ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Биофизики, информатики и медицинской аппаратуры

Методическая разработка

практического занятия

по теме: «Электрическое поле. Физические основы кардиографии».

Утверждено

на методическом совещании кафедры

«___» _________________ 200__ г.

Протокол № _________

Зав.кафедрой,

д.м.н., профессор __________ Годлевский Л.С.

ОДЕССА - 2009

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå - ýòî ìàòåðèàëüíûé ïîñðåäíèê, ïîñðåäñòâîì êîòîðîãî âçàèìîäåéñòâóþò ìåæäó ñîáîé çàðÿæåííûå òåëà. Çàðÿæåííîå òåëî, ðàçìåðàìè êîòîðîãî ìîæíî ïðåíåáðå÷ü íàçûâàþò òî÷å÷íûì çàðÿäîì. Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ñîçäàåò âîêðóã ñåáÿ ëþáîé çàðÿä. Äëÿ èçó÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â íåãî ïîìåùàþò ïðîáíûé çàðÿä (ìàëåíüêèé ïî âåëè÷èíå, ÷òîáû íå èñêàçèòü ïîëå). Îñíîâíûì çàêîíîì âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ ÿâëÿåòñÿ çàêîí Êóëîíà

F = kQq/r² ,ãäå

Q è q - âåëè÷èíû çàðÿäîâ, r - ðàññòîÿíèå ìåæäó íèìè, k - êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè, â ÑÈ k = 1 / (4_).

Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ - ýòî ñèëîâàÿ õàðàêòåðèñòèêà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Îíà ðàâíà îòíîøåíèþ ñèëû, äåéñòâóþùåé íà çàðÿä ê âåëè÷èíå ýòîãî çàðÿäà.

E = F / q

Îáû÷íî ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðåäñòàâëÿþò ñèëîâûìè ëèíèÿìè, êàñàòåëüíûå ê êîòîðûì ñîâïàäàþò ñ íàïðàâëåíèåì âåêòîðà íàïðÿæåííîñòè â ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷êàõ ïîëÿ. Ïîëå, íàïðÿæåííîñòü êîòîðîãî âî âñåõ òî÷êàõ îäèíàêîâà, íàçûâàåòñÿ îäíîðîäíûì.

Ïîòîêîì íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ÷åðåç ïëîùàäêó S íàçûâàþò âåëè÷èíó

N = ES cos = E_nS

ãäå  - óãîë ìåæäó ëèíèÿìè íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è íîðìàëüþ ê ïëîùàäêå, E_n = E⋅cosα - íîðмàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ âåêòîðà Å. Ïîòîê íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ñêâîçü ïîâåðõíîñòü ðàâåí ÷èñëó ñèëîâûõ ëèíèé, ïðîíèçûâàþùèõ åå.

Ýíåðãåòè÷åñêîé õàðàêòåðèñòèêîé ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ÿâëÿåòñÿ ïîòåíöèàë. Ïîòåíöèàë â äàííîé òî÷êå ïîëÿ ÷èñëåííî ðàâåí ðàáîòå, êîòîðóþ ñîâåðøàþò ñèëû ïîëÿ ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà èç äàííîé òî÷êè ïîëÿ íà áåñêîíå÷íîñòü (íà áåñêîíå÷íîñòè ïîòåíöèàë ïðèíèìàåòñÿ ðàâíûì íóëþ).

Íà ïðàêòèêå ÷àùå ïîëüçóþòñÿ ïîíÿòèåì ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ (U). Ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè ïîëÿ íàçûâàþò îòíîøåíèå ðàáîòû, ñîâåðøàåìîé ñèëàìè ïîëÿ ïðè ïåðåìåùåíèè òî÷å÷íîãî ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà èç îäíîé òî÷êè â äðóãóþ, ê âåëè÷èíå ýòîãî çàðÿäà:

U₁₂= ₁ - ₂ = A / q

Ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ çàâèñèò îò ïîëîæåíèÿ âûáðàííûõ òî÷åê è îò íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, íî íå îò ôîðìû òðàåêòîðèè, ïî êîòîðîé ïðîèñõîäèò ïåðåìåùåíèå.

