BLOK V

Elektrostatyka

Ładunki q są całkowitymi wielokrotnościami pewnego ładunku elementarnego równego bezwzględnej wartości elektronu (e) q=u*e ; e = 1,2,3

Pole elektrostatyczne (za jego pośrednictwem odbywają się oddziaływania między ładunkami) to przestrzeń, w której na ładunki elektryczne działają siły elektryczne.

Prawo Coulomba określa siłę wzajemnego oddziaływania ładunków punktowych q₁ i q₂ wyrażonych w kulombach.

r- odległość między ładunkami

ε - względna przenikalność didetyczna środowiska

ε_o - bezwzględna przenikalność próżni ε_o = 8,854 * 10¹²

Względna przenikalność elektryczna wskazuje na to ile razy zmaleje siła oddziaływania dwóch ładunków po przemieszczeniu ich w próżni do środowiska o danej przenikalności dielektrycznej środowiska wartość ta (ε) zależy od rodzaju substancji i jej stanu skupienia. Wartość ε zawsze większa od jedności.

Ferroelektryki - ciała o dużych wartości ε wartościach względnej przenikalności dialelektrycznej środowiska.

Natężeniem pola elektrostatycznego - w danym pkt jest stosunek siły F działającej na umieszczony w tym pkt ładunek q do wielkości tego ładunku

kierunek i zwrot wektora
jest zgodny z kierunkiem działania siły

Natężenie pola w pkt oddalonym o r od ładunku punktowego Q będącego źródłem pola określa wzór

Linią sił pola - linie, do których styczna w każdym punkcie ma kierunek wektora natężenia pola.

Polem jednorazowym nazywamy pole o
=const. Linie takiego pola przebiegają wszędzie równie gęsto i równoległe do siebie.

linie pola ładunku linie pola jednorodnego

dodatniego ujemnego
między okładkami naładowanego

kondensatora płaskiego o płytkach

równoległych ( równoległych

równoległych wyłączeniem brzegów).

Strumień (pola) |E| przez element powierzchni ds jest to iloczyn składowej wielkości wektora |
| w kierunku hormonalnej

do elementu ds. przez wielkość tego elementu.

Jeżeli ładunek Q jest w środku powierzchni kulistej o promieniu R to natężenie

to strumień

Pole elektrostatyczne jest polem zachowawczy tzn. praca sił pola przyu przesunięciu o drogę ładuku dodatniego dodatniego w polu ładuku punktowego Q=

praca prądu stałego Dl=

dr

to praca na odcinku AB

L_AB=

Gdy r₂=const to L=

stosunek
pracy do ładunku to POTENCJAŁ POLA wywołany przez ładunek ładunek w pkt, w którym znajduje się ładunek q

[V]=
jednostka potencjału to Volt

Potencjał e danym pkt pola jest liczbowo równy pracy wykonanej przez siły pola przy przesunięciu jednostkowego ładunku z tego punktu pola do nieskończoności.

Wartość potencjału nie zależy od wielkości przenoszonego ładunku i jest ona nową E_potencj. Jaką mogą mieć w danym polu ładunki |E_pot| = |V| * |q|

Z ................... o tym samym potencjale to POWIERZCHNIE EKWIPOTENCJALNE ........... pola są prostopadłe do tych powierzchni.

Praca sił pola W = q( V_A-V_B )

Napięcie - różnica potencjałów dwóch płaszczyzn pola V = V_A-V_B jednostka volt

Natężenie pola jest równe ujemnemu gradientowi potencjału,bo:

Fdr = - qdr Fdr = - q ∆V

,a


[E] =

E = -

Częstością powierzchniową ładunku dq nazywamy stosunek ładuku do powierzchni ds., na której się mieści

gdy
to
dla kuli

Natężenie pola tuż przy powierzchni zewn. pola naładowanego przewodnika jest proporcjonalne do

| E | =
| V |

gdy (?) ładujemy przewodnik tzn. wprowadzamy nań nowe wciąż ładunki to potencjał tego przewodnika rośnie wprost
do wielkości tego ładunku.

dV₁ =
dQ C - współczynnik proporcjonalności = pojemność przewodnika

dQ = Cdv C =
[C] = [
1F (farad) =

Pojemność przewodnika charakteryzuje stosunek wprowadzonego na niego ładunku dQ do wywołanej w ten sposób zmiany potencjału

potencjał kuli V =
C=

Pojemność kondensatora - stosunek ładunku wprowadzonego na jednej z płyt do róznicy potencjałow; czyli napięcia między nimi

jeżeli jedna z płyt jest uziemiona i V₁=0 ,to C=

Kondensatorem płaskim nazywamy układ dwóch płyt płaskich. Pojemność kondensatora płaskiego:

s- pow.okładki; d - wzajemna odległość

szeregowo
(zwiększenie wytrzymałości układu na przebicie)

równolegle C = C₁ + C₂ + C₃ + ... + C_m (stosowane w celu powiększenia pojemności układu)

energia naładowanego kondensatora E=
C=
V = Ed

Prądem elektrycznym nazywamy ukierunkowany ruch ładunków elektrycznych zachodzących pod wpływem pola elektrycznego.

Przyczyną ruchów ładunku jest istnienie w przewodniu ≠0 ( w przeciwn. do natężenia wewnętrznego pola elektrostatycznego).

