электронного осциллографа. Электронно-лучевая трубка. Развертка. Синхронизация. Чувствительность
Электронный осциллограф предназначен для наблюдения временных зависимостей различных как электрических, так и неэлектрических величин.(напр, на нем можно получить график переменного напряжения используемого в повседневной жизни)
Устрройство электронно-лучевой трубки
Ваккумная лампа своеборазной формы, в котрую впаяны катод, дополнительный электрод, два анода(указанные электроды представляют собой электронную пушку). Далее располааются горизонтально отклоняющие пластины и вертикально отколняющие пластины ГОП и ВОП предназначенные для отклоенения электронного луча. Электроны ускоренные и сфокусированные электронной пушкой, пролетая между отклоняющими платиснами будут смещаться в изменяющихся со временем электрических полях. Ввиду того, электроны практически не обладаюют инерцией, они в каждый момент времени будут попадать в различные точки экрана осциллографа и вызывать его свечение. Для получени яэлектронного луча необходимо нагревание катода до больших температур(термоэлектронная эмиссия). Ускорение электронов осуществляется двумя цилиндрическими анодами: поле анодо направлено от второго к первому. Кроме ускоряющего дей-я это поле также фокусирует электронный луч. Эту эе роль играет доп. Электрод.
Генератор для развертки осциллографа.
Этот генератор вырабатывает переменное пилообразное
напряжение регулируемой частоты, которое подается на 
ГОП, в результате чего электронный луч периодически смещается в горизонтальном
направлении медленно вправо и практически мгновенно влево.
Основной частью генератораразвертки служит неоновая лампа( способна проводить ток если напряжение на ней превысит некоторое значение, называемое напряжением зажигания). Гашение лампы происходит, если напряжение на ней понизится до некоторого другого значения - напряжения гашения.При включении к источнику постоянного тока R-C цепочки напряжение на конденсаторе (а значит, и на неоновой лампе) нарастает не мгновенно а по закону показательной функции (рис 3): U = Е (1 – ^-t/RC). Величина RC называетсяпостоянной времени и имеет смысл времени, за которое напряжение на лампе нарастет до 63% от максимального значения равного ЭДС цепи Е. Однако в силу указанных выше свойств неоновой лампы при напряжении зажигания Uз происходит разрядка конденсатора через лампу. Так как сопротивление самой лампы в момент, когда через нее течет ток - мало, то время разрядки также ничтожно мало. При уменьшении напряжения до напряжения гашения лампа гаснет, и процесс зарядки конденсатора повторяется. Изменяя значения сопротивления (R) и электроемкости (С) можно регулировать частоту работы генератора развертки и тем самым изменять частоту колебания луча осциллографа в горизонтальном направлении.
Принцип получения изображения - осциллограммы исследуемого напряжения на экране осциллографа.
на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается пилообразное напряжение с генератора развертки, на вертикально отклоняющие пластины подают исследуемое переменное напряжение. Для наблюдения можно взять переменное синусоидальное напряжение с блока питания ВС-30 (величину напряжение установите 2 В. устойчивое изображение исследуемого сигнала достигается только в том случае, когда частота генератора развертки равна или кратна частоте исследуемого напряжения (в данном случае 50 Гц). Если периоды не равны или не кратны - изображение - неустойчивое -наблюдаются мелькания. для получения устойчивой картинки -осциллограммы следует изменять частоту генератора развертки.
Для наблюдения слабых по амплитуде сигналов в осциллографе предусмотрен блок усилителей. Подаваемый на вход Y исследуемый сигнал предварительно усиливается в к раз и только после этого подается непосредственно на вертикальноотклоняющие пластины. Величину усиления можно плавно изменять (до некоторого максимальногозначения). Кромеусилениявертикальногоотклонения (по Y), в осциллографеимеетсяусилительгоризонтальногоотклонения (по X). Напряжениес генратораразвертки всегда подается на горизонтально отклоняющие пластины через этот усилитель. Для наблюдения больших по амплитуде сигналов используется блок - аттенюатор, уменьшающий по величине сигнал в 10 раз, в 100 раз ( то есть вводится затухание сигнала на 10 дБ, на 20 дБ соответственно).
Чувствительность осциллографа и ее измерение.
Подавая на верхнюю пластину “ПЛЮС” мы заставляем электронный луч смещаться вверх.для правой или левой из ГОП-в стороны. Если бы в осциллорафе не было блоков усилителей, электронно-лучевая трубка имела бы небольшую чувствительность. Чувствительностью осциллографа (электронно-лучевой трубки) называется величина равная отношению смещения луча (L) к поданному отклоняющему напряжению(и):
S = L / U .
Чтобв рассчитать чувствительность одной ЭЛТ. следует рассмотреть траекторию движения электрона в электрическом поле между отклоняющими пластинами (Рис 4). Пролетая между пластинами, электрон движется по параболе, далее прямолинейно.Чувствительность осциллографа больше чувствительности одной ЭЛТ во столько раз во сколько раз будет усилен исследуемый сигнал усилителем.
чувствительностьизмеряют, чтобы можно было рассчитать величину (амплитуду) изучаемого напряжения. Для измерения чувствительности используем переменное синусоидальное напряжения. Напряжение, показываемое прибором в цепи переменного тока - это не максимальное (или амплитудное) значение и эффективное (или действующее) значение, меньшее максимального в корень из 2 раз!
Поэтому если выключить генератор развертки и измерить длину вертикальной линии при данном напряжении 2В, точувствительность следует рассчитывать по формуле: S = L / (2*1,4* U) , ввиду того, что длина линии L соответствует не эффективному значение переменного напряжения, а удвоенному амплитудному значению, большему чем эффективное в 2*1,4 раза (рис 5).Замечание: Измерение чувствительности осциллографа следует проводить при ослаблении сигнала в 100 раз и при максимально введенном усилении. Это позволит вычислить максимально возможную чувствительность приотсутствие ослабления, когда ручка ослабление в положении 1:1 - она будет в 100 раз больше измеренной чувствительности.
8.Фигуры Лиссажу.
Фигурами Лиссажу называют фигуры, получающиеся при сложении взаимно перпендикулярных гармонических колебаний с равными или кратными частотами Так как на экране осциллографа луч одновременно может двигаться вдоль оси X и Y. то именно на осциллографе и можно получить эти фигуры. Для этого необходимо только подать на вход X не пилообразное напряжение с генератора развертки, а синусоидальное напряжение с другого генератора - со звукового генератора (частоты которого можно изменять от 20 Гц до 20 КГц).
Самая простая фигура получается при одинаковых частотах - прямая линия. Это соответствует случаю, когда фазы складываемых колебаний одинаковы:
X = A* Sin(ωt) (1),
Y = В* Sin(ωt) (2).
Проводя деление второго уравнения на первое, и сокращая в правой части на одинаковое выражение Sin(ωt) получается уравнение Y = (В/А) * X, что соответствуем прямой линии. Уравнение указывает, что наклон линии зависит от отношения амплитуд. Если фазы складываемых колебаний не равны, то получаются либо наклонные эллипсы, либо эллипсы с полуосями, совпадающими с осями 0Х и 0Y или окружность. Так при разности фаз π/2 получаетс
X = A* Sin(ωt) (3),
Y = В* Sin(ωt+ π/2) = B*Cos(ωt) (4)
Выразив Sin(ωt) из 3 уравнения, Cos(ωt) - из 4 уравнения, возведя получении выражения в квадрат и сложив два уравнения, получаем: X 2/А2 + Y2/В2 = 1, что соответствует уравнению эллипса, а при А = В -окружности.Если частоты и амплитуды колебаний - одинаковы, то при постепенном увеличении разности фаз складываемых колебаний от нуля до 2тс вид фигуры Лиссажу будет изменяться так, как показано на Рис 6.
9.Измерение частоты переменного сигнала на осциллографе.
Измерение частоты (периода) исследуемого периодического
сигнала можно провести в режиме включенного генератора развертки. Когда получится устойчивая картина, частоты исследуемого сигнала и пилообразного напряжения либо совпадают, либо отличаются в целое число раз. Частоту генератора развертки при этом можно посмотреть на самом приборе. Например: на экране получены три периода синусоиды с блока питания ВС-30 дающего частоту 50 ГцТак как за один период генератора развертки (колебания луча по оси ОХ) луч по оси ОУ успевает совершить 3 колебания, период синусоидального напряжения в 3 раза меньше пилообразного, а частота в 3 раза больше. Так как частота переменного синусоидального напряжения 50 Гц, то частота пилообразного - 16,6 Гц.
Измерение частоты (периода) исследуемого периодического сигнала можно провести в режиме выключенного генератора развертки, когда на вход ОХ подано напряжение с эталонного генератора. Получив устойчивую фигуру Лиссажу, обычно в 1 и 3 четвертях - можно утверждать, что частота исследуемого напряжения равна частоте эталонного генератора.
10. При получении фигуры Лиссажу при одинаковых частотах колебания бывает трудно добиться того, чтобы эта фигура была устойчивой. Обычно она медленно изменяется, проходя те фазы, которые указаны на Рис 6. Эта закономерность связана с тем, что частоты складываемых колебаний различаются на очень малую величину. Например, если частоты равны 50 Гц и 50,1 Гц, то за 10 секунд число первых колебаний (по оси ОХ) равно 500, число вторых колебаний (по оси ОУ) равно 501. Следовательно, за эти 10 секунд разность фаз складываемых колебаний постепенно изменяется от 0 до 2л
О2. Рефрактометрия (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) - это метод исследования веществ, основанный на определении показателя (коэффициента) преломления (рефракции) и некоторых его функций. Рефрактометрия (рефрактометрический метод) применяется для идентификации химических соединений, количественного и структурного анализа, определения физико-химических параметров веществ. Показатель преломления n, представляет собой отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел n обычно определяют относительно воздуха, а для газов - относительно вакуума. Значения n зависят от длины волны l света и температуры, которые указывают соответственно в подстрочном и надстрочном индексах. Например, показатель преломления при 20°С для D-линии спектра натрия (l = 589 нм) - nD20. Часто используют также линии спектра водорода С (l = 656 нм) и F (l = 486 нм). В случае газов необходимо также учитывать зависимость n от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению).
В идеальных системах (образующихся без изменения объема и поляризуемости компонентов) зависимость показателя преломления от состава близка к линейной, если состав выражен в объемных долях (процентах)
n=n1V1+n2V2 ,
где n, n1 ,n2 - показатели преломления смеси и компонентов, V1 и V2 - объемные доли компонентов (V1 + V2 = 1).
Для рефрактометрии растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этанола и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции.
Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации:
Влияние температуры на показатель преломления определяется двумя факторами: изменением количества частиц жидкости в единице объема и зависимостью поляризуемости молекул от температуры. Второй фактор становится существенным лишь при очень большом изменении температуры. Температурный коэффициент показателя преломления пропорционален температурному коэффициенту плотности. Поскольку все жидкости при нагревании расширяются, то их показатели преломления уменьшаются при повышении температуры. Температурный коэффициент зависит от величины температуры жидкости, но в небольших температурных интервалах может считаться постоянным. Для подавляющего большинства жидкостей температурный коэффициент лежит в узких пределах от –0,0004 до –0,0006 1/град. Важным исключением является вода и разбавленные водные растворы (–0,0001), глицерин (–0,0002), гликоль (–0,00026). Линейная экстраполяция показателя преломления допустима на небольшие разности температур (10 – 20°С). Точное определение показателя преломления в широких температурных интервалах производится по эмпирическим формулам вида: nt=n0+at+bt2+… Давление влияет на показатель преломления жидкостей значительно меньше, чем температура. При изменении давления на 1 атм. изменение n составляет для воды 1,48 ?10-5, для спирта 3,95 ?10-5, для бензола 4,8 ?10-5. То есть изменение температуры на 1°С влияет на показатель преломления жидкости примерно также, как изменение давления на 10 атм.
Обычно n жидких и твердых тел рефрактометрией определяют с точностью до 0,0001 на рефрактометрах, в которых измеряют предельные углы полного внутреннего отражения. Наиболее распространены рефрактометры Аббе с призменными блоками и компенсаторами дисперсии, позволяющие определять nD в "белом" свете по шкале или цифровому индикатору. Максимальная точность абсолютных измерений (10 -10) достигается на гониометрах с помощью методов отклонения лучей призмой из исследуемого материала. Для измерения n газов наиболее удобны интерференционные методы. Интерферометры используют также для точного (до 10 -7) определения разностей n растворов. Для этой же цели служат дифференциальные рефрактометры, основанные на отклонении лучей системой двух-трех полых призм. Автоматические рефрактометры для непрерывной регистрации n в потоках жидкостей используют на производствах при контроле технологических процессов и автоматическом управлении ими, а также в лабораториях для контроля ректификации и как универсальные детекторы жидкостных хроматографов.