Ïîòåíöèàë ïîëÿ, ñîçäàâàåìîãî òî÷å÷íûì çàðÿäîì Q, ðàñïîëîæåííûì â îäíîðîäíîì èçîòðîïíîì äèýëåêòðèêå ñ îòíîñèòåëüíîé äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ ε, çàïèñûâàåòñÿ â âèäå:

 = Q / (4_r)

Ñâÿçü ìåæäó íàïðÿæåííîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ïîòåíöèàëîì â äèôôåðåíöèàëüíîé ôîðìå ìîæíî çàïèñàòü êàê

E_l = d/dl èëè E = - grad

Ïîòåíöèàë ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ (íàïðÿæåíèå) èçìåðÿþòñÿ â âîëüòàõ (Â). Íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ èçìåðÿåòñÿ â âîëüòàõ íà ìåòð (Â/ì), ðåæå â íüþòîíàõ íà êóëîí (Í/Êë).

Òåîðåìà Îñòðîãðàäñêîãî-Ãàóññà. Ïîòîê íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ÷åðåç çàìêíóòóþ ïîâåðõíîñòü ðàâåí îòíîøåíèþ àëãåáðàè÷åñêîé ñóììû çàðÿäîâ, íàõîäÿùèõñÿ âíóòðè ýòîé ïîâåðõíîñòè ê ýëåêòðè÷åñêîé ïîñòîÿííîé.

N_E =  Q_i / ₀

Ïðèìåíåíèâ òåîðåìó Îñòðîãðàäñêîãî-Ãàóññà ìîæíî ïîëó÷èòü íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ðàçëè÷íûõ îáüåêòîâ, íàïðèìåð:

a) Ðàâíîìåðíî-çàðÿæåííàÿ ïëîñêîñòü Е = σ / (2₀)

b) Áåñêîíå÷íûå ðàçíîèìåííî-çàðÿæåííûå ïëîñêîñòè ñ îäèíàêîâîé

ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñòüþ = σ Е = σ / (2₀)

c) Ïîëå ðàâíîìåðíî-çàðÿæåííîé ñôåðû ðàäèóñîì R íà ðàññòîÿíèè x:

E = 0 , ïðè x<R; E = q / (4₀x²), ïðè x≥R

Ýëåêòðè÷åñêèé äèïîëü - ñèñòåìà èç äâóõ òî÷å÷íûõ îäèíàêîâûõ ïî âåëè÷èíå è ïðîòèâîïîëîæíûõ ïî çíàêó çàðÿäîâ +q è -q, ðàñïîëîæåííûõ íà ðàññòîÿíèè l ìåæäó ñîáîé.

+q l -q

+ -

Îñíîâíàÿ õàðàêòåðèñòèêà - ýëåêòðè÷åñêèé (äèïîëüíûé) ìîìåíò:

p = q⋅l

êîòîðûé ïðèëîæåí ê öåíòðó äèïîëÿ è íàïðàâëåí îò îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà ê ïîëîæèòåëüíîìó. Åäèíèöà èçìåðåíèÿ - Êóëîí íà ìåòð (Êë⋅ì).

 îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå íà äèïîëü äåéñòâóåò ìîìåíò ñèë:

M = p x E èëè â ñêàëÿðíîì âèäå M = p⋅E sinα

ãäå α - óãîë ìåæäó âåêòîðàìè p è E.

Ïîòåíöèàë ïîëÿ, ñîçäàííîãî ýëåêòðè÷åñêèì äèïîëåì â òî÷êå, óäàëåííîé îò íåãî íà ðàññòîÿíèå r (r >> l):

ãäå α - óãîë ìåæäó âåêòîðîì p è ðàäèóñ-âåêòîðîì â òî÷êó íàáëþäåíèÿ.