Siła elektromotoryczna źródła prądu ε jest to różnica potencjałów V₁ - V₂ (jednostka Volt)

Natężeniem prądu stałego nazywamy stosunek kaduku q przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w czasie t do tego czasu.

gdy nośnikami są jony:

Natężenie prądu jest skalarem, który zależy od gęstości nośników i ich prędkości V w polu elektrycznym.

Całkowity ładunek przenoszony z pred. Śr. V o gęstości elektr. Swobodnej u

dg = e*n*
*Sdt e - ładunek elementarby elektronu

I =

gęstośc prądu to j =
[j] =

Jest to wektor o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich

PRAWO OHMA - stosunek napięcia U między dwoma pkt przewodnika liniowego do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik jest wielkością stała

R - opór [R] = [

Opór przewodnika, w którym pod wpływem różnicy potencjałów 1V płynie prąd o natężeniu 1A równa się 1

V

W danej temperaturze opór zależy od rodzaju przewodnika, od jego długości i przekroju poprzecznego S

R =

[
jedn. oporu właściwego

PRAWO OHMA DLA CAŁEGO OBWODU

Pomiar oporów

* metoda mostka wheat stone'a R₁R₃ = R₂R₄ R₁ =

r₁ i r₂ - opory jednokrotnego drutu o dług. l₁ i l₂

* woltomierz

* amperomierz

Strumień indukcji elektrycznej przez powierzchnię zamkniętą jest różny całkowitemu zawartemu w niej ładunkowi.

Φ_D = φ_εoε=

prawo indukcyjności Faradaya

Dwie cewki umieszczone blisko siebie mogą oddziaływać na siebie wzajemne. Prąd stały (i) płynący w jednej cewce utworzy strumień pola magnetycznego P przecinającego drugą cewkę. Jeżeli zmienimy prąd i w czasie, to w drugiej cewce pojawi się stała elektromotoryczna ε zgodnie z prawem Faradaya = jest to indukcja wzajemna.

Indukowana SEM pojawia się w pojedynczej cewce również wtedy kiedy w niej asmej zmienia się prąd = samoindukcja = indukcja własna

Indukcja wzajemna M₂₁ =

N - liczba zwojów;

ε₂ = -M_2,1

M - współczynnik proporcjonalnośći (jedn. - menr)

ε₁ = M_1,2

i - prąd

Jeżeli w obwodzie płynie prąd o zmiennym natężeniu to powoduje In zmiany strumienia magnetycznego φ przenikającego przez rozważany obwód, powstaje wtedy SEM samoindukcji.

ε =

L - współczynnik indukcyjności lub samoindukcji

Współczynnik oporu właściwego (q) - jego odwrotność ? to przewodność właściwa lub przewodnictwo właściwe

?

?

Opór właściwy liczbowo równy oporci przewodnika o długości i przekroju jednostkowym (1m i1m²)

j=

Prawo Ohma w ujęciu wektorowym

Moc prądu stałego M = I² * R

Prawa Kirchoffa dotyczą obwodów równoległych

I Suma natężeń prądów przypływających do danego źródła rozgałęzienia równa się sumie natężeń prądów wypływających z niego.

I_{1 +} I₂ + I₃ = I₄ ⁺ I₅

II W obwodzie suma spadków i wzrostów potencjałów równa się

R₁I₁ + ε₁ + R₂I₂ + ε₂ - R₃I₃ - ε_{3 = 0}

R₁I₁ + R₂I₂ - R₃I_{3 = -} ε₁ - ε₂ + ε₃

dla dowolnego obwodu :

n - liczba gałęzi w obwodzie; m - źródła SEM

Suma algebraiczna napotykanych przy obwodzie obwodu elektrycznego omowych zmian potencjału = sumie algebraicznej napotykanych sił elektromotorycznych.

Gdy
to

Na podstawie prawa Ohma i Kirchoffa możemy obliczyć całkowity opór obwodu R.

szeregowo R_calk. = R₁ + R₂ + R₃ + ... + R_n

równolegle

Z II prawa Kirchoffa można otrzymać Prawo Ohma dla całego obwodu (obwodu zawierającego źródło SEM, o porze wewnętrznym r, oporze zewnętrznym R)

Opór indukcyjny - w obwodzie prądu zmiennego o I = I_o sin ωt

Wskutek samoindukcji powstaje SEM samoindukcji ε_s = - L

W obwodzie nie ma oporu omowego, więc U między pkt. A i B równa się ε ze znakiem przeciwnym.

ε_s = -L I_o ω cos ωt = -L I_o ω sin (ωt +
)

indukcyjność L wywołała przesunięcie fazowe między SEM a natężeniem prądu

Napięcie wyprzedza natężenie o

ε

I_o =

R_L = ωL (opór indukcyjny)

Opór całkowity obwodu z oporem omowym R, pojemnościowym R_c i indukcyjnym R_L, prąd płynie o natężeniu I = I_o sin ωt

V_L + V_C I_oωL -

ε_o²=V_R²+(V_L+V_C)²

=

Z - zawada; równa się całkowitemu oporowi obwodu prądu zmiennego

Zawada min. Gdy R_L = R_C

Moc prądu zmiennego w przypadku, gdy między I i U istnieje przesunięcie fazowe φ określa wzór

M = I_k * V_sk * cos φ

φ - współczynnik mocy φ =
M = 0

Prądy zmienne wzbudzone w pojedynczych obwodach RLC przez SEM zmieniające w czasie zgodnie z zależnością; prąd którego natężenie zmienia się w czasie (np. prąd ładowania i rozładowywania kontestatora)