Определение показателя преломления жидкостей и неизвестной
концентрации раствора при помощи рефрактометра
Цель работы: освоить метод определения показателя преломления
прозрачных жидкостей с помощью рефрактометра.
Задачи исследования: изучить принцип действия рефрактометра и
определить зависимость показателя преломления водного раствора
глицерина от концентрации. Определить неизвестную концентрацию
раствора.
Рефрактометром называют прибор, служащий для определения
показателя преломления световых лучей в прозрачных жидкостях.
Принцип действия прибора основан на явлении полного внутреннего
отражения, возникающем на границе раздела двух сред, при переходе луча из
оптически более плотной в оптически менее плотную среду.
Главной частью рефрактометра является система двух прямоугольных
призм – осветительной (А1B1C1) и измерительной (АВС), сделанных из
стекла с большим показателем преломления (рис. 1).
У осветительной призмы грань А1B1 матовая, а грань АВ измерительной
призмы полированная. Призмы расположены так, что между гранями
остается узкое плоско-параллельное пространство, которое заполняется
исследуемой жидкостью. При работе в проходящем свете лучи от источника света проходят через
грань В1C1 осветительной призмы и падают на матовую поверхность грани
А1B1. Вследствие рассеяния света матовой поверхностью в исследуемую
жидкость входят лучи под всевозможными углами (см. точки а и b).
Благодаря этому, углы падения лучей, падающих на границу АВ жидкость-
стекло, будут иметь значения от 0° до 90°.
Для луча, скользящего по границе раздела, угол падения i0 = 90° и
согласно закону преломления:
1 2 0
= n n r sin ,
где n1 – показатель преломления жидкости, а n2 – показатель преломления
призмы (n1 < n2), r0 – предельный угол полного внутреннего отражения.
Рис.1. Если на пути лучей, выходящих из измерительной призмы, поставить
зрительную трубу, то нижняя половина её поля зрения будет освещена, а
верхняя остается темной. При этом положение границы светотени
определяется лучом, соответствующим предельному углу.
При работе в отраженном свете лучи света направлены на матовую грань
ВС измерительной призмы. Лучи на ней рассеиваются, попадают на грань
АВ под всевозможными углами и преломляются на границе стекло-жидкость.
Те лучи, которые падают на поверхность АВ под углом меньшим
предельного, пройдут в жидкость и далее в призму A1B1C1. Лучи, которые
упадут на границу под углом, большим предельного, претерпят в призме
ABC полное внутреннее отражение и выйдут через границу АС. В поле
зрения зрительной трубы будут наблюдаться две области: верхняя – ярко
освещенная и нижняя – темная.
При наблюдении в белом свете граница света и тени из-за дисперсии
будет размыта и окрашена. Для устранения окраски и получения резкого
изображения границы служит компенсатор, состоящий из двух призм
прямого зрения, которые могут вращаться во взаимно перпендикулярных
направлениях.
Призма прямого зрения (призма Амичи) склеена из трех трехгранных
призм (рис. 2), изготовленных из стекол разного сорта. Две крайних призмы
изготовлены из крона с показателем преломления nк, а средняя - из флинта
(nф, nф> nк). Такая призма, не меняя направления желтых лучей, отклоняет
синие и фиолетовые лучи в сторону основания средней призмы, а оранжевые
и красные – в сторону ее вершины.
Если на пути выходящего из измерительной призмы пучка цветных
лучей установить призму Амичи так, чтобы ее дисперсия оказалась равной
по величине и противоположной по знаку дисперсии измерительной призмы,
то суммарная дисперсия будет равна нулю, а пучок цветных лучей соберется
в белый луч. Практически удобнее использовать две призмы прямого зрения,
общую дисперсию которых легко регулировать, вращая их относительно
друг друга.
Смоделировать работу компенсатора можно следующим образом.
Возьмите у лаборанта две призмы Амичи. Установите их вдоль одной
оптической оси и посмотрите на хорошо освещенный предмет. Вы увидите,
что он имеет размытые, окрашенные границы. Вращайте призмы вдоль
оптической оси и добейтесь исчезновения радужной окраски.
белый
свет
ф
к
крон крон
флинт
ж
Рис. 2. Ход лучей в призме
Амичи. Данная лабораторная работа может быть выполнена с использованием
рефрактометров двух марок: РДУ и ИРФ-454Б. Ниже приводится их
описания и порядок выполнения работы. Выберете нужный вариант.
Описание рефрактометра РДУ и порядка выполнения измерений.
На основании 1 (рис. 3) установлена стойка 2, к которой крепится корпус
3. На корпусе укреплена зрительная труба 4 и микроскоп 5. Микроскоп
позволяет рассмотреть шкалу показателей преломления изучаемого
вещества. Перед зрительной трубой внутри корпуса установлен
дисперсионный компенсатор 6, который поворачивается вращением ручки 7.
На одной оси с корпусом находится камера измерительной призмы 8,
связанная шарниром с камерой осветительной призмы 9. Для удобства
нанесения раствора на измерительную призму, корпус совместно с камерами
можно повернуть вращением ручки 10. Для направления светового потока на
входную грань осветительной призмы служит зеркало 11.
О3. Микроскопия (МКС) изучение объектов с использованием микроскопа. Подразделяется на несколько видов: оптическая микроскопия, электронная микроскопия, многофотонная микроскопия, рентгеновская микроскопия или рентгеновская лазерная микроскопия, отличающиеся использованием электромагнитных лучей с возможностью рассмотрения и получения изображений микроэлементов вещества в зависимости от разрешающей способности приборов (микроскопов). Оптическая микроскопия
Оптический микроскоп
Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличены один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешения составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины. Для наблюдения и изучения подобных объектов и предназначены оптические микроскопы различных типов.
Для получения больших увеличений применяется микроскоп. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей более или менее сложной конструкции: объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис. 251, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами. Как и лупа, микроскоп дает возможность рассматривать изображение предмета под большим углом, чем это возможно
Рис. 251. Ход лучей в микроскопе для невооруженного глаза. Небольшой предмет S1S2 помещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива; его действительное изображение S'1S'2 находится вблизи переднего фокуса F2 окуляра 2 — между окуляром и его передним фокусом. Это изображение рассматривается глазом через окуляр, как через лупу; на сетчатке глаза образуется изображение S'''1S'''2, которое воспринимается глазом как исходящее от мнимого увеличенного изображения S"1S"2. D — расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра — называется оптической длиной тубуса микроскопа; от нее зависит увеличение микроскопа. S'1S'2 находится в передней фокальной плоскости окуляра, т. е. изображение S"1S"2 лежит в бесконечности; при этом глаз находится в ненапряженном состоянии. Увеличением микроскопа, как и в случае лупы, называется отношение длины изображения какого-либо отрезка, получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микроскопа, к длине изображения того же отрезка на сетчатке при рассматривании его невооруженным глазом. Действие микроскопа эквивалентно действию лупы с фокусным расстоянием f, равным фокусному расстоянию всего микроскопа. Пользуясь формулой (114.1), для увеличения микроскопа находим  Фокусное расстояние микроскопа как системы из двух линз может быть сделано значительно меньше, чем фокусное расстояние объектива или окуляра в отдельности. В соответствии с этим увеличение микроскопа значительно больше увеличения, даваемого объективом или окуляром. Как показывает расчет, увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. Поэтому нередко применяют микроскопы с увеличением около 1000 и даже больше. Основные части оптической системы микроскопа — объектив 1 и окуляр 2 — размещаются на концах цилиндрической трубки, укрепленной в штативе (рис. 252). Объект 3 помещается на предметном столике 4 и освещается снизу с помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива и окуляра устанавливаются в металлической трубке — тубусе 7. Наводка на резкое изображение осуществляется с помощью винта кремальеры 8 (грубая наводка) или микрометрического винта 9 (точная наводка). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему можно быстро менять увеличение системы. Быстрая смена объективов с разным увеличением производится с помощью револьвера 10. Тубус и столик укреплены на массивном штативе 11.
О6. 6.Разрешающая способность и предел разрешения оптических приборов.полезное увеличиние микроскопа.
Разрешающая способность (разрешающая сила) оптических приборов, характеризует способность этих приборов давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта.
Z
d
Z=1/d=sinα/λ
α- угол дифрации лучей, дающих усиление первого порядка
необходимо, чтобы такие лучи входили в общий поток лучей от объектива на линзу объектива.
В окончательной формуле этот угол альфа заменяется апертурным углом. Под этим углом понимают половину угла раскрытия. Угол раскрытия θ называют угол между крайними лучами, падающими от предмета на обьъектив.
Полезное увеличиние микроскопа- это величина, равная отношению линейного размера изображения, получаемого в микроскопе, к линейному размеру самого предмета, рассматриваемого в микроскопе.
U=A2B2/Ab
К1. Оптич.атомные спектры Атомн.спектры-спектры испускания и спектры поглощения,кот.возник.при квантовых переходах между уровнями свободных или слабо взаим.атомов. Обусловлены перех.между уровнями внеш.электронов с энерг.фотонов порядка неск.электрон-вольт.Сюда относ.УФ, видимая и близкая инфракрасная обл.спектра. Возбужд. атомов для получ.опт.ат.сп. достигает в рез. безызлучательных квантовых переходов при электрич. разряде в газе или нагревании вещ-ва пламенем газовых горелок,эл.дугой или искрой.В спектре можно выделить группу линий,наз.спектрал сериями.Кажд.серия применительно к спектрам испускания соответст.переходам разл.уровней на один и тот же конечный.Молек.спектры(испускания и поглощ)возник.при квант.переходах мол-л с одного энерг.уровня на др. и состоят из совок-ти широких полос,кот.представляют собой тесно расположенные линии.Сложность мол сп.по сравнению с атомными обусловлена большим разнообразием движен.и сл-но,энергетич переходов молекулы.Электронно-колебательно-вращательные сп.испускания и поглощения наблюдают в видимой и уф областях.Согласно принципу запрета Паули е не могут иметь 4 одинаковых квантовых числа.е с один.главным квант.числом образуют слой. е,имеющие одинаковые пары знач n и l входят в состав оболчки.Всегда выполняется общее правило:е невозбужд.атома занимают состояние с наим.энергией и в соответствии с принципом Паули.В молекуле кроме движ е относит ядер происходит колебат.движ атомов около их положения равновесия и вращат.движение молекулы как целого.Согл.квантовой механике,энергия всех видов движ.в молекуле принимает только дискретные знач.Полная энергия мол-лы Е=Е(эл)+Е(кол)+Е(вр)
К2 ЛюминесценцияЛ-избыточное над тепловым излучение тела при данной температуре,имеющее длит-ть,значительно не превышающую период(10¯¹⁵с)излучаемых световых волн. Виды:ионол.(вызвана заряж.частицами-ионами),катодол.(е), радиол.(ядерным изл.),рентгенол.(под возд.рентг.и γ-изл), фотол.(фотонов),трибол.(при растирании,раздавливании или раскалывании кристаллов),электрол.(возбуждается эл. полем) хемил.(сопровождает экзотерм.хим.реакцию).Фотолюм. подраздел. на флуоресценцию(кратковременное послесвеч.) и фосфоресценцию(сравнительно длительное послесвечение). Закон Стокса для ф.:спектр люминесценции сдвинут в сторону длинных волн относит.спектра,вызывавших эту фотол. Имеются отклонения от з.Стокса-антистоксова люм.Это происходит при возбуждении фотол.монохромат.светом.Она возникает при возбуждении уже возбужденной частицы. Хемил.-л,сопровожд.хим.реакции.Она испускается либо непосредственно продуктами реакции,либо др.компонентами Яркость хемил.возрастает с увелич.ск.реакции и эфф-ти хемил.
Люм.анализ микроскопич.объектов проводят с пом.спец.люм.микроскопов, в кот.использ.ртутные лампы высокого и сверхвыс.давл.и применяют 2 светофильтра.