 ýëåêòðîïðîâîäÿùåé ñðåäå ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ äèïîëÿ âîçíèêàåò äâèæåíèå ñâîáîäíûõ çàðÿäîâ, â ðåçóëüòàòå äèïîëü èëè ýêðàíèðóåòñÿ èëè íåéòðàëèçóåòñÿ. Ìîæíî ê äèïîëþ ïîäêëþ÷èòü èñòî÷íèê íàïðÿæåíèÿ, ò.å. êëåììû èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ ðàññìàòðèâàòü êàê äèïîëü. Òàêàÿ ñèñòåìà, ñîñòîÿùàÿ èç èñòîêà è ñòîêà òîêà, íàçûâàåòñÿ äèïîëüíûì ýëåêòðè÷åñêèì ãåíåðàòîðîì èëè òîêîâûì äèïîëåì.

Ìåæäó òîêîâûì äèïîëåì è ýëåêòðè÷åñêèì äèïîëåì èìååòñÿ ìíîãî îáùåãî:

- ëèíèè òîêà ñîâïàäàþò ñ ëèíèÿìè íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè îäèíàêîâîé ôîðìå ýëåêòðîäîâ;

- ìíîãèå ôîðìóëû èìåþò òîæäåñòâåííûé âèä, ïåðåõîä îò îäíèõ ôîðìóë ê äðóãèì îñóùåñòâëÿåòñÿ çàìåíîé  íà γ (γ = 1/ρ), q íà I.

Äèïîëüíûé ìîìåíò òîêîâîãî äèïîëÿ èìååò âèä

p_ò = Il

ãäå l - ðàññòîÿíèå ìåæäó òî÷êàìè èñòîêà è ñòîêà. Ïîòåíöèàë ïîëÿ òîêîâîãî äèïîëÿ

àíàëîãè÷åí ñîîòâåòñòâóþùåé ôîðìóëå äëÿ ýëåêòðè÷åñêîãî äèïîëÿ.

Îäíîé èç îñíîâíûõ çàäà÷ êàðäèîãðàôèè ÿâëÿåòñÿ âû÷èñëåíèå ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòåíöèàëà ñåðäå÷íûõ ìûøö ïî ïîòåíöèàëàì, èçìåðåííûì âíå ñåðäöà (íà ïîâåðõíîñòè òåëà). Ñîãëàñíî òåîðèè îòâåäåíèé Ýéíòõîâåíà, ñåðäöå åñòü òîêîâûé äèïîëü ñ äèïîëüíûì ìîìåíòîì p_ñ^* , êîòîðûé ïîâîðà÷èâàåòñÿ, èçìåíÿåò ñâîå ïîëîæåíèå è òî÷êó ïðèëîæåíèÿ çà âðåìÿ ñåðäå÷íîãî öèêëà. Óñëîâíî åãî íàçûâàþò èíòåãðàëüíûì ýëåêòðè÷åñêèì âåêòîðîì (ÈÝÂ)

Ðàçíîñòü áèîïîòåíöèàëîâ, ðåãèñòðèðóåìàÿ ìåæäó äâóìÿ òî÷êàìè òåëà, íàçûâàþò îòâåäåíèåì. Ðàçëè÷àþò:

I îòâåäåíèå - ïðàâàÿ ðóêà-ëåâàÿ ðóêà;

II îòâåäåíèå - ïðàâàÿ ðóêà-ëåâàÿ íîãà;

III îòâåäåíèå - ëåâàÿ ðóêà-ëåâàÿ íîãà.