ω = 2 π ν - ustalona częstość kołowa

ε = ε_m sin ωt

W obwodzie zawierającym opór omowy R płynie prąd zmienny, praca i moc prądu zmiennego będą inaczej wyrażone bo I i U podlegają ciągłym zmianom.

dl = I²R dt = I_o² R sin² wt dt

praca prądu a więc w czasie okresu T

w dt zmiennego L = I_o² R

M -moc M =

I = I_sk =
- maxymalna amplituda napięcia

Moc skuteczna M = I_sk * V_sk

Opór omowy w obwodzie prądu zmiennego

Gdy w obwodzie z oporem omowym R działa siła elektromotoryczna zmieniająca się sinusoidalnie
to natężenie prądu I = I_o sin ωt i napięcie są zgodne w fazie. Zmiana oporu R w obwodzie wpływa jedynie na zmianę natężenia prądu . W oporze tym zachodzi zmiana części energii elektrycznej na ciepło Jaule'a = zachodzi pobór mocy i opór nazywamy czynnym

Opór pojemnościowy - gdzie włączony C - kondensator i źródło SEM. Ładunek Ładunek na okładkach kondensatora jest ~ do różnicy potencjałów = ε (t) potencjałów = C ε = C ε_o sin ωt

Natężenie wyprzedza napięcie o 1

okresu I=

I = C ε_o ω cos ωt = C ε_o ω sin ωt )εt +
)

amplituda natężeń = I_o = C ε_o ω

Wskutek włączenia w obwód pojemności Nastąpiło przesunięcie fazowe φ =
między SEM a natężeniem prądu I.

I_o =

R_c - opór pojemnościowy kondensatora

Transformator ma zastosowanie indukcji elektromagnetycznej, zadanie - zmiana napięcia i natężenia prądu zmiennego ( dwa uzwojenia nawinięte na rdzeń z miękkiego żelaza. Do uzwojenia pierwotnego dołaczone jest źródło napięcia zmiennego. Uzwojenie wtórne - jest nie obciążone lub połączone z obciążenie opornościowym R)

Dysocjacja elektrolityczna dysocjacja w wyniku której z obojętnych cząsteczek powstają dodatno i ujemne naładowane trwałe jony.

Elektroliza - całokształt procesów redoksowych zachodzących na powierzchni elektrod pod wpływem przyłożonego zewnętrznego napięcia.

Prawa Faraday'a - jeżeli mamy kilka elektrolizerów i są one połączone szeregowo to przez wszystkie elektrody wszystkich elektrolizerów przeniknie ten sam ładunek w zwoju z tym muszą się na elektrodach wydzielić jednakowe ilości gramorównoważnika substancji.

Jeżeli elektrolizery połączone są równolegle to ładunek przepływający przez nie dzieli się na poszczególne elektrody.

m = k * I * t masa wydzielona na ...........

k - równoważnik elektrochemiczny jest to ilość substancji, która wydzieli się pod wpływem ładunku 1Q

,
I t

gramoważnikai będą takie masy substancji, których będzie ruch cząst. (6.023 * 10^-23) wartościach wartościach reakcjach redoks gramor. subst. jest to jej ilość, która przypada na 1 mol oddanych lub przyłączonych elektronów.

Ruch po okręgu w ruchu jednostajnym po okręgu wektor prędkości liniowej zachowuje wartość stała :
ν - const

Kierunek wektora prędkości zmienia się qw sposób ciągły pozostając stycznym do okręgu. Przyśpiesznie linowe a_n jest wektorem skierowanym wzdłuż promienia ku środkowi okręgu - zgodnie ze zmianą kierunku ∆V dlatego dośrodkowy

A_n =

Prędkością kątową w ruchu jednostajnym po okręgu nazywamy stosunek kąta α zakreślonego przez promień wodzący r do czasu t

ω =
[ω] = rad * s^-1 ω = const

W ruchu masy m po okręgu występuje przyśpieszenie dośrodkowe wywołane istnieniem siły dośrodkowej przyłożonej do m skierowanej ku środkowi okręgu i równej

F_d = ma =
R

W układzie nieinercjalnym można stwierdzić występowanie ruchów przyspieszonych towarzyszących działaniu sił bezwładności - nie związanych z oddziaływaniem innych ciał.

Potencjał chemiczny - zmiana entalpii swobodnej jakiejś substancji w pewnym obszarze układu może być wynikiem zmiany ilości jej ilości spowodowanej wymianą z otoczeniem, wejściem w reakcje chemiczna, zmianą fazy; wiąże się to z wykonaniem pracy. Miarą pracy ∆W_i jest zmiana entalpii swobodnej ∆W_i = ∆G_i

Zmiana entalpii ~ do zmiany liczby moli ∆u_i i substancji

∆ W_i = ∆G_i = ∆u_i μ_i

μ - współczynnik proporcjonalności = potencjał chemiczny składnika, wyraża liczbowo pracę wykonaną podczas zmiany liczby moli tego składnika o 1 przy zachowaniu stałości temperatury ciśnienia i In.

