Dipol

Dipol (z gr. dipolos - dwa bieguny) to układ dwóch różnoimiennych ładunków.

  1. Dipol elektryczny - układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych q, umieszczonych w pewnej odległości l od siebie. Linia przechodząca przez oba ładunki nazywa się osią dipola; tego rodzaju dipole wykazują elektryczny moment dipolowy.

  2. Dipol magnetyczny - układ wytwarzający pole magnetyczne, które cechuje magnetyczny moment dipolowy np. magnes trwały, solenoid lub pojedyncza pętla z prądem. Wszystkie skończone źródła pola magnetycznego są dipolami.

  3. Dipol w płaskim przepływie cieczy doskonałej - układ źródła i upustu o jednakowych wydatkach, gdy odległość między nimi dąży do zera, potencjał zespolony jest . Wprowadzony przez analogię pola przepływu cieczy do pola magnetycznego.

  4. antena dipolowa - antena w kształcie dwóch ramion, nie połączonych ze sobą (dipol prosty) lub złączonych końcami (dipol pętlowy). Typowym dipolem są odbiorcze dachowe anteny radiowo-telewizyjne.

Elektryczny moment dipolowy jest to wektorowa wielkość fizyczna charakteryzująca dipol elektryczny. Dipol jest układem dwóch ładunków o tych samych wartościach bezwzględnych, ale przeciwnych znakach. Elektryczny moment dipolowy p dwóch punktowych ładunków o jednakowych wartościach q i przeciwnych znakach jest równy iloczynowi odległości między nimi i wartości ładunku dodatniego:

Wektor d ma kierunek prostej łączącej ładunki i zwrot od ładunku ujemnego do dodatniego.

Elektryczny moment dipolowy można przyporządkować każdemu neutralnemu układowi wielu ładunków w przestrzeni (tzn. układowi, którego ładunek wypadkowy jest zerowy: ). Momentem dipolowym takiego układu jest wektor:

,

gdzie:

Jednostką elektrycznego momentu dipolowego w układzie SI jest C·m.

Gdy dipol o momencie dipolowym p znajduje się w polu elekrycznym o natężeniu E, to działa nań moment siły M:

.

Moment dipolowy jest drugim (po całkowitym ładunku układu) wyrazem w rozwinięciu szeregu multipolowego.

Dipolem elektrycznym określa się układ dwu równych przeciwnego znaku ładunków q oddalonych od siebie o 1. Miarą dipola jest jego moment elektryczny pe=q*1.
Dipol elektryczny tworzy para ładunków elektrycznych, dodatni i ujemny, znajdujących się w malej odległości od siebie i związanych ze sobą w jeden obiekt. Za dobry przykład dipola elektrycznego posłuży cząsteczka wody. Środki ciężkości ładunku ujemnego i dodatniego w cząsteczce wody nie pokrywają się ze sobą i cząsteczka ta tworzy dipol elektryczny.
Elektryczny moment dipolowy
Jest to wielkość fizyczna charakteryzująca dipol elektryczny. Dipol jest układem dwóch ładunków o takich samych wartościach bezwzględnych, ale przeciwnych znakach. Elektryczny moment dipolowy jest równy iloczynowi odległości miedzy różnoimiennymi biegunami dipola i wartościami ładunku dodatniego.

Moment dipolowy elektryczny, wektor o długości równej iloczynowi ładunku elektrycznego znajdującego się na jednym z biegunów dipola elektrycznego pomnożonego przez odległość pomiędzy środkami ciężkości rozkładów ładunku dodatniego i ujemnego, o kierunku pokrywającym się z kierunkiem wyznaczonym przez te środki ciężkości i zwrocie od ładunku "+" do "-".
Wiele cząsteczek charakteryzuje się niezerową wartością momentu dipolowego, noszą one nazwę cząsteczek polarnych (cząsteczki posiadające zerowy moment dipolowy nazywają się niepolarne). Moment dipolowy cząsteczek wyraża się w debajach.

Pole elektryczne - pole fizyczne, stan przestrzeni w której na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna. Pole to opisuje się przez natężenie pola elektrycznego lub potencjał elektryczny.

Koncepcję oddziaływania ładunków elektrycznych poprzez pole elektryczne wprowadził Michael Faraday.

Natężenie pola elektrycznego jest wektorową wielkością fizyczną opisującą pole elektryczne. Liczbowo natężenie równe jest sile oddziaływania elektrostatycznego F działającej na umieszczony w danym punkcie pola ładunek próbny o jednostkowej wartości.