Ýéíòõîâåí ïðåäëîæèë èçìåðÿòü ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ ìåæäó êàæäûìè äâóìÿ èç òðåõ òî÷åê, ïðåäñòàâëÿþùèõ âåðøèíû ðàâíîñòîðîííåãî òðåóãîëüíèêà. Êàæäàÿ èç òðåõ èçìåðåííûõ ðàçíîñòåé ïîòåíöèàëîâ ïðîïîðöèîíàëüíà ïðîåêöèè âåêòîðà p_c ìîìåíòà äèïîëÿ èëè ÈÝ íà ëèíèþ, ñîåäèíÿþùóþ ñîîòâåòñòâóþùèå òî÷êè, ò.å. íà ñîîòâåòñòâóþùóþ ñòîðîíó òðåóãîëüíèêà.

Âðåìåííûå çàâèñèìîñòè íàïðÿæåíèÿ, ïîëó÷åííûå â îòâåäåíèÿõ íàçûâàþòñÿ ýëåêòðîêàðäèîãðàììàìè. Îñîáåííîñòè ýòîé êðèâîé ñîïîñòàâëÿþòñÿ ñ ïðîöåññàìè, ïðîèñõîäÿùèìè â ñåðäöå. Ðàññìîòðèì èõ áîëåå ïîäðîáíî.

Âîçáóæäåíèå ñåðäå÷íûõ ìûøö ïðîèçâîäèòñÿ íå íåïîñðåäñòâåííî öåíòðàëüíîé íåðâíîé ñèñòåìîé (êàê äëÿ áîëüøèíñòâà ìûøö), à ñèíóñíûì óçëîì èëè ñòèìóëÿòîðîì ïóëüñà, ãåíåðèðóþùèì ïîòåíöèàëû äåéñòâèÿ ñ ïîñòîÿííûì ðèòìîì. Ïîòåíöèàë äåéñòâèÿ ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ âäîëü ïîâåðõíîñòè îáîèõ ïðåäñåðäèé ê ìåñòó ñîåäèíåíèÿ ïðåäñåðäèé è æåëóäî÷êîâ, ò.í. ÏÆ óçëó. Çäåñü ñïåöèàëüíûå íåðâíûå âîëîêíà çàìåäëÿþò ðàñïðîñòðàíåíèå, îáåñïå÷èâàÿ âðåìåííóþ çàäåðæêó ìåæäó ñîêðàùåíèÿìè ïðåäñåðäèé è æåëóäî÷êîâ. Çàòåì ÏÆ óçåë ñîçäàåò èìïóëüñ â æåëóäî÷êàõ. Âîëíîâîé ôðîíò ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ â æåëóäî÷êàõ íå âäîëü ïîâåðõíîñòè, à ïåðïåíäèêóëÿðíî åé - îò âíóòðåííåé ê âíåøíåé ÷àñòè ñòåíêè - ïîêà âåñü æåëóäî÷åê íå ñòàíåò äåïîëÿðèçîâàííûì. Ïðè äåïîëÿðèçàöèè æåëóäî÷êè ñîêðàùàþòñÿ, âûòàëêèâàÿ êðîâü â ñèñòåìû ëåãî÷íîé è ñèñòåìíîé öèðêóëÿöèè. Ðåïîëÿðèçàöèÿ (âîçâðàò êëåòêè â íîðìàëüíîå, ïîëÿðèçîâàííîå ñîñòîÿíèå) ïðîèñõîäèò â êàæäîé êëåòêå íåçàâèñèìî.

Íà ðèñ.2 à ïîêàçàíà òèïè÷íàÿ ÝÊÃ, çàïèñàííàÿ íà ïîâåðõíîñòè òåëà (ñëåäóåò èìåòü â âèäó, ÷òî îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ðåçóëüòàò ñóììèðîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîòåíöèàëîâ ìíîãèõ êëåòîê). Åå ãîðèçîíòàëüíûé ó÷àñòîê ïðèíèìàþò çà èçîïîòåíöèàëüíóþ, èëè èçîýëåêòðè÷åñêóþ ëèíèþ (ìû òî ñ Âàìè çíàåì, ÷òî ýòî íåêîòîðàÿ îòðèöàòåëüíàÿ âåëè÷èíà). Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè (çóáöû) ýòîé êðèâîé áîëåå ïîäðîáíî.