К3. Спектрофотометрия (абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии зависимость интенсивности поглощения падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии — спектрофотометры Молекулярно-абсорбционный фотометрический анализ включает спектрофотометрию, фотоколориметрию и визуальную фотометрию. В отличие от последней фотоколориметрия и спектрофотометрия являются инструментальными методами, в которых поглощение света измеряют с помощью приборов, снабженных фотоэлементами. Из этих методов рассматриваются фотоколориметрия и спектрофотометрия, применяемые для определения окрашенных веществ и веществ, поглощающих излучение в ультрафиолетовой области. В фотоколориметрических и спектрофотометрических методах измеряют поглощение излучения при определенной длине волны как функцию концентрации анализируемого вещества в растворе с последующим расчетом массовой доли компонента древесины, остаточного компонента в технической целлюлозе и др.
Спектрофлуориметрия. Принцип - испускание света, длина волны которого больше чем длина волны поглощенного света. . Применение - количественный анализ, кинетика, качественный анализ.
К8. Вопрос 8.
Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают. Поглощение рентгеновских лучей является важнейшим их свойством в рентгеновской съёмке. Интенсивность рентгеновских лучей экспоненциально убывает в зависимости от пройденного пути в поглощающем слое (I = I(нулевое) умножить на e(в степени (-kd)), где d — толщина слоя, коэффициент k пропорционален Z³λ³, Z — атомный номер элемента, λ — длина волны). Поглощение происходит в результате фотопоглощения (фотоэффекта) и комптоновского рассеяния:
Под фотопоглощением понимается процесс выбивания фотоном электрона из оболочки атома, для чего требуется, чтобы энергия фотона была больше некоторого минимального значения. Место выбитого при акте поглощения электрона занимает другой электрон, при этом испускается излучение с меньшей энергией фотона, происходит т. н. процесс флюоресценции.
Рентгеновский фотон может взаимодействовать не только со связанными электронами, но и со свободными, а также слабосвязанными электронами. Происходит рассеяние фотонов на электронах — т. н. комптоновское рассеяние. В зависимости от угла рассеяния, длина волны фотона увеличивается на определённую величину и, соответственно, энергия уменьшается.
Комптоновское рассеяние, по сравнению с фотопоглощением, становится преобладающим при более высоких энергиях фотона.
В дополнение к названным процессам существует ещё одна принципиальная возможность поглощения — за счёт возникновения электрон-позитронных пар. Однако для этого необходимы энергии более 1,022 МэВ, которые лежат вне вышеобозначенной границы рентгеновского излучения (<250 кэВ).
Суммарное поглощение рентгеновских лучей определяется суммированием всеми видами взаимодействия, ослабляющими интенсивность рентгеновского излучения. Для оценки ослабления интенсивности рентгеновского излучения при прохождении через вещество используют линейный коэффициент ослабления, характеризующий уменьшение интенсивности излучения при прохождении через 1 см вещества и равный натуральному логарифму отношения интенсивностей падающего и прошедшего излучения.
Аналогично и взаимодействие гамма-квантов(излучения) с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образованием электрон-позитронных пар. Вид эффекта зависит от энергии гамма-кванта:
Ек = hн - Еи, (1)
где: h - постоянная Планка; н - частота излучения; Еи - энергия ионизации соответствующей атомной оболочки (энергия связи выбитого электрона из атома).
Фотоэффект возникает при Е = 10 эВ-1 МэВ, то есть при относительно малых значениях энергий. В этом случае вся энергия гамма-кванта передается орбитальному электрону, и он выбивается из орбиты
Полный линейный коэффициент ослабления гамма квантов определяется по формуле[1]:
Где n -концентрация атомов поглотителя в единице объема, σ -полное эффективное сечение ослабления. Интенсивность пучка I(x) меняется от толщины прошедшего слоя x:
I(0) –интенсивность пучка в начале пути. Концентрацию атомов среды n можно выразить через плотность среды ρ ,число Авогадро Na ,молярную массу атомов среды M:
(отдельная хар-ка фотоэффекта):
Фотоэффект — это испускание электронов вещества под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения).
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.
Согласно 2-ому закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-ий закон фотоэффекта: для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота света ν0 (или максимальная длина волны λ0), при которой ещё возможен фотоэффект, и если ν < ν0, то фотоэффект уже не происходит.
Выделяют внешний и внутренний фотоэффект:
Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений.
Законы внешнего фотоэффекта
Закон Столетова: при неизменном спектральном составе электромагнитных излучений, падающих на фотокатод, фототок насыщения пропорционален энергетической освещенности катода (иначе: число фотоэлектронов, выбиваемых из катода за 1 с, прямо пропорционально интенсивности излучения):
 и 
· Максимальная начальная скорость фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего света, а определяется только его частотой.
· Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, то есть минимальная частота ν0 света (зависящая от химической природы вещества и состояния поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.
Комптоновское рассеяние - явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.
При рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона и (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:
где  — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).
Перейдя к длинам волн: 
где  — комптоновская длина волны электрона.
Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы: Ep = 2mc(в квадрате). Минимальная энергия Ep, необходимая для рождения пары данного типа, называется порогом рождения пар. Кроме того, для рождения реальной пары необходимо выполнение других законов сохранения, применимых к данному процессу. Так, законом сохранения импульса запрещено рождение в вакууме реальной электрон-позитронной пары (или пары любых других массивных частиц) одним фотоном, поскольку единичный фотон в любой системе отсчёта несёт конечный импульс, а электрон-позитронная пара в своей системе центра масс обладает нулевым импульсом
к 9.
Поглощенная доза показывает, какое количество энергии излучения поглощено в единице массы любого облучаемого вещества и определяется отношением поглощенной энергии ионизирующего излучения на массу вещества.
За единицу измерения поглощенной дозы в системе СИ принят грэй (Гр). 1 Гр — это такая доза, при которой массе 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад. 1 Гр=100 рад.
При одной и той же поглощенной дозе радиобиологический разрушительный эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза рассчитывается путем умножения значения поглощенной дозы на специальный коэффициент — коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества. Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Величина 1 Зв равна эквивалентной дозе любого вида излучения, поглощенной в 1 кг биологической ткани и создающей такой же биологический эффект, как и поглощенная доза в 1 Гр фотонного излучения
Коэффициент качества —характеризует опасность данного вида излучения (по сравнению с γ-излучением). Чем коэффициент больше, тем опаснее данное излучение. Значения коэффициента качества ионизирующих излучений определены с учетом воздействия микрораспределения поглощенной энергии на неблагоприятные биологические последствия хронического облучения человека малыми дозами ионизирующих излучений
РАДИАЦИОННЫЙ ФОН — ионизирующее излучение, обусловленное совместным действием естественных (природных) и техногенных радиационных факторов. к10. Детекторы ионизирующих излучений Сцинтилляционные счетчики уже в течение многих лет являются наиболее распространенными детекторами ионизирующего излучения. Их достоинства хорошо известны: высокая плотность вещества в чувствительном объеме детектора, относительно небольшое время реакции на частицу или квант, вызвавших сцинтилляцию, возможность выбора приемлемых размеров и свойств сцинтиллятора. Счётчик Гейгера — газоразрядный прибор для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц. Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. сцинтилляторов: неорганические и органические. Органические сцинтилляторы Из-за некоторых преимуществ органические сцинтилляторы – как пластические, так и жидкостные – по прежнему оказываются предпочтительными при решении многих задач радиационных измерений. К их достоинствам относятся короткое время высвечивания ( менее 10 нс ) , позволяющее выполнять блоки детектирования, работающие при больших импульсных загрузках, а также эффективно выделять случаи одновременного воздействия на детекторы двух частиц или квантов, относительно высокая плотность вещества в чувствительном объеме детектора, высокий световой выход при сцинтилляции, малая зависимость коэффициента преобразования поглощенной энергии в свет от внешних условий. Важные свойства органических сцинтилляторов – возможность изменения состава, гибкость при выполнении детекторов различного объема и формы. Наконец, они позволяют наиболее просто и дешево изготовить детекторы большого объема. Неорганические сцинтилляторы Для регистрации нейтронов и заряженных частиц, а также при решении специальных задач используют широкую номенклатуру сцинтилляционных детекторов, но все-таки доминирующее положение в технике радиационных измерений занимают сцинтилляционные счетчики с кристаллами NaI(Tl), в ниже приведенной таблице находятся основные характеристики некоторых органических сцинтилляторов. Дозиметр радиации - это прибор для измерения мощности ионизирующего излучения за определенный временной интервал. | м2.Теоремы.Теорема слож: вер-ть появления к-л соб-я из неск.несовместных равна сумме их вер-тей.теорема умнож:вер-ть совместного появления независ.соб-й равна произведению их вер-тей.Когда возникает необходимость определять вер-ть некоторого события при условии того,что другое соб-е либо произошло,либо не произошло, используется понятие об условной вер-ти.Усл.вер-ти часто используются для характеристики соб-й,относящихся к процессам диагностики и лечения,в частности,в задачах вер-тей диагностики.Теорема умнож. Вер-тей для зависимых соб-й:вер-ть наступления случ.соб-я А и зависящего от него соб-я В =произведению вер-ти соб-я А на усл.вер-ть соб.В.
м3.Распределение дискретных.дискретные величины могут принимать конечное,счетное число случ.значений.(число людей в автобусе,возраст студента) Распределением случ.величины называется зависимость вер-ти ее появления от численных значений этой величины .М ат.ожидание имеет смысл среднего значения случ.величины.Для дискретных случ.величин оно определяется как сумма произведений случ.величины на вер-ть ее появления:Дисперсия описывает разброс случ.величин относительно мат.ож.дисперсия дискретных случ.величин определяется как сумма произведений квадратов разности случ.величин и мат.ож. на соответствующие вер-ти появления этих случ.величин:Физическая размерность дисперсии отличается от размерности случ.величины и ее мат.ож,поэтому помимо дисперсии часто используется характеристика,называемая средним квадратическим, σ=√D;физическая размерность среднего квадратичного совпадает с размерностью случ.величины и ее мат.ож.
м7.Плотность вероятности.
Плотность вер-ти случайной величины X, функция р(х), такая, что при любых a и b вероятность неравенства а < Х < b равна
 .
Например, если Х имеет нормальное распределение, то
 где параметр μ — среднее значение (математическое ожидание) случайной величины и указывает координату максимума кривой плотности распределения, а σ² — дисперсия.Если П. в. p(x) непрерывна, то при достаточно малых dx вероятность неравенства x < X < x + dx приближённо равна p(x)dx. П. в. всегда удовлетворяет условиям
 .
Аналогично определяют П. в. p(x1,...,xs)для нескольких случайных величин X1, X2, ..., Xs (т. н. совместную П. в.): при любых ai, bi вероятность одновременного выполнения неравенств a1 < Xi < b1, . . ., as < Xs < bs равна
 .
Если существует совместная П. в. X1, Х2, ..., Xs, то для независимости этих величин необходимо и достаточно. чтобы совместная П. в. была произведением П. в. отдельных величин Xi, i = 1, 2, . . ., s.
Нормальное распределение(распределением Гаусса) — распределение вероятностей, которое задается функцией плотности распределения(см.выше)Физическая величина, подверженная влиянию значительного числа независимых факторов, могущих вносить с равной погрешностью положительные и отрицательные отклонения, вне зависимости от природы этих случайных факторов, часто подчиняется нормальному распределению, поэтому из всех распределений в природе чаще всего встречается нормальное. Норм.распределение зависит от 2 параметров — смещения и масштаба, т.е.является с математ.точки зрения не одним распределением,а целым их семейством.Значения параметров соответствуют значениям среднего (мат.ож) и разброса(стандартного отклонения). Случ.величина описывается норм.распределением,если 1)она является непрерывной2)вер-ть ее появления убывает с ростом абсолютной величины разности этой случайной величины и мат.ож. распределения3)вер-ть ее появления зависит от абс.величины разности х-М и не зависит от знака этой разност.
м10.оценка в теории оценок понимается как сами значения параметров генеральной совокупности, полученные по выборке, так и процесс получения этих значений, т. е. правило, по которому они получены.Оценки подразделяются на точечные и интервальные.Точечные оценки представляют собой определенные значения параметров генеральной совокупности, полученные по выборочным данным. Эти значения должны быть максимально близки к значениям соответствующих параметров генеральной совокупности, которые являются истинными значениями оцениваемых параметров.При формировании интервальных оценок определяют границы интервалов, между которыми с большой вероятностью находятся истинные значения параметров. Начнем с точечных оценок и рассмотрим оценку произвольного параметра (среднего, дисперсии или какого-то другого) генеральной совокупности, который обозначим a. Оценивая параметр a по выборке, находим такую величину aВ, которую принимаем за точечную оценку параметра a. Естественно, при этом стремимся, чтобы оценка была в определенном смысле наилучшей, поэтому к ней предъявляется ряд требований:1.Состоятельность. Точечная оценка aВ называется состоятельной, если при неограниченном увеличении объема выборки(n→∞) она стремится к истинному значению параметра a.В математической статистике показывается, что состоятельной оценкой генерального среднего значения µ, является выборочное среднее арифметическое  , а состоятельной оценкой генеральной дисперсии  — выборочная дисперсия  . 2. Несмещенность. Оценка aВ называется несмещенной, если она не содержит систематической ошибки, т. е. среднее значение оценки, определенное по многократно повторенной выборке объема n из одной и той же генеральной совокупности, стремится к истинному значению соответствующего генерального параметра a.