Natężenie pola elektrycznego oblicza się dzieląc siłę oddziaływania elektrostatycznego F przez ładunek q, na który ta siła działa:

Ładunek próbny oznacza ładunek na tyle mały, że nie wpływa znacząco na rozkład ładunków w badanym obszarze i tym samym nie zmienia zewnętrznego pola elektrycznego.

Zgodnie z definicją, jednostką natężenia pola elektrycznego jest niuton na kulomb

co jest równoważne woltowi na metr

Natężenie pola elektrycznego obrazuje się stosując techniki używane do obrazowania pól wektorowych, rysując linie pola (linie styczne do wektora pola), linie/powierzchnie ekwipotencjalne (prostopadłe do linii pola).

Natężenie pola elektrycznego, E, wielkość wektorowa charakteryzująca pole elektryczne, jest to siła z jaką w danym miejscu pole działa na jednostkowy, punktowy ładunek elektryczny.

Energia elektrostatyczna - energia układu nieruchomych ładunków elektrycznych. Energia ta jest równoważna pracy jaką należy wykonać, aby utworzyć dany układ ładunków, przesuwając je do siebie z nieskończoności:

gdzie:

Energię elektrostatyczną pary ładunków wyraża się wzorem:

gdzie:

gdzie:

Pomijając własności niektórych materiałów które są nieliniowe lub ulegające polaryzacji elektrycznej energia elektrostatyczna spełnia warunki:

Potencjał elektryczny V w danym punkcie pola jest to stosunek energii potencjalnej ładunku próbnego Ep umieszczonego w tym punkcie do wartości q tego ładunku.

Potencjałem elektrycznym dowolnego punktu P, pola nazywa się stosunek pracy W wykonanej przez siłę elektryczną przy przenoszeniu ładunku q z tego punktu do nieskończoności, do wartości tego ładunku:

.

Jednostką potencjału jest 1V (wolt) równy 1J / 1C ( dżulowi na kulomb ).

Potencjał elektrostatyczny ładunku punktowego [edytuj]

W przypadku pola elektrycznego wytwarzanego przez punktowy ładunek elektryczny:

gdzie:

Zgodnie z definicją potencjału elektrycznego:

gdzie jest pracą siły elektrycznej wykonanej przy przeniesieniu ładunku daleko od ładunku wytwarzającego pole elektryczne.

Zatem ponieważ , a energia potencjalna pola elektrycznego ładunku punktowego wyraża się wzorem:

Z czego wynika:

Z zależności tej wynikają cechy potencjału elektrycznego (patrz wyżej).

Potencjał elektryczny a praca w polu elektrycznym [edytuj]

Rozpatrując pole elektryczne rozważyć możemy jaka praca potrzebna jest aby przenieść (przemieścić) dany ładunek q z punktu P do punktu R rozważanego pola. Rozpatrzmy wpierw jednak przeniesienie danego ładunku z punktu P (lub R) do nieskończoności ; wówczas z definicji potencjału elektrycznego wynika, że praca ta dana jest jako:

,

oraz podobnie dla punktu R:

.

Zatem praca potrzebna na przeniesienie ładunku q z punktu P do R dana jest jako:

.

Praca potrzebna na przeniesienie ładunku q z danego punktu P do innego punktu R zależy jedynie od:

Potencjał elektryczny a natężenie pola elektrycznego [edytuj]

Związek między natężeniem pola elektrycznego a potencjałem wyraża się wzorem:

,

wobec czego napisać możemy:

lub inaczej:

przy przeniesieniu ładunku elektrycznego z punktu P do punktu R. Wówczas wzór ten określa napięcie elektryczne pomiędzy tymi dwoma punktami.

Potencjałem elektrycznym nazywamy iloraz energii potencjalnej punktowego ciała naelektryzowanego ładunkiem q i wartości tego ładunku. Różnica potencjałów elektrycznych jest nazywana napięciem.

Powierzchnia równego potencjału (ekwipotencjalna)

Powierzchnie, których wszystkie punkty mają równe potencjały elektryczne, nazywamy powierzchniami równego potencjału lub powierzchniami ekwipotencjalnymi.
Powierzchnie ekwipotencjalne są w każdym punkcie pola elektrycznego prostopadłe do lini pola. W przypadku pojedynczego ładunku punktowego są to powierzchnie współśrodkowych kul.