Çóáåö P õàðàêòåðèçóåò ýëåêòðè÷åñêóþ àêòèâíîñòü, ñâÿçàííóþ ñ äåïîëÿðèçàöèåé ïðåäñåðäíîé ìóñêóëàòóðû ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ïîòåíöèàëà

äåéñòâèÿ îò ñèíóñíîãî óçëà ê ÏÆ óçëó. Íà ðèñ.2 á âîëíà äåïîëÿðèçàöèè ïðåäñòàâëåíà âåêòîðîì, ïîêàçûâàþùèì îñíîâíîå íàïðàâëåíèå ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû è ðåçóëüòèðóþùóþ ðàçíîñòü ïîòåíöèàëîâ: îáëàñòü âîêðóã ÏÆ óçëà ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíîé, à âáëèçè ñòèìóëÿòîðà -îòðèöàòåëüíîé. Ò.î. íà ïîâåðõíîñòè òåëà íèæíÿÿ ÷àñòü ãðóäíîé êëåòêè ñòàíîâèòñÿ ïîëîæèòåëüíîé, à âåðõíÿÿ îòðèöàòåëüíîé.

Çóáåö Q ðåãèñòðèðóåò íà÷àëüíóþ äåïîëÿðèçàöèþ æåëóäî÷êîâ.  îòëè÷èå îò ïðåäñåðäèÿ, äåïîëÿðèçàöèÿ æåëóäî÷êîâ ïðîèñõîäèò â òðåõ íàïðàâëåíèÿõ. Îíà íà÷èíàåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî íèæå ÏÆ óçëà. Ò.ê. ñòåíêè ëåâîãî æåëóäî÷êà òîëùå ñòåíîê ïðàâîãî, âîëíà ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñëåâà íàïðàâî (ðèñ.2 â).  ðåçóëüòàòå ëåâàÿ ÷àñòü òåëà ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíîé, à ïðàâàÿ ïîëîæèòåëüíîé. Îáû÷íî àìïëèòóäà çóáöà Q ìåíüøå àìïëèòóäû çóáöà P; íà íåêòîðûõ ÝÊà åãî âîîáùå íå âèäíî.

Âåêòîð çóáöà R (ðèñ.2 ã) ïðåäñòàâëÿåò ïîëÿðèçàöèþ áîëüøåé, íî íå âñåé ÷àñòè æåëóäî÷êîâ. Ò.ê. æåëóäî÷êîâûå ìûøöû ìàññèâíû, òî âåêòîð çóáöà R äëèííåå ÷åì P, à íàïðàâëåíèÿ èõ ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò. Ïîýòîìó çóáåö R ðàñïîëîæåí òàê æå âûøå îïîðíîé ëèíèè, íî åãî àìïëèòóäà çíà÷èòåëüíî áîëüøå P. Îáû÷íî îí ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå õàðàêòåðíîé ÷åðòîé ÝÊà è åãî àìïëèòóäà îêîëî 1 ì íà ïîâåðõíîñòè òåëà.

Âåêòîð çóáöà S (ðèñ.2 ä) îòðàæàåò äåïîëÿðèçàöèþ îñòàëüíîé ÷àñòè æåëóäî÷êîâ. Íèæíÿÿ ÷àñòü ñåðäöà ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíîé, à âåðõíÿÿ ïîëîæèòåëüíîé, ïîýòîìó çóáåö S ëåæèò íèæå îïîðíîé ëèíèè. Îáû÷íî àìïëèòóäà çóáöà S áîëüøå, ÷åì P, íî ó íåêîòîðûõ ïàöèåíòîâ àìïëèòóäà çóáöà S òàê ìàëà, ÷òî íà çàïèñè åãî âîîáùå íå âèäíî.