Выборочное среднее арифметическое является несмещенной оценкой генерального среднего μ. Несмещенной оценкой генеральной дисперсии является исправленная выборочная дисперсия. По известной величине выборочной характеристики ( или  и др.) можно определить интервал, в котором с той или иной вероятностью определяется значение параметра генеральной совокупности, оцениваемого по этой выборочной характеристике. Вероятности, признанные достаточными для того, чтобы уверенно судить о генеральных параметрах на основании выборочных характеристик, называются доверительными.Обычно в качестве доверительных вероятностей выбирают значения 0,95, 0,99 или 0,999 (их принято выражать в процентах). Перечисленным значениям соответствуют 95, 99 и 99,9 %. Выбор той или иной доверительной вероятности производится исследователем исходя из практических соображений от той ответственности, с какой делаются выводы о генеральных параметрах.
м12.Задача проверки статистических гипотез.Одной из задач статистики явл.проблема определения достоверности отличия двух наборов данных(двух выборок).Обычно среднее арифметическое двух сравниваемых выборок отличаются по величине,однако это не является обоснованным док-вом различия полученных рез-тов.Такое отличие может быть обусловлено разбросом данных,происходящим в силу случайных погрешностей измерений или случайного разброса данных вокруг одного и того же номинального значения. Статистичсеки обоснованным случаем отличия является только принадлежность двух выборок к двум разным ген.сов. Вполне возможным явл.случай,когда 2 различных набора данных,характеризуемых различными ср.арифм,на самом деле принадлежат одной и той же ген.сов.В статистике эта проблема решается след.образом:формально выдвигается гипотеза о принадлежности двух исследуемых выборок одной и той же ген.сов. и определяется доверит.вер-ть принятия или отвержения этой гипотезы.Для краткости это предположение называют нулевой гипотезой и обозначают  .Эта гипотеза может быть проверена либо путем сравнения довер.инт,двух изучаемых выборок, либо путем применения спец. параметрических и непараметрических критериев. Случайная величина,служащая для проверки нул.гип. наз. статистическим критерием.При стандартном научном подходе проверки гипотез исследователь пытается показать несостоятельность нулевой гипотезы, несогласованность её с имеющимися опытными данными, то есть отвергнуть гипотезу. При этом подразумевается, что должна быть принята другая, альтернативная (конкурирующая), исключающая нулевую, гипотеза.
а5.Ультразвук.УЗ наз.мех.колебания и волны,частоты которых более 20кГц. Верхним пределом уз частот условно можно считать  Гц.Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещ-ва,в кот.распространяется узволна. Для генерирования узволн используются устройства,наз. УЗ-излучателями.Электромех.излучатели основаны на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта.Он заключается в мех деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещ-ва с хорошо выраженными пьезоэл.св-вами. На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить переменное электрическое напряжение от генератора,то пластина благодаря обратному пьезоэл.эффекту начнет выбрировать,излучая мех.волну соответствующей частоты. Прием УЗ волн осуществляется на основе прямого пьезоэл. эффекта.Применение УЗ в медицине связано с особенностями его распространения и харкатерными св-вами. По физ. природе УЗ явл.мех волной,однако длина волны существенно меньше длины УЗ волны.Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений(хорошо отражается от остей,на пов-ти полых органов) Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей,внутр.органов(УЗ-локация) Скорость распространения УЗ волн и их поглощения существенно зависят от состояния среды,на этом основано использование уз для изучения молекулярных св-в вещ-ва.Исследования такого рода явл. предметом молекулярной акустики.Сжатия и разрежения,создаваемые уз,приводят к образованию разрывов сплошности жилкости-кавитации.Медико-биологические приложения уз можно разделить на 2 направления:диагностика и воздействие.
а6.Идеальная жидкость-несжимаемая жидкость,не обладающая вязкостью.подход к жидкости как несжимаемой позволяет получить для ее течения уравнение неразрывности струи.Подход к жидкости как не обладающей вязкостью позволяет применить для ее течения закон сохранения мех. Энергии-уравнение Бернулли.То что для идеальной жидкости вязкость=) означает,что скорости всех слоев текущей жидкости одинаковы-нет сил внутреннего трения,а отсюда и факт сохранения мех.энергии.Уравнение Бернулли выводится из принципа сохранения работы,совершаемой внешними силами над идеальной жидкостью.В этом случае работа идет на изменение только мех.энергии жидкости.
а7.Полное давление.Для установившегося течения идеальной жидкости полное давление,равное сумме статического, гидростатического и динамического давлений есть величина постоянная(уравнение Бернулли).Давления измеряются при помощи манометрических трубок Пито.Если жидкость в трубке находится под давлением,то в вертикальной трубе жидкость поднимается на высоту,соответствующую статическому давлению в данном месте трубки.Неизогнутая трубка измеряет статическое давление:  .Изогнутая навстречу потоку трубка измеряет полное давление жидкости.Поэтому динамическое давление можно рассчитать как разность давления в той и другой трубке.
а8.Понятия стационарного потока.Стационарным или установившимся течением называют такое течение, когда скорости в каждой точке русла остаются неизменными во времени.Линии тока жидкости-линии,касательно к кот. являются скорости отдельных частиц текущей жидкости. Ламинарным(слоистым) течением называют такое течение,когда отдельные линии тока-траектории движения отдельных частиц не пересекаются.Увеличение скорости течения вязкой жидкости вследствие неоднородности давления по поперечному сечению трубы создает завихрение и движение становится вихревым,или турбулентным.При турбулентном течении скорость частиц в каждом месте беспрерывно и хаотически изменяется, движение является нестационарным.При течении реальной жидкости отдельные слои ее воздействуют друг на друга с силами,касательными к слоям.Это явление называют внутренным трением или вязкостью.  -уравнение Ньютона,здесь  -коэффициент пропорциональности, называемый коэф.внутр.трения или вязкостью.Для многих жидкостей вязкость не зависит от градиента скорости,такие жидкости подчиняются уравнению Ньютона и их наз.ньютоновскими.Жидкости,не подчиняющиеся уравнению,относят к неньютоновским.Кровь является неньютоновской,так как образует агрегации и работа при течении жидкости затрачивается также и на разрушение этих структур.
а13.Последоват.соед.при нем ток в проводниках одинаковый, напряжение(разность потенциалов)равна сумме напряжений на каждом резисторе.отсюда получается закон соединения резисторов.Rобщ=R1+R2+… Возьмем неск.труб различной длины и сечения и содержащих разные местные сопротивления,и соединим их последовательно. При подаче жидкости по такому составному трубопроводу расход жидкости во всех последовательно соединенных трубках будет одинаков,а полная потеря напора равна сумме потерь напора во всех последоват.соед.трубах.Q1=Q2=Q3=Q
а14.Парал.соед При параллельном соединении проводников складываются величины,обратные сопротивлениям. Х=(  Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно HM и HN , расход в основной магистрали (т.е. до разветвления и после слияния) - через Q, а в параллельных трубопроводах через Q1, Q2 и Q3; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ1 , Σ2 и Σ3. Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали Q = Q1 = Q2 = Q3Выразим потери напора в каждом из трубопроводов через полные напоры в точ.М и N : Σh1 = HM - HN; Σh2 = HM - HN; Σh3 = HM - HN Отсюда делаем вывод, что Σh1 = Σh2 = Σh3 т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой. Их можно выразить в общем виде через соответствующие расходы следующим образом Σh1 = K1Q1m; Σh2 = K2Q2m; Σh3 = K3Q3mгде K и m - определяются в зависимости от режима течения. Из двух последних уравнений вытекает следующее правило: для построения характеристики параллельного соединения нескольких трубопроводов следует сложить абсциссы (расходы) характеристик этих трубопроводов при одинаковых ординатах ( Σ h).
А15.Закон Гука Согласно закону Гука,напряжение пропорц. деформации.Деф-это изм.взаимн.располож.точек тела,кот. приводит к изм.его формы и размеров.Наиб.простым видом деф.явл.растяжение(сжатие).Применит.к деформации растяжения напряжение σможно выразить как отнош.силы к площади попереч.сеч. σ=F/SДля деф.сдвига напряж.τ выраж. как отноше силы к площади грани,к кот.сила касательна. В этом случае  -касательное напряжение τ=F/S Для растяж.и сжатия з.Гука записывается так σ=Еε и τ=Gγ,где Е-модуль Юнга, ε-относит.удлинение(мера деф.растяж),G-модуль сдвига,γ-угол сдвига. Модули упругости, величины, характеризующие упругие свойства материала. В случае малых деформаций, когда справедлив Гука закон, т. е. имеет место линейная зависимость между напряжениями и деформациями, М. у. представляют собой коэффициент пропорциональности в этих соотношениях. Одностороннему нормальному напряжению s, возникающему при простом растяжении (сжатии), соответствует в направлении растяжения модуль продольной упругости Е (модуль Юнга). Он равен отношению нормального напряжения s к относительному удлинению e, вызванному этим напряжением в направлении его действия: Е = s/ e, и характеризует способность материала сопротивляться растяжению. Напряжённому состоянию чистого сдвига, при котором по двум взаимно перпендикулярным площадкам действуют только касательные напряжения t, соответствует модуль сдвига G. Модуль сдвига равен отношению касательного напряжения t к величине угла сдвига g, определяющего искажение прямого угла между плоскостями, по которым действуют касательные напряжения, т. е. G = t/g. Модуль сдвига определяет способность материала сопротивляться изменению формы при сохранении его объёма. Всестороннему нормальному напряжению s, одинаковому по всем направлениям (возникающему, например, при гидростатическом давлении), соответствует модуль объёмного сжатия K — объёмный модуль упругости. Он равен отношению величины нормального напряжения s к величине относительного объёмного сжатия D, вызванного этим напряжением: K = s/D.
Э2. Электрический диполь. Электрические поля диполя
Известно, что работа отдельных клеток организмов и всех органов и тканей
сопровождается возникновением биопотенциалов. Сердце - выполняющее в организмах
роль механического насоса - генерирует при своей работе электрические потенциалы,
причем при различных видах патологии рисунок электрической активности меняется. В
наиболее простом приближении электрическое поле сердца соответствует полю диполя.
Электрическим диполем называют электрически нейтральную систему разноименных
зарядов, центры тяжести которых пространственно не совпадают. Расстояние, на котором
располагаются заряды принято характеризовать дипольным вектором L, дипольным моментом называют произведение величины модулей электрических зарядов на дипольный вектор:
Р = q * L
Электрическое поле - особый вид материи, создаваемый как неподвижными, так и движущимися заряженными частицами, посредством этого поля осуществляется
взаимодействие самих заряженных частиц. Двумя характеристиками этого поля являются
НАПРЯЖЕННОСТЬ и ПОТЕНЦИАЛ.
Напряженностью (Е) электрического поляназывают величину, равную отношению
электрической силы, действующей на пробный, положительный заряд к величине этого
заряда: Е = F / q(равенство- векторное ). Измеряется напряженность в Н/Кл, или В/М. Потенциалом (Ф) точки поля называют величину, равную отношению потенциальной энергии пробного, положительного заряда в некоторой точке поля к величине этого заряда:
Ф тА = Wпот / q.
Потенциал измеряется в Вольтах (В + ДЖ/Кл).
Для поля одного точечного заряда Q напряженность рассчитываются по формуле:
Е = k*Q / Е R2,
потенциал - по формуле
Ф =k*Q / s R.