Potencjał chemiczny dla rozworów rozcieńczonych μ_i = μ_oi + RT ln x_i

μ_o - potencjał chemiczny składnika i w stanie czystym ( x_i = 1) w temp. T i p

Potencjał elektrochemiczny dla układów zawierających ładunek elektryczny

Zmiana entalpii swobodnej składnika i o ∆u_i moli

∆W_i = ∆ G_i = ∆W_ch + ∆W_el

∆W_{ch =} μ_i ∆u_i ∆W_el φ ∆g_i φ - potencjał elektryczny,

∆g_{i -} zmiana ładunku elektrycznego

∆g_i = zF * ∆u_i F - 96500 C (stała Faraday'a)

z - zmiana ładunków elementarnych związanych z cząst. (wartość..jonu)

potencjał elektrochemiczny μ = μ_i + φ zF

∆G_i = μ ∆u_i + φ zF ∆n_i

ĆWICZENIE 51

Potencjał chemiczny (różnica potencjałów chemicznych) pozwala oceniać stan układu pod względem możliwości zachodzenia w im transportu materii. Jeżeli w układzie istnieją róznica potecj.chem. zachodzi w nim transport subst. zmieniających skład układu różnice potencjału chemicznego stanowią bodźce termodynamiczne transportu substancji
dyfuzja, osmoza

Dyfuzja jeżeli w układzie obszary o różnym stężeniu to też i o róznym potencjale chemicznym transport od potencjału chemicznego do niższych od stężeń większych do mniejszych.

Osmoza - transport zgodnie z gradientem stężenia przez błonę półprzepuszczalną,

Potencjał elektrodowy zanurzając metal do roztworu elektrolitu z katodą tego metalu zachodzi reakcja Me
z Me⁺ + z e^-

W tych warunkach różnica potencjałow elektrycznych (między metalem a elektrolitem)

∆V = φ_met - φ_el zwana potencjałem elektrodowym ∆V danego metalu { φ_el = 0,240 V - Ex }

wyraża się wzorem Nerst'a : ...................

∆V = ∆ V_o +
c_j - stęż. jonów metalów w elektr.

Jeżeli dwie elektrody z tego samego metalu zanurzone w roztworach ich soli o różnym stężeniu, czyli 2 półogniwa połączyć kluczem elektrolitycznym w celu uniknięcia mieszania się elektrolitów to otrzymuje się ogniwo stężeniowe.

SEM takiego ogniwa ε =

φ = ∆V₁ = ∆V_o +
ln c₁ - a ∆V₂ = ∆V_o +
ln c₂

ε = ∆V₁ - ∆V₂

Ogniwem stężeniowym z przenoszeniem - ogniwo, w którym roztwory stykają się ze sobą bezpośrednio bądź przez błonę półprzepuszczalną czy też przez przegrodę porowatą. Na granicy rozdziału rozworów o różnych stężeniach powstaje potencjał dyfuzyjny ,np.kalomelo ...?

Pomiar potencjału elektrodowego dokonujemy mierząc SEM ogniwa w którym jedną elektrodą jest elektroda standardowa o znanym potencjale a drugą elektrodą jest metal, którego potencjał elektro.mierzymy przez pomiar SEM dokonujemy metodą kompensacji: srebro zanurzone w roztworach AgNO₃ o różnych stężeniach. Potencjał dyfuzyjny 2-ch roztworów roztworów ogniwie stężeniowym z przenoszeniem = różnicy SEM ε_p tego ogniwa, SEM ε_p ogniwa bez przenosz.

V_dyf. = ε_p - ε_bp

Potencjał dyfuzyjny na granicy zetknięcia roztworów elektrolitów o różnych stężeniach tworzy się różnica potencjałów elektrycznych ∆V = φ₁ - φ₂ = potencjał dyfuzyjny. Jest on wynikiem różnych szybkości dyfundujących jonów dodatnich i ujemnych

pot.dyf. ∆V =
φ_dyf = E_{z przen. -} E _{bez przenos.}

u⁺ i u^- oznaczają ruchliwości jonów (kationów i anionów). Ruchliwośc jonów to stosunek prędkości V unoszenia jonów w kierunku pola elektrycznego elektrycznego którym jon się porusza, do E natężenia tego pola

u =
[u] =

Ruchliwość jonów - liczbowo prędkości jonów w jednostkowym polu od natężenia pola nie zależy

Ogniwo stężeniowe beż przenoszenia układ złożony z 2 elektrod wykonanych ze srebra i zanurzonych w roztworach AgNO₃, stęż. jednego roztworu wynosi c₁ a drugiego c₂ ( c₁ > c₂ ). Oba połączone kluczem elektrolitycznym (nasycony roztwór KCl)

SEM tego ogniwa ε = V_{e1 -} V_e2

elektrodą ujemną jest ta zanurzona w roztworze o niższym stężeniu.

ĆWIECZNIE 52

Przewodność elektryczna + jednostka

Jest to odwrotność oporu elektrycznego

G = γ
S - pole przekroju poprz. przewodnika.; l - długość przewodnika

Przewodnictwo właściwe + jednostka

Współczynnik oporu .... to opór właściwy jego odwrotność odwrotność =
nazywamy

przewodnictwem właściwym [
]

Prawo Ohma dla elektrolitów I = GU

Przewodnictwo właściwe elektrolitów - zależy od lepkości, stężenia i wartościowości jonów

wartościowość = nze (u_o + u_k )

z -wartościowość jonów

e - ładunek elementarny

n - liczba jonów każdego znaku w jednostce dyfuzji

u_a i u_k - ruchliwość kationów i anionów

Przewodnictwo równoważnikowe + jednostka

, c- stężenie równoważnikowe

Przewodnictwo właściwe elektrolitów a promień hydratacji.