Êàê òîëüêî æåëóäî÷êè íà÷èíàþò äåïîëÿðèçîâàòüñÿ, îíè ñîêðàùàþòñÿ. Çàòåì îíè ðåïîëÿðèçóþòñÿ. Ðåïîëÿðèçàöèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ çóáöîì T. Çóáåö U, åñëè îí ïðèñóòñòâóåò â çàïèñè, ïðèïèñûâàþò îñòàòî÷íûì ïîòåíöèàëàì æåëóäî÷êîâîé ìûøöû. Çóáåö U ÷àùå íàáëþäàåòñÿ ó äåòåé, ÷åì âçðîñëûõ, íî ìîæåò ïîÿâëÿòüñÿ è ó âçðîñëûõ ñ äèñáàëàíñîì êàëèÿ èëè óâåëè÷åííûì ñåðäöåì.

Íà êàæäîì èç îòâåäåíèé ÝÊà ðåãèñòðèðóåòñÿ òîëüêî àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ, è íå äàåòñÿ íàãëÿäíîå ïðåäñòàâëåíèå î ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè âåêòîðà p_c. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîé îðèåíòàöèè ÈÝ íåîáõîäèìî ðàññìàòðèâàò êðèâûå, ïîëó÷åííûå âî âñåõ îòâåäåíèÿõ, ñîâìåñòíî, è ïîëüçîâàòüñÿ ñïåöèàëüíûìè òàáëèöàìè. Ìåòîä áîëåå íàãëÿäíîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî èññëåäîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ñåðäöà íàçûâàåòñÿ âåêòîð-êàðäèîãðàììîé. Âåêòîð-êàðäèîãðàôèÿ ïîçâîëÿåò îòîáðàçèòü íå òîëüêî àáñîëþòíóþ âåëè÷èíó, íî è ïðîñòðàíñòâåííóþ îðèåíòàöèþ âåêòîðà ð_ñ. Ò.ê. ýòîò âåêòîð ÿâëÿåòñÿ òðåõìåðíîé âåëè÷èíîé, òî äëÿ åãî ïîëíîãî îïèñàíèÿ ñ ïîìîùüþ äâóõìåðíûõ ôèãóð, íåîáõîäèìû òðè åãî ïðîåêöèè íà îðòîãîíàëüíûå ïëîñêîñòè. ×òîáû ñíÿòü ñèãíàëû äëÿ âåêòîð-êàðäèîãðàììû, èñïîëüçóåòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ñèñòåìà ðàçìåùåíèÿ ýëåêòðîäîâ (ñèñòåìà Ôðàíêà). Âåêòîð-êàðäèîãðàììà îòîáðàæàåòñÿ íà ýêðàíå ÝËÒ, çóáöû âåêòîðîâ P, QRS è Ò îòîáðàæàþòñÿ â âèäå ïåòåëü.

Äèýëåêòðèêè â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå.

Äèýëåêòðèêè, ïîìåùåííûå â ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå õàðàêòåðèçóþòñÿ âåêòîðîì ïîëÿðèçàöèè

p = ₀ E,

ãäå  - áåçðàçìåðíàÿ âåëè÷èíà, çàâèñÿùàÿ îò ïðèðîäû âåùåñòâà è íàçûâàåìàÿ äèýëåêòðè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòüþ, êîòîðàÿ ñâÿçàíà ñ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ ïðîñòûì ñîîòíîøåíèåì: = - 1,  и  õàðàêòåðèçóþò ñïîñîáíîñòü äèýëåêòðèêà ê ïîëÿðèçàöèè è çàâèñÿò îò åãî ìîëåêóëÿðíîãî ñòðîåíèÿ. Ïðè ïîëÿðèçàöèè äèýëåêòðèêà ìîãóò íàáëþäàòüñÿ ðàçëè÷íûå ÿâëåíèÿ. Ðàññìîòðèì íåêîòîðûå èç íèõ.