В этих формулах к - постоянная , входящая в закон Кулона,равная 9*109 Н*м2 /Кл2 ,
Е - диэлектрическая постоянная среды, в которой находятся заряды,
R - расстояние от заряда,создающего поле. Для наглядности электрическое поле отображают силовыми линиями (линиями напряженности)и эквипотенциальными поверхностями, в плоскости
представляющими также линии. По касательным к силовым линиям направлены вектора напряженности поля, причем густота характеризует величину напряженности (чем гуще, тем больше напряженность поля). Эквипотенциальные линии - это линии одинакового потенциала. Для одного точечного заряда (монополя) электрическое поле отображено на рисунке 3 Силовые линии выходят из положительного заряда и уходят в бесконечность. Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным линиям (поверхностям)
Формула для нахождения разности потенциалов каких либо 2ух точек поля диполя
ФточкиВ– Ф точки А=2* Sin (В/2)* k * P * Cos ( Y ) / Е* R 2
 Поясним эту формулу для случая, относящегося непосредственно к теории Эйнтховена, которая объясняет соотношения величины зубцов электрокардиограммы (ЭКГ) в разных отведениях. Выберем оси координат ОХ и ОУ, диполь - на оси ОХ, некоторую окружность с центром в начале координат и равносторонний треугольник, вписанный в эту окружность, верхняя сторона которой параллельна оси ОХ. Угол Р - это угол, под которым видны точки отведения потенциала из средины диполя - в нашем случае, это из начала координат. Для всех трех отведений разности потенциалов - точи А и В, точки В и С, точки А и С - эти углы ф) равны по 60 градусов, значит в формуле в этом случае Sin можно заменить на 1 / 2 .
Угол у - это угол, который образует линия отведения потенциала с осью диполя - это самый главный вывод, который следует из этой формулы в теории Эйнтховена. Так для точек отведения разности потенциалов (фтв-фтА) этот угол Yi = 0, для (фтв - фтс) и (фтд - фтс) равен по 60 градусов, так как диполь располагается горизонтально, а угол указанного на рисунке 4 равностороннего треугольника - 60 градусов (эти углы указаны на рисунке 4 двойными линиями). Принято говорить, что разность потенциалов, для каких либо двух точек диполя прямо пропорциональна проекции вектора дипольного момента - Р * Cos(y) - на линию отведения потенциалов.
Э5. Электробезопасность и надёжность медицинской аппаратуры. Понятие о токах утечки. Единичное нарушении работы. Типы приборов по доступным токам утечки, их обозначения, особенности.
Одним из важных вопросов, связанных с использованием электронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопасность как для пациентов, так и для медицинского персонала.
Больной вследствие различных причин (ослабленность организма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электродов на теле, т. е. прямое включение пациента в электрическую цепь, и др.) оказывается в особо электроопасных условиях по сравнению со здоровым человеком. Медицинский персонал, работающий с медицинской электронной аппаратурой, также находится в условиях риска поражения электрическим током.
В электрической сети и в технических устройствах обычно задают электрическое напряжение, однако действие на организм или органы оказывает электрический ток, т. е. заряд, протекающий через биологический объект в единицу времени.
Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электродами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Сопротивление RBB внутренних частей организма слабо зависит от общего со стояния человека, в расчетах принимают RBH = 1 кОм для пути ладонь ступня. Сопротивление RK кожи существенно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность). Кроме того, на разных участках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление. Поэтому (учитывая неопределенность сопротивления кожи человека) ее вообще в расчет не принимают и считают I = U / RBH = 17/1000 Ом. Так, например, I = 220/1000 А = 220 мА при U = 220 В. На самом деле кожа имеет сопротивление, которое может превосходить сопротивление внутренних органов, и сила тока в реальной ситуации при напряжении 220 В может быть существенно меньше 220 мА. Понятно, что при работе с электронной медицинской аппаратурой должны быть предусмотрены все возможные меры по обеспечению безопасности.
Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Это требование, однако, не всегда выполняется, говоря точнее, такое требование не может выполняться сколь угодно долго, если не принимать специальных мер.
Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т. е. о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышения или понижения допустимых параметров. Устройство, не отвечающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонтировав, его можно сделать вновь работоспособным. Во многих случаях достаточно заменить лампу или резистор, чтобы изделие вновь функционировало нормально, однако может быть и так, что аппаратура оказывается настолько устаревшей и изношенной, что экономически нецелесообразно ее ремонтировать (восстанавливать). В связи с этим онтопригодности аппаратуры и долговечности ее частей.
Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином надежность.
Ток утечки - ток, обусловленный несовершенством изоляции
Под единичным нарушением понимают отказ одного из средств защиты от поражения электрическим током. По условиям электробезопасности единичное нарушение не должно создавать непосредственной опасности для человека. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения током. Во всяком случае, ток утечки всегда меньше порога ощутимого тока.
Э6. Классы приборов по способу дополнительной защиты от поражения электрическим током, их обозначения, особенности. Понятие о занулении и заземлении приборов. Техника безопасности при работе с электрическими приборами.
Основное и главное требование — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением.
Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основ ной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возможность случайного проникновения и касания внутренних частей аппаратуры пальцами, металлическими цепочками украшений и т. п. Однако даже если части аппаратуры, находящиеся под напряжением, и закрыты от прикосновения, это еще не обеспечивает полной безопасности по крайней мере по двум причинам.
Во-первых, какой бы ни была изоляция между внутренними частями аппаратуры и ее корпусом, сопротивление приборов и аппаратов переменному току не бесконечно. Не бесконечно и сопротивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки.
Во-вторых, не исключено, что благодаря порче рабочей изоляции (старение, влажность окружающего воздуха) возникает электрическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом — «пробой на корпус», и внешняя, доступная для касания часть аппаратуры (корпус) окажется под напряжением.
И в одном и в другом случае должны быть приняты меры, которые исключали бы поражение током лиц при касании корпуса прибора или аппарата. Рассмотрим эти вопросы несколько подробнее.
Сила тока утечки на корпус, как и всякий ток проводимости, по закону Ома зависит от напряжения и сопротивления цепи. Электрическая сеть независимо от наличия или отсутствия заземления всегда имеет некоторую проводимость относительно земли, которая определяется активным (омическим) сопротивлением R 3 изоляции и заземления и емкостью С3 проводников сети и земли. Электропроводимость между сетью и корпусом зависит соответственно от омического сопротивления рабочей изоляции и от емкости между внутренними частями аппаратуры, находящимися под напряжением, и корпусом, т. е. от R и Сут.
Так как сила тока утечки существенно влияет на безопасность эксплуатации медицинской аппаратуры, то при конструировании и изготовлении этих изделий учитывают допустимую силу этого тока как при нормальной работе приборов и аппаратов, так и в случае единичного нарушения. Под единичным нарушением понимают отказ одного из средств защиты от поражения электрическим током. По условиям электробезопасности единичное нарушение не должно создавать непосредственной опасности для человека. Допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от их назначения и степени защиты от поражения током. Во всяком случае, ток утечки всегда меньше порога ощутимого тока.
При пробое на корпус доступные (внешние) для касания части аппаратуры оказываются под напряжением. И в этом случае при нарушенных условиях работы изделий следует предусмотреть возможные способы защиты от поражения электрическим током. К таким основным защитным мерам относятся заземление Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования, с заземляющим устройством.Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. и зануление. Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.
Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.
Для понимания физической стороны этих мер нужно знать, как электромедицинская аппаратура подключается к трехфазной системе.
При техническом решении вопроса о наиболее экономной передаче переменного тока по проводам русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в конце прошлого века была предложена трехфазная система тока (трехфазный ток).
Обычно электромедицинская аппаратура присоединяется как однофазная нагрузка к линейному или фазовому напряжению. Для упрощения предположим, что линейные провода имеют совершенную изоляцию, а нейтральный провод имеет относительно земли сопротивление Ra. Если бы не было защитного заземления R 3 , то при пробое и касании человеком корпуса на человеке оказалось бы напряжение. Существенно отметить, что благодаря значительному сопротивлению RH пробой на корпус не вызовет аварийного тока, достаточного для срабатывания предохранителя, поэтому это нарушение может остаться незамеченным для персонала. Однако если рядом окажется аппарат (прибор) с пробоем на корпус от другого линейного провода (другой фазы), то между корпусами двух приборов появится линейное напряжение. Одновременное прикосновение к таким корпусам весьма опасно.
В настоящее время в большинстве случаев распространены трехфазные сети с заземленной нейтралью. В этом случае защитное заземление малоэффективно. В самом деле, при хорошем заземлении нейтрали RB мало, например Ru ~ R 3 , напряжение С/ф перераспределится между сопротивлениями, и между корпусом и землей окажется напряжение, равное 0,5 иф. Это опасно для человека. Скорее всего при пробое сработает предохранитель, однако это может произойти не сразу или даже вовсе не произойти при недостаточной силе аварийного тока. Для того чтобы предохранитель сработал, используют другой вид защиты — защитное зануление, при котором корпус аппаратуры соединяют проводниками с нулевым проводом сети. В случае пробоя на корпус возникает короткое замыкание, срабатывает предохранитель, и аппаратура отключается от источника напряжения. Так как всегда имеется вероятность обрыв:\ нулевого провода, то нейтраль заземляют в нескольких местах.
Резюмируя сказанное, еще раз отметим, что защитные заземления или зануления должны обеспечивать в установках с изолированной нейтралью безопасную силу тока, проходящего через тело человека при замыкании цепи на заземленные части аппаратуры, в установках с заземленной нейтралью — автоматическое отключение аппаратуры от электрической сети.
Выше были рассмотрены лишь основные вопросы электробезопасности при работе с электромедицинской аппаратурой. Так как трудно дать электротехническое описание различных ситуаций, способных повлечь несчастный случай, то ограничимся в заключение лишь некоторыми общими указаниями:
— не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела;
— не работайте на влажном, сыром полу, на земле;
— не касайтесь труб (газ, вода, отопление), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой;
— не касайтесь одновременно металлических частей двух аппаратов (приборов).
При проведении процедур с использованием электродов, наложенных на пациента, трудно предусмотреть множество вариантов создания электроопасной ситуации (касание больным отопительных батарей, газовых и водопроводных труб и кранов, замыкание через корпус соседней аппаратуры и т. п.), поэтому необходимо четко следовать инструкции по проведению данной процедуры, не делая каких-либо отступлений от нее.
Э10.
Принцип действия электронного усилителя. Схема на транзисторе.
Усилители-это устройства, предназначенные для увеличения величины(амплитуды) слабых электрических сигналов. В медицине к таким сигналам относятся: потенциал покоя (ок. – 70 мВ), потенциал действия( амплитудой 100-140 мВ), электрокардиограмма( амплитуда самого большого R-зубца около 1 мВ), электроэнцефалограмма ( амплитуды колебаний менее 100 мкВ) Коэффициентом усилиения (К) називвают отношение величины(амплитуды) усиленного(выходного) сигнаала к величине не усиленного (входного) сигнала. К=Uвых/Uвх (для переменных сигналов здесь берутся амплитудные значения, для постоянных-отношения самих значений сигнала). Главным требованием, предъявляемым к усилителям является отсутствие( или минимальность) привносимых ими искажений. Форма усиленного сигнала должна при усилении оставаться прежней, должен измеряться лишь масштаб сигнала. В качестве основного элемента для усиления используют либо вакуумные электронные лампы, либо: триод, тетрод, пентод, либо полупроводниковый элемент.
Свойства электронной лампы-триода, на котором основана работа усилителя.
Вакуумный триод предстваляетсобо стеклянный или металличсекий баллон, из которого откачсан воздух до давлений менее сотых долей мм.рт.ст и впаяны электроды: катод анод и сетка. Сетка располагается ближе к катоду. Нагревание катода приводит к вылету из него электронов(термоэлектронная эмиссия), в результате чего в лампе может быть создан электрический ток, величина которогоо будет определяться напряжением на аноде и сетке относительно катода. Анодной характеристикой называют график зависимости анодного тока от анодного напряжения при постоянной темпертауре катода( рисунок с двуми линиями)
Сеточной характеристикоц наз. График зависимости анодного тока от сеточного напряжения при постоянной температуре катода и напряжении на аноде.(рисунок с одной линией). Свойство триода состоит в том, что незначительные изменения напряжения сетки лампы вызывают значительные изменения ее анодного тока. Если построить графики анодных и сетончых характеристик в одно масштабе, то это совйство будет проявляться в болшей крутизне сеточной характеристики. Коэффициент усиления триода ( Ктр=∆Ua/∆Uc)∆Ua и ∆Uc-приращения соответствующих напряжений, приводящих к одинаковым изменениям анодного тока.