Elektryczna warstwa podwójna - na granicy metal - elektrolit powstaje skok potencjału zwany potencjałem elektrodowym i w ogniwie powstaje SEM = ε = ∆V₁ = ∆V₂ . Liczba kationów przechodzących do metalu jest tym większa im większe jest ciśnienie osmotyczne roztworu kationów. Jeżeli oba te procesy zachodzą równocześnie, ale z różnymi natężeniami to na powierzchni granicznej między metalem a roztworem wytwarza się ELEKTRYCZNA WARSTWAPODWÓJNA i ustala się stan równowagi dynamicznej. Wartość różnicy potencjałów w elektrycznej warstwie podwójnej

na granicy metalu i roztworu to potencjał elektrodowy.

Podział elektrokinetyczny .... wartość potencjału jaka się ustala na granicy warstwy podwójnej i rozmytej. Ładunki samej cząstki i warstwa jonów przylegających tworzą elektryczną warstwę podwójną, wewnątrz której potencjał ma przebieg liniowy. dalej od powierzchni cząstki jony tego samego znaku co jony adsorbowane tworzą warstwę dyfuzyjną czyli rozmytą, w której potencjał nie zmienia się już liniowo z odległością.

Zjawiska elektrokinetyczne:

Elektroosmoza - polega na przepływie cieczy przez przegrodę porowatą pod wpływem przyłożonego napięcia do elektro zanurzonych po obu stronach przegrody. Gdy cząstki fazy stałej układu koloidowego lub elektrolitu zostaną zaadsorbowane na powierzchni porowatej przgrody lub na powierzchni kapilar tworzących przegrodę to powstanie elektryczna warstwa podwójna na granicy nieruchomej fazy stałej i ciekłej.

Elektroforeza - ruch naładowanych cząstek fazy rozproszonej względem nieruchomego ośrodka dyspersyjnego pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego. kationy do katody (kataforeza) i ujemne aniony do anody (anaforeza).

Elektroforeza pozwala na oznaczanie ładunku cząstek i wartości potencj. elektrokinetycznego.

.... =
- lepkość

zastosowanie w badaniu ε - przenikalność elektryczna ośrodka dyspersyjnego

składu białkowego krwi u - ruchliwość cząstek

E - natężenie pola elektrycznego

k - współczynnik zależący od kształtu cząstek

Potencjał przepływu - zjawisko odwrotne do elektroosmozy, gdy wymuszony zostanie, siła nieelektryczną, ..... przez przegrodę porowatą, to po obu stronach powstaje różnica potencjałów zwana potencjałem przepływu i jest ona ~ do prędkości przepływu,

Potencjał sedymentacji - efekt Dorna, zjawisko odwrotne do elektroferazy, tzn. gdy cząstki koloidowe opadają pod wpływem ciężkości lub podczas wibrowania to między końcami probówki powstaje różnica potencjałów.

Zasady elektrokardiografii - podział spoczynkowy i czynnościowy serca i węzła zatokowo przedsionkowego. Serce to dipol elektryczny, jest on umieszczony w przewodzącej przestrzeni, wytwarza w nim zmienne pole elektryczne. Wzdłuż linii tego pola płyną słabe prądy wytwarzając w nim zmienne pole elektryczne. Wzdłuż linii tego pola płyną słabe prądy wytwarzając spadku napięć. Te spadki napięć są rejestrowane przez elektrokardiograf. Włókna mięśnia sercowego ma w stanie nie pobudzonym potencjał spoczynkowy, różnica potencjałów po obu stronach błony - 90mV.

Podczas pobudzenia błonowa różnica potencjałów ulega zmianom, pojawia się potencjał czynnościowy.

Przewodzenie wzdłuż włókna nerwowego lub mięśniowego - zmiana potencjału jest wynikiem wzrostu przepuszczalności Na⁺ a następnie również szybkiego spadku tej przepuszczalności.

Faradyzacją nazywamy lecznicze działanie prądu zmiennego faradycznego na mięśnie i zakończenia nerwowe.

Prądem Faradycznym normalnym nazywamy asymetryczny przerywany prąd, zmienny o napięciu od kilku do kilkudziesięciu Voltów, o zakresie częstotliwości od 20 - 400Hz i natężeniu do 1mA

Prąd faradyczny możemy otrzymać w aparacie saneczkowym zmodyfikowana cewka indukcyjna.

Przebieg potencjału czynnościowego komórki mięśniowej serca

W gwałtownej depolaryzacji błona przepolaryzowuje się tak, że potencjał wewnętrzny strony błony przyjmuje na chwilę wartość do +20mV. Przez czas około 150ms potem utrzymuje się na poziomie od +20mV do - 10mV (tzw. platean) po czym spada i błona pokazuje się do stanu spoczynkowego - 90mV przez czas refrakcji względnej włókno jest niepobudliwe nawet pola bodźca ponadprogowego.

SERCE WĘZEŁ ZATOKOWO - PRZEDSIONKOWY

Przebieg potencjału czynnościowego węzła zatokowo - przedsionkowo

Potencjałem spoczynkowym węzła na stałym poziomie się nie utrzymuje a stopniowo rośnie (błona wykazuje jakby pewną upływność). Gdy potencjał osiągnie na skutek wartość proga pobudliwości około - 55mV następuje depolaryzacja, po czym następuje przepolaryzowanie bez charakterystycznego dla serca platerom i powrót do stanu wyjściowego.