Ýëåêòðîñòðèêöèÿ íàáëþäàåòñÿ â ëþáîì äèýëåêòðèêå (òâåðäîì, æèäêîì, ãàçîîáðàçíîì.) Ýòî ÿâëåíèå çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî âñëåäñòâèå ïîëÿðèçàöèè ïðîèñõîäèò ðàçäåëåíèå çàðÿäîâ.  äèýëåêòðèêå ýòè çàðÿäû ñâÿçàíû. Ðàçíîèìåííûå çàðÿäû, êàê èçâåñòíî ïðèòÿãèâàþòñÿ. Âñëåäñòâèå ýòîãî íà êàæäûé ýëåìåíò îáúåìà äèýëåêòðèêà äåéñòâóåò ñèëà, íàïðàâëåííàÿ íà ñæàòèå äèýëåêòðèêà âäîëü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ.  ðåçóëüòàòå äèýëåêòðèê äåôîðìèðóåòñÿ.

 êðèñòàëëè÷åñêîì äèýëåêòðèêå ïîëÿðèçàöèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü ïîä âîçäåéñòâèåì âíåøíèõ ñèë â îòñóòñòâèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Ýòî ÿâëåíèå íàçûâàåòñÿ ïðÿìûì ïüåçîýëåêòðè÷åñêèì ýôôåêòîì (÷àñòî åãî íàçûâàþò ïðîñòî ïüåçîýôôåêòîì). Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò ìîæåò âîçíèêíóòü íå â ëþáîì êðèñòàëëå, à òîëüêî â êðèñòàëëå, íå èìåþùåì öåíòðà ñèììåòðèè.  èîííûõ êðèñòàëëàõ âñëåäñòâèå íåñîâïàäåíèÿ öåíòðîâ ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ èîíîâ èìååòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé ìîìåíò. Îáû÷íî ýòà ïîëÿðèçàöèÿ íå ïðîÿâëÿåòñÿ, ò.ê. îíà êîìïåíñèðóåòñÿ çàðÿäàìè íà ïîâåðõíîñòè. Ïðè äåôîðìàöèè êðèñòàëëà ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå èîíû ðåøåòêè ñìåùàþòñÿ äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà.  ðåçóëüòàòå èçìåíÿåòñÿ ýëåêòðè÷åñêèé ìîìåíò êðèñòàëëà. Ýòî èçìåíåíèå è ïðîÿâëÿåòñÿ â ïüåçîýëåêòðè÷åñêîì ýôôåêòå.

à á â

Ðèñ ....

Ðèñ .. êà÷åñòâåííî ïîÿñíÿåò âîçíèêíîâåíèå ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî ýôôåêòà. Ïîëîæèòåëüíûå èîíû îáîçíà÷åíû öèôðîé 1 (òåìíûå êðóæêè), à îòðèöàòåëüíûå öèôðîé 2 (ñâåòëûå êðóæêè). Ðèñ à ñîîòâåòñòâóåò íåäåôîðìèðîâííîìó êðèñòàëëó. Íà ãðàíè À “âûñòóïàþò” ïîëîæèòåëüíûå çàðÿäû, à íà ãðàíè  - îòðèöàòåëüíûå. Ïðè ñæàòèè ÿ÷åéêà äåôîðìèðóåòñÿ: ïîëîæèòåëüíûå èîí 1 è îòðèöàòåëüíûé èîí 2 “âäàâëèâàþòñÿ” âíóòðü. Âûñòóïàþùèå çàðÿäû óìåíüøàþòñÿ, à ýòî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ îòðèöàòåëüíîãî çàðÿäà íà ïëîñêîñòè À è ïîëîæèòåëüíîãî íà ïëîñêîñòè Â. Ïðè ðàñòÿæåíèè íàáëþäàåòñÿ îáðàòíîå (ðèñ. â): èîíû 1 è 2 “âûòàëêèâàþòñÿ” èç ÿ÷åéêè. Ïîýòîìó íà ãðàíè À âîçíèêàåò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä, à íà ïëîñêîñòè  - îòðèöàòåëüíûé çàðÿä.