Linie ekwipotencjalne są zawsze prostopadłe do linii pola elektrycznego 

Linie styczne do kierunków działania sił elektrycznych na dodatni ładunek próbny nazywamy liniami pola elektrycznego, wytworzonego przez pojedynczy ładunek lub układ ładunków

Elektrokardiografia

Historia odprowadzeń EKG

Standardowe odprowadzenia I, II, III zostały zaproponowane przez Einthovena, który w 1912 r. przy ich pomocy wyznaczył obecnie tzw. "trójkąt Einthovena". W 1934 przez połączenie drutów do prawego i lewego ramienia oraz lewej stopy z opornikiem 5000 omów Frank Wilson zdefiniował "elektrodę obojętną". Kombinacja odprowadzeń działała jak uziemienie i była związana z ujemnym końcem EKG. Elektroda związana z dodatnim końcem później stała się "jednobiegunową" i mogła być umiejscowiona gdziekolwiek na ciele. Wilson określił jednobiegunowe odprowadzenia VR, VL i VF gdzie "V" było związane z napięciem (napięcie widoczne w miejscu jednobiegunowej elektrody). W 1938 American Heart Association i Cardiac Society z Wielkiej Brytanii zdefiniowały standardowe umiejscowienie i przewody elektryczne odprowadzeń przedsercowych V1-V6. "V" oznacza napięcie. A w 1942 Emanuel Goldberger zwiększył napięcie jednobiegunowych odprowadzeń Wilsona o 50% i utworzył zwiększone odprowadzenia kończynowe aVR, aVL i aVF. Po dodaniu trzech odprowadzeń kończynowych i 6 odprowadzeń piersiowych otrzymamy 12-odprowadzeniowy elektrokardiogram, który jest obecnie używany. W 1968 Henry Marriott wprowadził zmodyfikowane odprowadzenie piersiowe 1 (MCL 1) do monitorowania pacjentów intensywnego nadzoru kardiologicznego. W 1993 Robert Zalenski zaproponował kliniczne zastosowanie 15-odprowadzeniowego EKG z rutynowymi odprowadzeniami V4R, V8 i V9.

Podstawa elektrofizjologiczna EKG

Potencjał spoczynkowy

Elektrokardiogram jest graficznym zapisem zmian potencjałów w trakcie depolaryzacji i repolaryzacji komórek mięśnia sercowego. Na poziomie pojedynczego kardiomiocytu zmiany elektryczne prezentują się następująco, a ich znajomość jest niezbędna, by zrozumieć charakterystyczne zmiany potencjału krzywej EKG (załamki, odstępy, odcinki):

W "stanie spoczynku" komórka mięśnia sercowego znajduje się w stanie tzw. potencjału spoczynkowego (polaryzacji), czyli przezbłonowego gradientu ładunków elektrycznych:

Potencjał czynnościowy

Bodziec działający na spolaryzowaną komórkę mięśnia sercowego (prawidłowo z węzła zatokowo-przedsionkowego) zmienia przepuszczalność błony dla jonów sodu, które dostając się do wnętrza komórki, zmniejszają ujemny potencjał do wartości ok. –65 mV (potencjał progowy).

Przekroczenie potencjału progowego jest czynnikiem wyzwalającym otwarcie kanałów sodowych. Dochodzi wówczas do gwałtownego napływu jonów sodu do wnętrza komórki, w wyniku czego następuje szybka i całkowita depolaryzacja.

Przy wartości –40 mV otwierają się z lekkim opóźnieniem kanały wapniowe.

W powstającym potencjale czynnościowym wyróżniamy pięć faz:

Komórki rozrusznikowe serca mają zdolność do tzw. spontanicznej powolnej depolaryzacji w czwartej fazie potencjału czynnościowego.

Wpływ depolaryzacji na poszczególne odprowadzenia

Różne wychylenia w EKG w zależności od umiejscowienia elektrody

Pobudzenie elektryczne rozchodzi się (uogólniając) z prawej górnej strony serca i biegnie w kierunku dolnym i na stronę lewą. W przypadku kiedy odprowadzenie odczytuje przebieg prądu "od elektrody" wychylenie na wykresie jest ujemne (na przykład w odprowadzeniu V1). Jeśli fala depolaryzacji biegnie w kierunku elektrody, wychylenie jest dodatnie (na przykład w odprowadzeniu V6). Jeżeli fala depolaryzacji biegnie prostopadle do elektrody wychylenie jest idiopatyczne – takie samo wychylenie w górę jak i w dół (przypadek 3 na rycinie obok).
Tkanki martwicze (na przykład objęte zawałem) inaczej przewodzą prąd niż tkanki zdrowe. Te różnice w przewodzeniu pomagają pomóc lekarzowi w ustaleniu rozpoznania.

Standardowe EKG

Standardowe EKG wykonuje się przy pomocy 12 odprowadzeń:

Odprowadzenia dwubiegunowe kończynowe Einthovena [edytuj]

W tym odprowadzeniu umieszczamy 4 elektrody na ciele badanego:

Trzy pierwsze elektrody tworzą tzw. trójkąt Einthovena, który w założeniu jest trójkątem równobocznym, co sprawia, iż linie poprowadzone prostopadle z każdego ze środków trzech boków, reprezentujące zerowy potencjał, przetną się w środku trójkąta.