Przewodzenie pobudzenia przemieszcza się za przewodnictwem różnic potencjałów powstałych lokalnie na powierzchnie błony. Miejsce pobudzenia jest ujemne, nie pobudzone - dodatnie. Jony wprawione w ruch wzdłuż linii pola elektrycznego depolaryzują miejsca pobudzenia a depolaryzują sąsiedni.

ĆWICZENIE 53

Liczba hematokrytowa = współczynnik objętościowy krwinek

Można go wyznaczyć przez odwirowanie krwi w specjalnym naczyniu - hematokrycie, bądź tez metodę elektryczną, która opiera się na wykorzystaniu elektrycznych właściwości krwi.

Krwinki można rozpatrywać jako kuleczki o bardzo dużym oporze właściwym - rzędu 10^10
. - metoda Maxwella - dla jednorodnej zawiesiny nieprzewodzącej kulek w elektrok.

Q₁ - opór właśc.. osoca, Q₂ - opór właśc.. krwinek, Q - opór właśc.. krwi

Q1
Q2

pomiar oporów właściwych krwi i osocza

wobec tego

Opór elektryczny cieczy wyznaczony za pomocą mostka Kohlrauscha (odmian mostka Uheastane'a) Mostek K. zasilany jest prądem zmiennym, bo w przypadku zastosowania prądu stałego w naczyniu wypełnionym elektrolitem nastąpi elektroliza, którą możemy traktować jako wynik polaryzacji j.... elektrolitu ( przesunięcie jonów o określonym znaku do przeciwnie naładowanych elektrodach.)

Ze względu na dużą ruchliwość niektórych jonów polaryzuje nastoju (?) również pól zasilanymi mostka prądem zmiennym o niskiej częstotliwości. Rezultatem polaryzacji będzie zwiększenie się efektywnego oporu elektrolitu. Stosujemy więc prąd zmienny o częstotliwości 1000Hz.

Doprowadzany do ST. równowagi (suwak w takim położeniu, żeby przez mikro....... nie płynął prąd. Wtedy potencjały dwóch pkt. są sobie równe (Ai B)

R_{X =} Ro *

R_{1 -} opór badanej cieczy

R^I - opór drutu o długości l₁

R^II- opór drutu o długości l₂

znając opór krwi R_k = R i opór osocza R_k = R₁ wyznaczmy opory właściwe tych substancji

R_X = Q_X * C opór5 substancji ciekłej R_X dot. opora właściwego Q_X

R = .... * C R₁ = Q₁ * C C - stała charakteryzująca naczynia

Potencjał spoczynkowy błony komórkowej. Wnętrze komórki ma potencjał ujemny względem powierzchni zewn.. Istnieje różnica stężeń jonów w płynach wewnątrz i międzykomórkowych.

Stężenia jonów sodowych i potasowych są odległe od stanu równowagi. W wyniku istniejącej dyfuzji tych jonów przez błonę powstaje potencjał dyfuzyjny.

Potencjał błony wyraża wzór Goldmana

μ = μ_i + φzF

Potencjał spoczynkowy błony jest spowodowany trudnością przenikania kationów. Wnętrze komórek ma ładunek ujemny Hematokrytowi stosunku do otoczenia. Depolaryzacja przekraczając pewnie próg doprowadza do powstania potem czynników. Wzrost przepuszczalności błony dla kationów Na⁺ Hematokrytowi następnie szybkie zawieszanie się tej przepuszczalnosci, dla Na⁺ a zwiększaniem dla K⁺.

Wirówka Hematokrytowa - zjawisko sedymentacji polega na rozdzielaniu mieszaniu i powstawaniu osadu ( w polu sił ciężkości). Substancje o największym ciężarze właściwym zbierają się na dnie naczynia, o najmniejszym na powierzchni mieszaniny (z prawem Archimedesa). Wirówka przyśpiesza ten proce, wprawia naczynie z tymi subst. w bardzo szybki ruch obrotowy (działanie bardzo dużychsił bezwładności - siły odśrodkowej).Składnik mieszaniny o największym ciężarze właściwym zajduje się najdalej od osi obrotu (na dnie), najbliżej osi - składnik o najmniejszym ciężarze właściwym. Wirówka taka służy do oddzielania krwinek od osocza w celu wyznaczenia procentowej objętości zajmowanej przez erytrocyty w krwi pełnej.

Pompa sodowo - potasowa pozwala utrzymać duże stężenie jonów K⁺ na komórkach a małe Na⁺ i odwrotnie w płynie zewnątrzkomórkowym.

Błona komórkowa jest izolatorem (ze względu na warstwę lipidową) stężenie substancją wewnątrz i zewnątrzkomórkową stanowi kondensator o dość dużej pojemności, Wnosi on składową do impedancji komórki.

Charakterystyka monomolekularnej warstwy lipidowej.

powierzchnia międzyfazowa

Jeżeli mamy roztwór dwuskładnikowy to z tzw. wzór Gibbsa wynika, że subst. zmniejszające napięcie powierzchniowe rozpuszczalnika, będą gromadzić się na powierzchni międzyfazowej (np.:woda - powietrze)

W błonie niepolarne części cząsteczki kontaktują się ze sobą a polarne ze środowiskiem i wnętrzem komórki..