Èìååò ìåñòî è îáðàòíîå ÿâëåíèå, êîòîðîå íàçûâàåòñÿ îáðàòíûì ïüåçîýëåêòðè÷åñêèì ýôôåêòîì. Îáðàòíûé ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò çàêëþ÷àåòñÿ â äåôîðìàöèè êðèñòàëëà ïðè íàëîæåíèè íà íåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ. Âíåøíå îí î÷åíü ïîõîæ íà ÿâëåíèå ýëåêòðîñòðèêöèè, îäíàêî ýòè ÿâëåíèÿ ðàçëè÷íû. Ïüåçîýôôåêò ëèíåéíî çàâèñèò îò íàïðÿåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà ïðîòèâîïîëîæíîå èçìåíÿåò çíàê. Ýëåêòðîñòðèêöèÿ ïðîïîðöèîíàëüíà êâàäðàòó íàïðÿæåííîñòè è ïîýòîìó íå çàâèñèò îò íàïðàâëåíèÿ ïîëÿ. Íàïîìíèì, ÷òî ïüåçîýôôåêò íàáëþäàåòñÿ òîëüêî â êðèñòàëëàõ äà è òî íå âî âñåõ, ýëåêòðîñòðèêöèÿ èìååò ìåñòî âî âñåõ äèýëåêòðèêàõ.

È ïðÿìîé è îáðàòíûé ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé ýôôåêò øèðîêî ïðèìåíÿåòñÿ â ðàçëè÷íûõ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ (ïåçîýëåêòðè÷åñêèå òåëåôîí è ìèêðîôîí, ïüåçîýëåêòðè÷åñêèé àäàïòåð, ìàíîìåòðû, ïðèáîðû äëÿ èçìåðåíèÿ âèáðàöèé, â ìåäèöèíå äëÿ ðåãèñòðàöèè ïóëüñà). Îñîáî âàæíî ïðèìåíåíèå ïüåçîýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé êâàðöà, èñïîëüçóåìûõ äëÿ ïîëó÷åíèÿ óëüòðàçâóêà, à òàêæå äëÿ ñòàáèëèçàöèè ÷àñòîòû â ðàäèîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ.

Ïðîâîäíèêè â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå.

Ïðè ïîìåùåíèè ïðîâîäíèêà â ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ïðîèçîéäåò ïåðåðàñïðåäåëåíèå çàðÿäîâ, à íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ âíóòðè ïðîâîäíèêà ñòàíåò ðàâíîé íóëþ. Èíà÷å ñâîáîäíûå çàðÿäû ïåðåìåùàëèñü áû ïîä âîçäåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, ÷òî ïðîòèâîðå÷èò çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè.

Âíóòðè ïðîâîäíèêà ïîëÿ íåò, ò.å. ïðîâîäíèê ýêðàíèðóåò ïðîñòðàíñòâî îò âîçäåéñòâèÿ âíåøíèõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé. Ýòó îñîáåííîñòü èñïîëüçóþò ïðè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîé çàùèòå.

Ñîåäèíåíèå çàðÿæåííûõ ïðîâîäíèêîâ ñ Çåìëåé íàçûâàåòñÿ çàçåìëåíèåì. Çàçåìëåííûå ïðîâîäíèêè òåðÿþò çàðÿä, è èõ ïîòåíöèàë ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì ïîòåíöèàëó Çåìëè (ïðèíÿòîìó çà íóëü), ÷òî îáåñïå÷èâàåò áåçîïàñíóþ ýêñïëóàòàöèþ çàçåìëåííûõ ïðèáîðîâ.

Ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå õàðàêòåðèçóåòñÿ îáúåìíîé ïëîòíîñòüþ ýíåðãèè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ:  = ₀Е²/2.

Åäèíèöà îáúåìíîé ïëîòíîñòè - Äæîóëü íà êóáè÷åñêèé ìåòð (Äæ/ì).

---