Pomiędzy pierwszymi trzema w/w elektrodami wykonuje się pomiar różnicy potencjałów (w mV):

Odprowadzenia jednobiegunowe kończynowe wzmocnione Goldbergera

Z powyższych 3 elektrod odczytujemy również wzmocnione (ang. augmented – wzmocniony, powiększony) sygnały:

Odprowadzenia jednobiegunowe przedsercowe Wilsona

Umiejscowienie elektrod przedsercowych

Połączenie razem 3 w/w odprowadzeń kończynowych daje teoretycznie wypadkowy potencjał równy 0. Ten wspólny punkt można połączyć z ujemnym biegunem galwanometru, a kolejne elektrody połączyć z biegunem dodatnim galwanometru.

W standardowym 12-odprowadzeniowym EKG wykorzystuje się 6 elektrod jednobiegunowych przedsercowych Wilsona:

Charakterystyka EKG – elektrokardiogram

Na wykresie EKG analizuje się:

Załamki

Odcinki

Odstępy

Szczególne fragmenty

Interpretacja wyniku EKG

Interpretacja wyniku EKG zależy od wielu czynników, z których najważniejsze to wiek, stosowane leki i schorzenia pozasercowe. Interpretacji wyniku powinien dokonać lekarz.

Prawidłowy i patologiczny elektrokardiogram:

Załamek P

Załamek P powstaje w wyniku depolaryzacji przedsionków (prawego i lewego), jego część wstępująca jest związana z przejściem fali depolaryzacyjnej przez przedsionek prawy, a zstępująca przez przedsionek lewy. Prawidłowy załamek P w odprowadzeniach I, II, aVF i V2-V6 jest dodatni, często także w odprowadzeniu III, w odprowadzeniu aVR ujemny, w odprowadzeniu aVL najczęściej płaski, w odprowadzeniu V1 dodatni, dwufazowy albo ujemny.

Czas trwania prawidłowego załamka P jest krótszy od 0,12s (3mm przy zapisie 25mm/s), amplituda nie przekracza 2,5mm w odprowadzeniach I, II, III, aVR, aVL, aVF i 3mm w odprowadzeniach V1-V6.

Załamek P uznaje się za nieprawidłowy gdy zapis jest zazębiony, rozdwojony, przekraczający powyższe parametry (amplituda, czas trwania, polaryzacja w odpowiednich odprowadzeniach np.: ujemny w I). Zmniejszenie się amplitudy załamka w odniesieniu do poprzedniego badania może być spowodowane obniżeniem się rozrusznika w dolną część węzła zatokowego lub poniższych ośrodków bodźcotwórczych na przestrzeni prawego przedsionka.

Wysoka amplituda załamka P występuje przy przeroście prawego przedsionka oraz u osób ze zwiększoną aktywnością układu współczulnego.

Szeroki, często rozdwojony załamek P świadczy o przeroście lewego przedsionka lub nieprawidłowym napływie krwi do lewej komory serca.

Ujemna wartość amplitudy w odprowadzeniu I może świadczyć o rytmie lewego przedsionka (prawidłowy rytm pochodzi z węzła zatokowo-przedsionkowego na prawym przedsionku), nieprawidłowym położeniu serca w klatce piersiowej lub zaawansowanym przeroście prawego przedsionka.

Ujemne wartości w odprowadzeniach II, III i aVF świadczą o wstecznej propagacji fali depolaryzacyjnej (rytm ektopowy) z dolnej części przedsionków lub węzła przedsionkowo-komorowego bądź z komór.

Zawyżenia kształtu części wstępującej lub zstępującej lub rozdwojenie załamka świadczy o zaburzeniach przewodzenia wewnątrzprzedsionkowego.

Niekiedy załamki P są niewidoczne. Nie są rejestrowane przy braku czynności elektrycznej przedsionków, podczas migotania przedsionków widoczne są drgania linii izoelektrycznej (fala f fibrillatio), przy trzepotaniu przedsionków drgania są wyraźne i regularne. Migotanie i trzepotanie najlepiej jest widoczne na zapisie z odprowadzeń V1, V2 oraz II. Załamek P może być ukryty w zespole QRS (wówczas rytm pochodzi z węzła przedsionkowo-komorowego) lub w załamku T poprzedniej ewolucji serca (blok przedsionkowo-komorowy I stopnia).

+ Dodatkowo korzystałyśmy z podręcznika „Biofizyka- podręcznik dla studentów” F. Jaroszyk str. 605-625


Wyszukiwarka