Схема усилителия на электронной лампе-триоде
Усиливаемое напряжение подается между сеткой и и катодом лапмы, а снимается с резистора R2. На резисторе R1, имеющееся напряжение представляет собой сумму постоянного напряжения от источника питания (Е), подаваемого на анод, и усиленного переменного напряжения. Разделительный конденсатор (Ср) позволяет снимать с резистора R2 только усиленное переменное напряжение. Принцип усиления можно отразить с помощью сеточной характеристики-чем больше наклон сеточной характеристики, тем больше коэффициент усиления.
Рр0хзщхщз
понятие о транзисторах.
Транзистор-это полупроводник, содерж. Два p-n перехода. Это структура p-n-pили n-p-n типа. Левыйp-nпереход на рисунке 7 включен к источнику тока в прямом пропускающем ток направлении. Он называется эмиттерным переходом. Правый p-n переход включен к источнику в обратном, запирающем ток направлении. Он называется коллекторным переходом. Области транзистора соответственно называются эмиттером, базой и коллектером. Нарисованная схема-схема с общим эмиттером. Свойство транзистора аналогично свойству вакуумного триода-незначительные изменения на базе(или тока базы) приводят к значительным изменениям токка коллектора. Вместо анодной и сеточной характеристик используют понятие входной и выходной характеристик. Выходной характеристикой называется график зависимости тока базы Iб от напряжения на базе Uб при постоянном коллекторном напряженнииUк. (рис. 8) Чем больше Uк, тем сильнее расширяется коллеторный переход на область базы, ток базы уменьш., т.к часть носителей(дырок) попадает при этом в область коллектора.
Выходной характеристикой называют график зависимости коллекторного тока Iк от напряжения на коллекторе Uк при постоянном токе базы Iб. Выделяют две области: область резкого роста тока и область насыщения(рис. 9) область насыщения Iк обусловлена тем, что при достаточно больших напряжениях Uк>Uк*≈6В коллекторный переход расширяется на всю область базы и дальнейшее увеличение коллекторного напряжения не отражается на изменеииколлекторноо тока. Из сказанного понятно, что область базы должна быть достаточно тонкой. Для транзистора используют понятие коэффициента усиления. Рассматриваемя схема включения транзистора является схемой с общим эмиттером, в этом случае говорят о коэффициенте усиления транзистора по току. Β=∆Iк/∆Iб при Uк>Uк*≈6 В. Этот коэффициент можно вычислить по экспериментальным графикам выходных характеристик. Для случая на рис 9 коэф. Усиления равен β=(3-2)мА/(40-20)мкА=1000мкА/20мкА=50. Коэффициент усиления транизистора и усилителя не одно и то же. На коэффициент усиления усилителя влияет как коэффициент усиления этих элементов, так и значение выходного сопротивления схемы усилителя: Кусилителя=Ктриода/(1+Rтриода/Rвых)
Схема усилителя на транзисторе.
 В зависимости от типа транзистора в электрических схемах их обозначают так, как показано на рис. 10. Усиливаемый сигнал подается между эмиттером и базой. Усиленный сигнал снимается с резистора R2, который стоит после разделительного конденсатора в цепи коллектора, как и в схеме с вакуумным триодом(рис. 11) Электрические схемы усилителей на вакуумной лампе и на транзисторе во много аналогчины друг другу. Можно указать аналгоию самих элементов лампы и транзистора: эмиттер соотв. катоду, база-сетке, коллектор-аноду.
Э13. Электроды для съема биоэлектрических сигналов
Электроды для съема биоэлектрического сигнала-это проводники специальной формы, соединяющие измериткльную цепь с биологической системой. При диагностике электроды используют не только для съема электрическоо сигнала, но и для подведения электромагнитного воздействия(например в реографии). В медицине также используют для оказ. Электромагнитного воздействия с целью лечения и электростимуляции. Требования: электроды должны быстро фиксироватся и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не создавать помех и т.д
Важная физическая проблема заключается в минимизации потерь полезной информации, особенно на переходном сопротивлении электрод-кожа. Схема рис. 17.2 (ξбп-ЭДС источника биопотенциалов, r-сопротивление внутренних тканей биосистемы, R-сопротивление кожи и электродов, контактирующих с ней.Rвх-входное сопротивление усилителя биопотенциалов)
Для уменьенияпереходоного сопротивления электрод-кожа стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченные физ.раствором. или электропроводящие пасты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площальконтактп электрод-кожа, но при этом электрод будет захватывать неск. Эквипотенциальных поверхностей и истинная картина будет искажена.
По назначению электроды делят на следующие группы:
1) Для кратковременного применеия в кабинетах функциональной диагностики, например для снятия ЭКГ.
2) Для длительного наблюдения за тяжелобольными
3) Для исследованиях на подвижных больных( напр. В спорт медицицне)
4) Для экстренного применения.
При использовании электродов в электрофизиологических исследованиях возникают 2 специфические проблемы: возникновение гальванической эдс при контакте электрода с биотканью и электролитическая поляризация электродов, что прявляется в выделении на электродах продуктов реакций при прохождении тока. В рез-те возникает встречная по отношению к основнойэдс. В обоих случахэдс искажают сигнал.
Для сниятияэкг к конечностям специальными резиновыми лентами прикрепляют электроды-металлические пластинки с клеммами 1. В кторые вставляют и закреплябт штыри кабелей отведения. Кабели соединяют электроды с электркардиографом. На груди пациента устанавливают грудной электрод 2. Он удерживается резиновой присоской. Этот электрод такдже имеет клемму для тыря кабеля отвдения. В микроэлектродной практике используют стеклянныемикроэлектроды. Кончик его имеет диаметр 0,5мкм. Корпус-изолятор, внутри проводник в виде электролита. Позволяет проводить внутриклеточные исследования.
Э14. Датчики медико-биолоической информации.
В некторых случаях к медико-биологической информации удобнее подойти как к неэлектрической величине( например пульс) В этих случаях используют даткчики.
Датчик-устройство, преобразующее измеряемую или контрольируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования и регистрации. Датчик, к которому подведена измеряемая величина т.е первый в измерительной цепи-первичный.В медицине используют датчки, котрые преобразуют исследуемую величину в электрический сигнал.
Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.
Генераторные под воздействием измеряемого сигнала непорседственно генерируют напряжение или ток. Виды и являния, на которых основано действие.
1) пьезоэлектрические(пьезоэлектрический эффект), 2)термоэлектрическиие(термоэлектричество-являение возникновения эдс в цепи, состоящей из последователоьно соединенных разнородных проводников, имеющих различную температуру спаев. 3) индукционные(электромагнитная индукция) 4) фотоэлектрические(фотоэффект)
Параметрические датчики под воздекйствием измеряемого сигнала изменяют какой-либо свой параметр. Некоторые измеряемые с их помощью параметрры: 1) емкостные(емкость)
2) реостатные( омическое сопротивление) 3) индукттивные(индуктивность)
В зависимости от вида энергии, явл. Носителем инфомации, различают механические, акустические, температурные, электрические, оптические и др.
Датчик характеризууется функцией преобразования-функциональной зависимостью выходной величины у от входной величины х, которая описывается аналитическим выражением y=f(x) или графиком. Наиболее простым и удобным случаем является прямо пропорциональная зависимость y=kx
Чувствительность датчика показывает в какой мере выходная величина реагирует на изменеие входной
Z=∆y/∆x(выражается в омах на миллиметр Ом/мм или в милливолтах на кельвин мВ/К в зависимости от вида датчика)
Физические процессы в датчиках не происходят мгновенно, это приводит к запаздыванию изменения выходной величины по сравнению с изменением входной. Аналитически такая особенность приводит к зависиомсти чувствительногсти датчика от скорости изменения входной величины dx/df или от частоты при изменении х по гармоническому закону.
При работе с датчиками следует учитывать погрешности.
Причины погрешностей: 1) температурная зависимость функции преобразования 2) гистерезис- запаздывание у от х даже при медленном изменении входной величины, происходящее в результате необратимых процессов в датчике 3) непостоянство функции преобразования во времени 4) обратное воздействие датчика на биологическуб систему, приводящее к изменению показаний 5) инерционность датчика( пренебрежение его временными характеристиками) и т.д
Конструкция датчико, исп. Вв медицине разнообразна. Весьма простой датчик ищмерения частоты дыхания – реостатный.
Этот датчик выполнен в виде резинонвой трубки 1, которая заполнена мелким угольным порошком 2. С торцов трубки вмонтированы электроды 3. Через уголь можно пропусать ток от внешнего источника 4. При растяжении трубки увеличивается длина L и уменьшается площадь сечения S столбика угля и увеличиваестя сопротивление:
R=ρL/Sгде ρ-удельное сопротивление уголнього порошка.
Если трубкой опоясать грудную клетку, то при вдохе трубка растягивается, а при выдохе сокращается. Сила тока в цепи будет изменяться с частотой дыхания, что можно зафиксировать, используя соответсвующую дыхательную схему.
э 15. Понятие об аналоговых, дискретных и комбинированных регистрирующих устройствах. Устройства отображения. Медицинское применение регистрирующих и отображающих устройств.
Под устройством отображения понимают устройство, которое временно представляет информацию, при появлении новой информации прежняя информация бесследно исчезает, Такими являются, в частности, стрелочные приборы: амперметр, вольтметр и др. Стрелочный амперметр, например, показывает силу тока в данный момент и не фиксирует ее. При изменении силы тока в цепи информация о прежнем значении безвозвратно утрачивается. Для запоминания информации, отображаемой такими устройствами, необходимо специально ее фиксировать, что, например, и делают студенты в физической лаборатории, снимая показания приборов. Медико-биологическое применение устройств отображения достаточно мало: электротермометр сопротивления, частотомер пульса и др.
Значительно большее распространение в медицинской электронике получили регистрирующие приборы, которые фиксируют информацию на каком-либо носителе. Это позволяет документировать, хранить, многократно использовать, обрабатывать и анализировать полученную медико-биологическую информацию.
Отображающие и регистрирующие приборы подразделяют на аналоговые - непрерывные, дискретные и комбинированные, сочетающие возможности аналоговых и дискретных.
Рассмотрим подробнее наиболее распространенные в практике медико- биологических исследований аналоговые регистрирующие устройства
Некоторые из них называют также самопишущими приборами илисамописцами.
Самопишущие приборы, используемые в медицинской аппаратуре» преобразуют электрический сигнал в механическое перемещение. Физически они являются гальванометрами — высокочувствительными электро измерительными приборами, реагирующими на достаточно малую силу тока. Важной характеристикой самописца является диапазон частот колебаний, которые они успевают регистрировать. Чем больше момент инерции подвижной части самописца, тем больше запаздывание регистрации относительно истинного изменения регистрируемой величины, частотная характеристика' будет хуже.
Наиболее широкие частотные возможности у аналоговых регистрирующих приборов, называемых светолучевыми (шлейфовыми) осциллографами. Наряду с аналоговыми регистрирующими приборами в медицинской практике для фиксирования информации используются и такие безынерционные комбинированные устройства, как электронно-лучевые трубки
Так, например, в портативном вектор-кардиоскопе электронно-лучевая трубка является основным элементом, который отображает, а при дополнительном фотографировании и регистрирует электро- и вектор кардиограммы
Электронно-лучевая трубка относится к группе комбинированных устройств, так как может отображать (при дополнительном фотографировании — регистрировать) выходную информацию не только в аналоговой, но и в дискретной форме (цифры, буквы).
Э16. 16 АМПЛИТУДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЯ
НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ
Рассмотрим усиление синусоидального (гармонического) сигнала. Для того чтобы форма сигнала при усилении не изменялась, коэффициент усиления должен быть одинаков для различных напряжений в пределах изменения входного сигнала.
В этом случае зависимость U вых — лямбда Uмакс входа), называемая амплитудной характеристикой усилителя, имеет линейный вид : U макс вых =КUмакс входа. На самом деле линейная зависимость выполняется в ограниченной области изменения входного
напряжения, при выходе за пределы этой области линейность зависимости нарушается
Если входной гармонический сигнал выйдет за пределы линейной части амнлитудной характеристики, то
выходной сигнал ужене будет гармоническим, Возникнут нелинейные (амнлитудные) искажения.
э17. Частотная (амплитудно-частотная) характеристика усилителей. Линейные искажения. Полоса пропускания.
Использование линейного участка характеристики еще не является гарантией неискаженного усиления электрического сигнала.
Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, то он может быть разложен на отдельные гармонические составляющие, каждой из которых соответствует своя частота. Так как в усилителях используются конденсаторы и катушки индуктивности, а их сопротивление зависит от частоты , то коэффициент
усиления для разных гармонических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства проводников, сколь бы малы они ни были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления. Таким образом, существенна зависимость к = f ( w ) которая получила название частотной характеристики усилителя. Для того чтобы ангармонический сигнал был усилен без искажения (даже при использовании линейной части амплитудной характеристики), необходима независимость коэффициента усиления от частоты
Частотная характеристика должна плеть вид к = const. На практике это не
реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных.
Для расширения полосы пропускания приходится усложнять усилительные схемы. Однако диапазон частот, которые надо усилить без искажения, определяется задачами усиления. Так, для усиления звука достаточно полосы 60 Гц — 15 кГц, а усиление видеоимпульсов требует значительно большей полосы пропускания.
э18 . Основные компоненты аппарата УВЧ. Терапевтический контур, его назначение. Резонанс электрических сигналов. Частота, на которой работают отечественные аппараты УВЧ.
Одним из наиболее распространенных физиотерапевтических методов является УВЧ-терапия — воздействие на ткани и органы переменным электрическим полем ультравысокой частоты (30-300МГц). УВЧ-терапия применяется при лечении воспалительных процессов в костях и суставах, невралгии, бронхиальной астмы и других заболеваний.
Физиологическое воздействие электрического поля УВЧ основано на действии переменного электрического поля на молекулы и ионы в тканях организма. В результате этого воздействие в тканях выделяется значительное количество теплоты, что приводит к активизации биохимических и физиологических
процессов
Высокочастотное прогревание происходит за счет образования тепла во внутренних частях организма. Выделяемая теплота зависит от диэлектрической проницаемости тканей, их удельного сопротивления и частоты электромагнитных колебаний. Подбирая соответствующую частоту можно осуществлять преимущественное выделение теплоты в нужных тканях и органах.
Рассмотрим механизм действия УВЧ электрического поля на растворы электролитов и диэлектриков.
Нагревание электролитов в поле УВЧ происходит за счет движения ионов, т. е. токопроводимости. При этом энергия тока переходит во внутреннюю.
Количество теплоты, выделенное в электролите
q1=E^2/p
где E эффективное значение напряженности электрического поля; р — удельное сопротивление электролита.
Под действием высокочастотного электрического поля в диэлектрике происходит непрерывная переориентация дипольных молекул.
В СССР принято использовать в аппарате УВЧ частоту 40,58 МГц. При этой частоте нагревание диэлектриков происходит интенсивнее, чем электролитов.
Описание установки
Аппарат УВЧ состоит из двухтактного лампового генератора (ЛГ) и терапевтического контура (ТК).
Основными частями генератора являются: колебательный контур, включенный в анодную цепь, в котором возбуждаются незатухающие электромагнитные колебания, частота которых определяется индуктивностью La и емкостью C контура;
Воздействие электрическим полем УВЧ на пациента производитея посредством эдектродов пациента (ЭП), которые включены в терапевтическнй контур, индуктивно связанный с анодным колебательным контуром генератора. Индуктивная связь исключает возможность попадания больного под высокое постоянное напряжение, которое всегда имеется в генераторе,
Наибольшая мощность выделяется в терапевтическом контуре при условии резонанса, т|е, тогда, когда частота собственных колебаний терапевтического контура совпадает с частотой колебаний , возникающих в анодном колебательном контуре генератора
э19 ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧАСТОТНЫХ ИНТЕРВАЛОВ, ПРИНЯТАЯ В МЕДИЦИНЕ
Из теории Максвелла вытекает, что различные электромагнитные
волны, в том числе и световые, имеют общую природу. В связи с этим целесообразно представить всевозможные электромагнитные волны в виде единой шкалы (рис. 18.27).
Вся шкала условно подразделена на шесть диапазонов: радиоволны(длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультра фиолетовые, рентгеновские и гамма-излучение. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, либо возможностью зрительного восприятия их человеком.
Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками (макроизлучатели). Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения исходят из атомов, молекул и быстрых заряженных частиц (макроизлучатели). Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах, гамма-излучение имеет ядерное происхождение.
Некоторые диапазоны перекрываются, так как волны одной и той же длины могут образоваться в разных процессах. Так, наиболее коротковолновое ультрафиолетовое излучение перекрывается длинноволновым рентгеновским.
В этом отношении очень характерна пограничная область инфракрасных волн и радиоволн. До 1922 г. между этими диапазона ми был пробел. Наиболее коротковолновое излучение этого полненного промежутка имело молекулярное атомное происхождение (излучение нагретого тела)*, а наиболее длинноволновое излучалось макроскопическими вибраторами Герца
Сейчас никого не удивляет, что даже миллиметровые волны могут Генерироваться не только радиотехническими средствами, но и молекулярными переходами. Появился раздел - радиоспектроскопия, который изучает поглощение и излучение радиоволн различными веществами. В медицине
принято следующее условное разделение электромагнитных колебаний на частотные диапазоны
Низкие (НЧ) до 20 Гц
Звуковые (34) 20 Гц - 20 кГц.
Ультразвуковые или надтональные (У3Ч) 20 кГц - .200 кГц
Высокие (ВЧ)200 кГц - 30 МГц
Ультравысокие (УВЧ) 30МГц - 300 МГц
Сверхвысокие (СВЧ) 300 МГц -300 ГГц
Крайневысокие (КВЧ) свыше 300ГГц
Оптика.
О1. Геометрическая оптика. Явление полного внутреннего отражения света. Предельный угол полного отражения. Ход лучей. Волоконная оптика
Геометрическая оптика – раздел физики, в котором законы распространения света рассматриваются на основе представления о световых лучах (нормальных к волновым поверхностям линий, вдоль которых распространяется поток световой энергии).
Полное отражение света
Полное отражение света - явление, при котором луч, падающий на границу раздела двух сред, полностью отражается, не проникая во вторую среду.
Полное отражение света происходит при углах падения света на границу раздела сред, превышающих предельный угол полного отражения при распространении света из оптически более плотной среды в среду менее оптически плотную.
Явление полного отражения света в нашей жизни.
Это явление используется в оптоволоконной оптике. Свет, под определенным углом попадая в оптически прозрачную трубку, и многократно отражаясь от ее стенок изнутри выходит через другой ее конец (рис.5). Так передаются сигналы.
При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, 1>2; и согласно закону преломления (1.4) показатель преломления n>1, поэтому > (рис. 10, a): преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред.
Если направить луч света в обратном направлении – из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. 10, б), то закон преломления запишется так:
 (1.8)
Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии бывшего падающего луча, поэтому < , т. е. преломленный луч отклоняется от перпендикуляра. По мере увеличения угла угол преломления растет, оставаясь всё время больше угла . Наконец, при некотором угле падения значение угла преломления приблизится к 90 и преломленный луч пойдет почти по границе раздела сред (рис. 11). Наибольшему возможному углу преломления =90 соответствует угол паления 0.
Рис. 11 Попробуем сообразить, что произойдет при > 0. При падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. При > 0преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света. Для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 12). Узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается. Отражение происходит в соответствии с законом отражения, a преломление – в соответствии с законом преломления (1.4). Рис. 12 Если увеличивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и следовательно, энергия) отраженного пучка растет, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. Особенно быстро убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90. Наконец, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см.рис. 11), доля отраженной энергии составляет почти 100%. Повернем осветитель, сделав угол падения большим 0. Мы увидим, что преломленный пучок исчез и весь свет отражается от границы раздела, т. е. происходит полное отражение света. На рисунке 13 изображен пучок лучей от источника, помещенного в воде недалеко от ее поверхности. Большая интенсивность света показана большей толщиной линии, изображающей соответствующий луч. Рис. 13 Угол падения 0, соответствующий углу преломления 90, называют предельным углом полного отражения. При sin=1 формула (1.8) принимает вид
Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения 0 . Для воды (n=1,33) он оказывается равным 4835', для стекла (n=1,5) он принимает значение 4151', а для алмаза (n=2,42) этот угол составляет 2440'. Во всех случаях второй средой является воздух. Явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. Нальем в стакан водуи поднимем его несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной вследствие полного отражения света. Полное отражение используют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон – световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути (рис. 14). Рис. 14 Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения (рис. 15). Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов. Рис. 15 По мере улучшения технологии изготовления длинных пучков волокон – световодов все шире начинает применяться связь (в том числе и телевизионная) с помощью световых лучей. Полное отражение света показывает, какие богатые возможности для объяснения явлений распространения света заключены в законе преломления. Вначале полное отражение представляло собой лишь любопытное явление. Сейчас оно постепенно приводит к революции в способах передачи информации. Волоконная оптика раздел оптики, в к-ром рассматривается передача света и изображения по световодам и волноводам оптич. диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон. В. о. возникла в 50-х гг. 20 в. В волоконно-оптич. деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность
Поэлементная передача изображения волоконной деталью: 1 — изображение, поданное на входной торец; 2 — светопроводящая жила; 3 — изолирующая прослойка; 4 — мозаичное изображение, переданное на выходной торец. элементов изображения, каждый из к-рых передаётся по своей световедущей жиле (рис.). В волоконных деталях обычно применяют стеклянное волокно, световедущая жила к-рого (сердцевина) окружена стеклом-оболочкой из др. стекла с меньшим показателем преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи, падающие под соответствующими углами, претерпевают полное внутр. отражение и распространяются по световедущей жиле. Несмотря на множество таких отражений, потери в световодах обусловлены гл. обр. поглощением света в массе стекла жилы. При изготовлении световодов из особо чистых материалов удаётся снизить ослабление светового сигнала до неск. десятков и даже единиц дБ/км. Диаметр световедущих жил в деталях разл. назначений лежит в области от нескольких мкм до нескольких мм. Распространение света по световодам, диаметр к-рых велик по сравнению с длиной волны, происходит по законам геометрической оптики; по более тонким волокнам (порядка длины волны) распространяются лишь отд. типы волн или их совокупности, что рассматривается в рамках волновой оптики. Для передачи изображения в В. о. применяются жёсткие многожильные световоды и жгуты с регулярной укладкой волокон. Кач-во передачи изображения определяется диаметром световедущих жил, их общим числом и совершенством изготовления. Любые дефекты световодов портят изображение. Обычно разрешающая способность волоконных жгутов составляет 10—50 лин./мм, а в жёстких многожильных световодах и спечённых из них деталей — до 100 лин./мм. Изображение на входной торец жгута проецируется с помощью объектива. Выходной торец рассматривается через окуляр. Для увеличения или уменьшения действит. изображения применяются фоконы — пучки волокон с плавно увеличивающимся или уменьшающимся диаметром. Они концентрируют на выходном узком торце световой поток, падающий на широкий торец. При этом на выходе возрастают освещённость и наклон лучей. Повышение концентрации световой энергии возможно до тех пор, пока числовая апертура конуса лучей на выходе не достигнет числовой апертуры световода (её обычная величина 0,4—1). Это ограничивает соотношение входного и выходного радиусов фокона, к-рое практически не превосходит пяти. Широкое распространение получили также пластины, вырезанные поперёк из плотно спечённых волокон. Они служат фронтальными стёклами кинескопов и переносят изображение на их внеш. поверхность, что позволяет контактно его фотографировать. При этом до плёнки доходит осн. часть света, излучаемого люминофором, и освещённость на ней создаётся в десятки раз большая, чем при съёмке фотоаппаратом с объективом. Световоды и др. волоконно-оптич. детали применяют в технике, медицине и во многих др. отраслях научных исследований. Жёсткие прямые или заранее изогнутые одножильные световоды и жгуты из волокон диам. 15—50 мкм применяют в медицинских приборах для освещения внутр. полостей носоглотки, желудка, бронхов и т. д. В таких приборах свет от электрич. лампы собирается конденсором на входном торце световода или жгута и по нему подаётся в освещаемую полость. Использование жгута с регулярной укладкой стеклянных волокон (гибкий эндоскоп) позволяет видеть изображение стенок внутр. полостей, диагностировать заболевания и с помощью гибких инструментов выполнять простейшие хирургич. операции без вскрытия полости. Световоды с заданным переплетением применяют в скоростной киносъёмке, для регистрации треков яд. ч-ц, как преобразователи сканирования в фототелеграфировании и телевизионной измерит. технике, как преобразователи кода и как шифровальные устройства. Созданы активные (лазерные) в о л о к н а, работающие как квант. усилители и квант. генераторы света, предназначенные для быстродействующих вычислит. машин и выполнения ф-ций логич. элементов, ячеек памяти и др. Особо прозрачные тонкие волоконные световоды с затуханием в неск. дБ/км применяются как кабели телефонной и телевизионной связи как в пределах объекта (здание, корабль и т. п.), так и на расстоянии от него в десятки км. Волоконная связь отличается помехозащищённостью, малым весом линий передачи, позволяет сэкономить дорогостоящую медь и обеспечивает развязку электрич. цепей. Волоконные детали изготовляются из особо чистых материалов. Из расплавов подходящих марок стёкол вытягиваются световод и волокно. Предложен новый оптич. материал — кристалловолокно, выращиваемое из расплава. Световодами в кристалло-волокне явл. нитевидные кристаллы, а прослойками — добавки, вводимые в расплав.