Obliczanie SEM metodą kompensacji

Dołączenie dwóch ogniw o jednakowych SEM, mimo zamknięcia obwodu nie powoduje zamknięcia obwodu i przepływu prądu. Działania sił elektron. bu ogniw wzajemnie się znoszą - kompensują się -(zerowe wskazanie gakranometru). Sprawdzamy w ten sposób czy mają obydwa źródła jednakowe SEM. Gdy źródła nadane mają odmienne SEM musimy dysponować wzorem - korzystamy z potencjometru jest oporowym dzielnikiem napięcia. Podstawą dzielenia jest prawo Ohma.

U_L = kl (k - współczynnik proporcjonalności zależny od SE, oporowi drutu AB. Wartość współczynnika k ustalamy przez wyszorowanie potencjometru przy pomocy ogniwa o znanej SEM. W tym celu załączamy ogniwo Westona szeregowo połączone a galwanometrem. Przesuwamy suwak C szukając takiego położenia l, w którym Galwanometr nie wykazuje przepływu prądu. Oznacza to, że:

ε = U_i = k l' k =

Teraz z miejsca ogniwa Weston'a możemy włączyć źródło o nieznanej SEM ε_x i po znalezieniu położenia l” (galwanometr wskazuje 0 ) Zapisujemy

ε_x = kl” =

Dwukrotna metoda kompensacji: raz wzorcując potencjometr, gdy znoszą się wzajemnie działanie U_L i SEM ogniwa Westona i po raz drugi gdy kompensują się SEM źródła i napięcie U_L.

Jest to metoda zerowa w tzn. odczytujemy wynik pomiaru, gdy przez galwanometr nie płynie prąd..

Kompensacja jest równaniem pewnego działania przy pomiarze SEM napiecia U i siła elektromotoryczna .... wzajemnie równoważą swoje działanie.

ĆWICZENIE 54

Bit - taka ilośc informacji, które się otrzymuje w drodze jednorazowego wyboru w dwóch jednakowo prawdopodobnych zdarzeń.

Przekazywanie informacji

źródło informacji
kodowanie
dekodowanie
odbiornik informacji

Przesyłanie sygnały wiąże się dokonywaniem wyboru i likwidowanie niepewności.

A - ukł. regulowany, którego wybrany parametr podlega regulacji (wielkośc

regulowana x)

B - ukł. regulacyjny, który za pomocą oddziaływań y (wielkość narastająca

steruje pracę układu tak, aby x jak najmniej różniła się od zadanej

wartości x_o

dodatnie : sygnał na wyjściu z układu regulowanego powoduje wzrost przesyłania bodźca z układu regulującego

ujemne: bodziec z wyjścia powoduje spadek siły bodźca układu regulującego

zakłócenie

wejście
obiekt regulacji
wyjście

energia
efektor receptor
pamieć

| kompesator
wzorzec

| -------- wzmacniacz

sygnał - proces fizyczny stanowiący nośnik materialny wiadomości; sygnał ciągły (zmiany natężenia) lub sygnał ziarnisty (układy cyfr. obrazowe.)

KOD odpowiedniość polegająca na tym że kazedmu elementowi jednemu zbioru odpowiada element zbioru drugiego

prędkość przesyłania informacji

[V] =
X - wiadomośći ; Y - nowa wiadomość

nadmiarowość informacji - redundacja

Celem kodowania informacji jest transformacja czyli przemiana na ciąg sygnałów zrozumiałych dla odbiorcy (myśli na słowa, wyniki badań na cyfry). Istnieje też transformacja wielokrotna.

Układ termoregulacyjny Obiektem regulacji jest wnętrze organizmu a wielkością regulowaną jego temp. rolę układu regulującego pełni podwzgórze (rola podwójna). Pełni rolę receptora informującego o temp krwi dopływającej do podwzgórza, jak i rolę układu sterującego procesami, których zadaniem jest utzrmanie tej temp. na stałym poziomie.

Jeżeli prąd stały przepływa przez zawiesinę komórek w roztworze fizjologicznym chlorku sodowego to linie prądu omijają komórki i skupiają sią w przestrzeniach między nimi. Na skutek tego opór całości jest większy niż czystego roztworu.

Opór elektryczny tkanek przy przepływie prądu stałego zmienia się podczas przepływu bardzo znacznie z powodu efektów polaryzacyjnych zachodzących przedewszystkim w skórze. Przy przepływie przez tkanki prądu zmiennego w miarę wzrostu częstości słabną efekty polaryzacyjne natomiast uwydatnia się wpływ pojemności komórek oraz pozostałych elementarnych struktur tkanek. Zaznacza się spaek oporu całkowitego tkanki to jest jej impedancji , czyli zawady

z=

Elektryczny obwód zastępczy tkanki

opór czynny R

opór pojemnościowy X_C=

opór R wykazuje zależność od częstotliwości prądu - Dyspersja

Bezwzględna wartośc oporu tkanki dla danej częstotliwości prądu zależy od warunków pomiaru nie posługujemy się więc dla scharakteryzowania dyspersji wartościami poszczególnych oporów, ale współczynnik polaryzacji k.