·О7. 7 поляризация света. способы получения поляризованного света. Оптическая активность. Электромагнитную волну, в которой векторы E и, следовательно, векторы B лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной. Плоскость, проходящая через электрический вектор E и направление распространения электроман волны, является плоскостью поляризации. Поляризация света — свойство света, характеризующееся пространственно-временной упорядоченностью ориентации электрического и магнитного векторов. Спсобы получения ·поляризатором: при отражении от границ двух диэлектриков естественный свет частично поляризуется. Граница раздела двух диэлектриков или диэлектрика и вакуума служит поляризатором. Двоякопреломляещие кристаллы( непрозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления) — поляризаторы. Из них изготавливают специальные поляризационные призмы. Вращение плоскости поляризации( кристаллы кварца), заключается в повороте плоскости поляризации плоскополяризованного свет при прохождениее через вещество. Вещества, обладающие таким свойством, называют оптически активными. ·о8 . Рассеяние света.виды оптических неоднородностей.показатель рассеяния. Закон Рэлея. Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. Виды оптю неоднороднойтей ( области с иным, чем основная среда, показателем преломления). ·мелкие инордные частицы в однородном прозрачном веществе. Мутные (дым, газ, взвеси). Рассеивание в мутной срезе называется явлением Тиндаля. ·Оптический неоднородности, возникающие в чистом везества из-за статического отклонения молекул от равномерного распределения. Такое рассеивание называется молкулярным, например рассеивание света в атмосфере. Уменьшение интенсивности света вследствие рассеивания: I=I0 m -показатель рассеяния. Закон Рэлея. При рассеивания в мутной среде на неоднородностях приблизительно меньших 0,2λ(λ — длина волны света), а так же при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. О9. Поглощение света. Закон Бугера. Закон Бугера- Ламберта-Бера.Натуральный молярный показатель поглощения. молярный показатель поглощения. Коэффицент пропускания.оптическая плотность, прозрачность. Поглощением света называют ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.
где kl- натуральный показатель поглощения, его величина обратна расстоянию, на котором интенсивность света ослабляется в результате поглощения в среде в е раз. Закон Бугера-Ламберта-Бера чем больше концентраця цветного раствора, тем больше света поглащается и меньше проходит через р-р.XλНатуральный молярный показатель поглощения — суммарное эффективное сечение поглощения всех молекул одного моля в-ва. Xλ/ln10- молярный показатель поглощения. Коэффицент пропускания Т определяют измерением потоков падающего и прошедшего через раствор монохраматичного света. оптическая плотность десятичный лографм величины, обратный коэффиценту пропускания. D=lg(1/T) ·О10. тепловое излучение.абсолютно черное тело, серое тело.характеристики и законы теплового излучения.спектр излучения черного тела Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии. Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания. Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение. Серое тело- это тело, коэффицент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света,падающего на него, называют серым. Характеристики теплового излучения: среднюю мощеность излучения за время, значительно большее периода световых колбеаний, принимают за поток излучения Ф. Поток излучения, испускаемый 1 м2 поверхности называют энергетической светимостью. Спектральная плотность энергетической светимости — отношения энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка. Зависимость спектральной плотности энерегетической светимости от длины волны называют спектором излучения тела. Спрсность тела поглощать энергию излучению характеризуют коэффицентом поглощения, равным отношению потока ищлучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него. Закон Кирхгофа При одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффиценту поглощения одинаково для любых тел, в том числе и для черных. Закон Стефана-Больцмана Энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры. Закон Вина = b/T где - длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела b=0, 28978 *10(-2) — потосоянная Вина. О11. Со́лнечная радиа́ция — электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что данный термин является калькой с англ. Solar radiation («Солнечное излучение»), и в данном случае не означает радиацию в «бытовом» смысле этого слова (ионизирующее излучение).Солнечная радиация измеряется по её тепловому действию (калории на единицу поверхности за единицу времени) и интенсивности (ватты на единицу поверхности). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10-9 от его излучения.Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см. Солнечный ветер). Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.Солнечная радиация — главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция). Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времениСолнечная постоянная не является неизменной во времени величиной. Известно, что на её величину влияют два основных фактора: расстояние между Землей и Солнцем, изменяющееся в течение года по причине эллиптичности орбиты Земли (годичная вариация 6.9% - от 1.412 кВт/м² в начале января до 1.321 кВт/м² в начале июля) и солнечная активность. Это влияние обусловлено, в основном, изменением потока излучения при изменении числа и суммарной площади солнечных пятен, при этом поток излучения меняется сильнее всего в рентгеновском и радиодиапазоне. Поскольку период прямых измерений солнечной постоянной относительно невелик, то её изменение на протяжении 11-летнего цикла солнечной активности (цикла Швабе), по-видимому, не превышает ~10−3, доля изменчивости в оптическом диапазоне, обусловленная вкладом солнечных пятен, оценивается ~10−4. Для оценки вариаций солнечной постоянной в течение более длительных солнечных циклов (циклы Хейла, Глейсберга и пр.) данные прямых измерений отсутствуют. В соответствии с современными моделями развития Солнца, в долгосрочной перспективе его светимость будет возрастать примерно на 1% за 110 миллионов лет Актинометр— измерительный прибор, который служит для измерения интенсивности электромагнитного излучения, преимущественно видимого и ультрафиолетового света. В метеорологии применяется для измерения прямой солнечной радиации. Самое большое значение имеет Актинометр, изобретенный Пулье (пиргелиометр); в общем он состоит из цилиндрического серебряного сосуда, крышка которого уставлена перпендикулярно к солнечным лучам; сосуд наполнен водой с погруженным в неё шариком очень чувствительного термометра; крышка, воспринимающая лучи, закопчена (покрыта сажей) для большего их поглощения. Из повышения температуры воды в определенное время вычисляют количество поглощенного тепла известною плоскостью в данное время. К этому надо ещё прибавить ту теплоту, которую воспринимающая поверхность теряет через лучеиспускание. Дабы таковую найти, устанавливают Актинометр так, чтобы воспринимающая поверхность была обращена в ту сторону неба, где солнца нет, и по понижению температуры вычисляют потерянное количество тепла. Актинометр иногда называют и обыкновенный актинограф.
К4.Когере́нтность - согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты. Классический пример двух когерентных колебаний — это два синусоидальных колебания одинаковой частоты. Без когерентности невозможно наблюдать такое явление, как интерференция (наложение волн). Мо́нохромати́ческое излуче́ние — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной длиной волны. Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние. Широкополосный свет обладает большим разбросом частот.
5 к5. Лазер- это устройство, в котором энергия, к примеру тепловая, химическая, электрическая, преобразуется в энергию электромагнитного поля – лазерный луч. При таком преобразовании часть энергии безизбежно пропадает, но принципиально то, что полученная в итоге лазерная энергия владеет более высоким качеством. Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на существенное расстояние. Лазерный луч можно сфокусировать в крохотное пятнышко диаметром порядка длины световой волны и получить плотность энергии, превышающую уже на сегодняшний день плотность энергии ядерного взрыва. С помощью лазерного излучения уже удалось достичь самых больших значений температуры, давления, магнитной индукции. Наконец, лазерный луч является самым ёмким носителем информации и в данной роли – принципиально новым средством ее передачи и обработки. Индуцированное излучение. В 1917 г. Эйнштейн предсказал возможность так называемого индуцированного (вынужденного) излучения света атомами. Под индуцированным излучением понимается излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света. Замечательной особенностью этого излучения является то, что появившаяся при индуцированном излучении световая волна не различается от волны, падающей на атом, ни частотой, ни фазой, ни поляризацией. На языке квантовой теории вынужденное излучение значит переход атома из высшего энергетического состояния в низшее, но не самопроизвольно, как при обычном излучении, а под влиянием внешнего действия. 1. Лазеры способны создавать пучки света с совсем малым углом расхождения (около 10-5 рад). 2. Свет лазера владеет исключительной монохроматичностью. 3. Лазеры являются самыми сильными источниками света. Принцип действия. При прохождении электромагнитной волны через вещество ее энергия поглощается. За счёт поглощённой энергии волны часть атомов возбуждается, т. е. переходит в высшее энергетическое состояние. При этом от светового пучка отнимается энергия h=E2–E1 равная разности энергий между уровнями 2 и 1. Возбуждённый атом может отдать свою энергию соседним атомам при столкновении либо испустить фотон в любом направлении. Представим себе, что каким-либо методом мы возбудили огромную часть атомов среды. Тогда при прохождении через вещество электромагнитной волны с частотой эта волна будет не ослабляться, а, напротив, усиливаться за счёт индуцированного излучения. Под ее действием атомы согласованно переходят в низшие энерго состояния, излучая волны, совпадающие по частоте и фазе с падающей волной. ИНВЕРСИЯ НАСЕЛЁННОСТЕЙ - неравновесное состояние вещества, при котором в отличие от обычного состояния теплового равновесия количество составляющих вещество частиц (атомов, молекул), находящихся на более высоких уровнях энергии, превышает количество частиц, находящихся на более низких уровнях энергии. Инверсия населенностей является необходимым условием для создания активной среды. Распределение Больцмана-
Количество атомов, находящихся в основном состоянии-N1, а количество возбуждённых атомов — N2.
Таким образом, общее число атомов будет N = N1 + N2. Разница между энергетическими уровнями ΔE = E2-E1 Система накачки Для создания инверсной населённости среды лазера используются различные механизмы. В твердотельных лазерах она осуществляется за счёт облучения мощными газоразрядными лампами-вспышками, сфокусированным солнечным излучением (так называемая оптическая накачка) и излучением других лазеров (в частности, полупроводниковых).. В газовых и жидкостных лазерах используется накачка электрическим разрядом. Накачка химических лазеров происходит посредством протекания в их активной среде химических реакций. Все лазеры состоят из трёх основных частей: активной (рабочей) среды; системы накачки (источник энергии); оптического резонатора (может отсутствовать, если лазер работает в режиме усилителя).
К6. Радиоактивность — это испускание ядрами некоторых элементов различных частиц, сопровождающееся переходом ядра в другое состояние и изменением его параметров. а-Распад представляет собой излучение а-частиц (ядер гелия) высоких энергий. При этом масса ядра уменьшается на 4 единицы, а заряд — на 2 единицы. B-Распад — излучение электронов, заряд которых возрастает на единицу, массовое число не изменяется. у-Излучение представляет собой испускание возбужденным ядром квантов света высокой частоты. Параметры ядра при у-излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Закон радиоактивного распада показывает, как количество нераспавшихся ядер данной радиоактивной субстанции уменьшается в течение времени. N=N0·2-t/T.
К77. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом Альфа-частицы, бета-частицы, выброшенные из ядра, обладают значительной кинетической энергией и, воздействуя на вещество, с одной стороны производят его ионизацию, а с другой проникают на определенную глубину. Взаимодействуя с веществом, они теряют эту энергию, в основном, в результате упругих взаимодействий с ядрами атомов или электронами, отдавая им всю или часть своей энергии, вызывая ионизацию или возбуждение атомов (т.е. перевод электрона с более близкой на более удаленную от ядра орбиту). Ионизация и проникновение на определенную глубину имеют принципиальное значение для оценки воздействия ионизирующего излучения на биологическую ткань различных видов излучений. Зная свойства различных видов излучений проникать через разные материалы, последние можно использовать как для защиты человека, так и некоторых объектов, приборов и т.д. Результаты взаимодействия ионизирующего излучения с веществом зависят: от массы, заряда потока частиц и их энергий; от вида фотонов и их энергий; от типа и плотности вещества; от значения энергий внутримолекулярных сил облучаемого вещества. Взаимодействие гамма-квантов с веществом может сопровождаться фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образованием электрон-позитронных пар.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(1.9)
где T — температура группы атомов, k — постоянная Больцмана.