R - opór, [R]_xx^xx - częst. prądu

Dyspersja ma trzy charakterystyczne obszary związane z poszczególnymi rodzajami polaryzacji:

- polaryzacja o..elitacyjna - dipolowych molekuł będą ich dipole fragm.., gdy przyłożymy zmienne napięcie o częstotliwości a dipole

będą wykonywały drgania relaksacyjne starają się ustawić wzdłuż linii pola elektrycznego. Skutkiem polaryzacji będzie

oporu tkanki. Opór ten będzie ....... ze wzrostem częstotliwości prądu, czas relaksacji
czas, po upływie którego

polaryzacja danego rodzaju dipoli zmniejszy się n-krotnie (czas potrzebny do zmiany ........... dipola na przeciwny)

- polaryzacja międzywarstwowa - złożona struktura tkanek wpływa na powstanie różnic w przewodnictwie elektrycznym

poszczególnych części tkanek, których efektem będzie gromadzenie się ponowne na granicy warstw o różnym

przewodnictwie

- polaryzacja powierzchniowa - elektronowa

DYSPERSJA

Przy niskich częstotliwościach następuje na skutek dużego oporu elektrycznego błony seperacja jonów wew. komórki. Zostaje indukowany silny dipol. Wartość przenikalność elektrycznej jest bardzo wysoka. Prawie wszystkie linie prądu omijają komórkę. Przy wzrastającej częstotliwości efekt ten stopniowo maleje.

Zależność częstotliściowa (dyspersja) przewodności i przenikalności elektrycznej występuje dla wszystkich rodzajów tkanek.

α - dyspersja - częstotliwość od kilku do kilkunastu kHz

β - dyspersja - od kilku kHz do ~30 MHz

γ - dyspersja - związana relaksacjami dipolowymi /kilkadziesiąt GHz struktur subkomórkowych i timolekół oraz tzw. H₂O związana

TERAPIA - Efekty termiczne w tkankach wywołane przepływem prądów wysokiej częstotliwości są wykorzystywane w medycynie do celów leczniczych - DIATERMIA (zapalenie mięśnie stawów). Przepływ prądów szybko zmiennych pociąga za sobą rozpraszanie energii i powstawanie ciepła = ogrzewanie narządów głębiej położonych

Część przednia ośr. utraty ciepła - wpływ na mechanizmy wpływające na szybsze oddawanie nadmiaru wytwarzanego ciepła.

Część tylnia - ośrodek zach. ciepła wpływ na mechanizm nie dopouszcające do jego utraty w nadmiarze substancji wytwarzającej ciepło.

Układ termoregulacyjny człowieka wspomagaby jest przez receptory obwodowe skóry i narządów wewnętrznych (receptory zimna i ciepła) uprzedzają podwzgórze o zmianach temperatury;

podwzgórze - komparator ma informacje o temperaturze wzorcowej czyli odniesienie ośrodka regulacyjnego regulacyjnego

TERMOSTAT urządzenie do automatycznej regulacji temp. w pewnej zamkniętej przestrzenii.

Obwód elektryczny ma zdolność rozpraszania energii oraz akumulowania jej na polu magnetycznem i elektrycznym. Zdolność obwodu do rozpraszania energii okresla jego OPÓR CZYNNY R, którego wartość zmieniać można przez dołączenie do obwodu .........

Zdolność obwodu do akumulacji energii w pou magnetycznym i elektrycznym określa indukcyjność Li i pojemność C. Indukcyjność zmienia cewka a pojemność - kondensator.

Energia pola magnetycznego magazynowana w obwodzie o indukcji L_i

W_m = 0,5 LI² decyduje natężenie

Energia pola elektrycznego magazynowa w obwodzie o pojemności C

W_p = 0,5 CV² z =

zawada cewki
to indukcyjność L =
; R=
(opór czynny cewki)

zawada kondensatora
to pojemność

,więc

Przewodnictwo elektryczne tkanki Natężenie prądu płynącego przez zywą tkankę umieszczoną w obwodzie prądu stałego :

,V - napięcie źródła; R - opór tkanki; V_p (t) - napięcie polaryzacji powst. w tkance

skierowane przeciweniedo napięcia źródła

V_p (t) powstaje w wyniku polaryzacji jonowej tkanki. Przepływ prądu stałego przez tkankę polega głownie na ruchu jonów z których część jest zatrzymywana przez półprzepuszczalne błony. Dochodzi do nagromadzenia jonów dodatnich w jednych, ujemnych w drugich miejscach. W skutek czego w tkance powstaje napięcie V_p (t). Środowisko wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe podzielone nie przewodzącą błoną stanowi kondensator, którego pojemność .......... (wtedy gdy przez tkanki nie płynie prąd, jest nieznaczna).

Podczas przepływu prądu po obu stronach błony następuje nagromadzenie jonów, skutkiem czego pojawia się dodatkowa pojemność - pojemność polaryzat. (rzedu 10^-5
)

Oprócz zjawiska polaryzacji jonowej w protoplazmie komórkowej podczas przepływu prądu stałego mogą następować nieodwracalne zmiany strukturalne, które wpływają na zmianę oporu. Dlatego taki pomiar nie ma znaczenia praktycznego więcej informacji dostarcza pomiar oporu przy przepływie prądu zmiennego.

W tkance znajdującej się w obwodzie prądu zmiennego, polaryzacja jonowa zostaje w znacznym stopniu wyeliminowana, ze względu na ograniczoną ruchomość jonów stąd OPÓR TKANKI DLA TAKIEGO PRĄDU BĘDZIE MNIEJSZY NIŻ DLA PRĄDU STAŁEGO.

opór jaki stawia tkanka prądowi zmiennemu wyrażamy zawadą

1

+ +

R

≈

wnętrze organizmu

podwzgórze jako komporator

podwzgórze jako ośrodek sterujący

efektory

Termoreceptory

R

R

---