BIOFIZIKA
ELEKTROMAGNETIZAM
− Elektromagnetna indukcija
ˇ
ˇ c´
Akademik, prof. dr Jovan P. Setraj
ci
[email protected]
Univerzitet u Novom Sadu
Departman za fiziku PMF
Powered by
LATEX 2ε ! – p. 1/1
Elektromagnetna indukcija
Faradejev zakonZ
dΦ
E =−
, Φ≡
dt
Lencovo pravilo:
UZROK
~ · dS
~
B
2
Wb = T m
⇔ − POSLEDICA
Posledice:
I1
Med¯usobna indukcija:
dΦ2
dI1
E2 ≡ −
= −M
dt
dt
N1 N2
M = µ2 S 1 S 2
l1 l2
U2
N2
I1
TRANSFORMATORI :
=
=
U1
N1
I2
dI
Samoindukcija: ES = −L
dt
N
INDUKTIVNA OTPORNOST :
L = µS
l
[M ] = [L] = H = Ω s
N2
U1
~
E 2 U2
~
N1
I2
I
ES
~
N
~
1 – p. 2/1
Elektromagnetna indukcija
ˇ
Naizmenicna
struja
S
Magnetni fluks:
Φ = B · S cos ω t ≡ Φm cos ω t
w
Indukovana EMS:
dΦ
E ≡−
= −Φm (− sin ω t) ω
dt
= Em sin ω t
N
I
ˇ
ˇ
Jacina
elektricne
struje:
E
E
I=
= Im sin ω t
R
Em
Φm ω
=
Im =
R
R
F
ˇ
Efektivna jacina
el.struje:
Im
Ieff = √
wt
0
wT
2
1 – p. 3/1
Elektromagnetna indukcija
Otpornosti kod naizm.struje
I = I0 sin ω t
Otpornik −
I
TERMOGENA OTPORNOST
~
R
UR
w
UR
I
UR = UR0 sin ω t
UR0 = R I0
Kalem −
INDUKTIVNA
OTPORNOST
UL = UL0 sin ω t +
π
2
I
~
U L 0 = X L I0 , X L ≡ ω L
Kondenzator −KAPACITIVNA
OTPORNOST
UC = UC0 sin ω t −
UC0
π
2
1
= X C I0 , X C ≡
ωC
UL
L
XL
UL
C
XC
UC
w
I
I
~
w
I
UC
1 – p. 4/1
Elektromagnetna indukcija
RLC kolo
I = I0 sin ω t
ˇ
Elektricno
kolo:
U0/eff
~ =U
~R + U
~L + U
~C
U
q
= UR2 0/eff + UL20/eff + UC2 0/eff ,
XL − XC
tan ϕ =
R
Omov zakon:
U0/eff = Z · I0/eff , Z =
UR
UL
R
L
s
UC
C
2
1
2
R + ωL−
,
ωC
UL
UL
U
w
~
UC
j
I(t)
U(t)
U
I=
Z
UR
I
UC
1 – p. 5/1
Bioelektromagnetizam
Osnovi fiziologije
IMPEDANCIJA ORGANIZMA
TKIVA I ORGANI POKAZUJU TERMOGENU I KAPACITIVNU OTPORNOST
Dˇzulova toplota
NAJPROKRVLJENIJA TKIVA
Reografija
− NAJBOLJI PROVODNICI ; ELEKTRODE
MERENJE PROMENE IMPEDANCIJE TKIVA I ORGANA
Dijatermija
ZAGREVANJE TKIVA I ORGANA
ELEKTROFOREZA
´
TRANSPORT ( NAEL .) MATERIJE KROZ ORGANIZAM POMO CU
EMP
MEMBRANSKI I AKCIONI POTENCIJAL
BIOMEMBRANE :
K+
NAPOLJE ,
Na+
UNUTRA : OD
−85 mV → +40 mV
1 – p. 6/1
Bioelektromagnetizam
Osnovi medicinske elektronike
FUNKCIONA DIJAGNOSTIKA
Elektrokardiografije: MERENJE BIOPOTENCIJALA I
EKG, EEG, EMG, ERG, ...
ˇ
El.registrovanje neel.velicina:
Endo- i radio/tele-metrija:
BIOSTRUJA :
PRITISAK , PULS , TEMPERATURA ,
STANJE OGRANA UNOSOM SONDI ,
...
...
ELEKTROSTIMULACIJA
EL . IMPULSIMA SE IZAZIVA AKCIONI POTENCIJAL NA TKIVU ,
...
ELEKTROTERAPIJA
EL . STRUJOM SE ZAGREVA ILI
VF EMP
TRETIRA TKIVO,
...
MEDICINSKA KIBERNETIKA
INFORMACIONI
ˇ
− UMRE Zˇ ENI RA CUNARSKI
SISTEMI ,
BAZE PODATAKA, ...
1 – p. 7/1
Elektromagnetno zracˇ enje
LC kolo − E-M oscilator
~C + U
~L = 0
U
q
dI
+L
=0
C
dt
d2 I
2
+
ω
I =0
0
d t2
I(t)
C
1
LC
1
1
√
ν0 ≡
=
T0
2π L C
L
L
E
M
Z
I = I0 sin ω0 t , ω0 = √
TOMSONOV OBRAZAC :
Rezonancija
1
ωL =
⇒ Z ≡ R ; I0 ≡ Ir
ωC
1 – p. 8/1
Elektromagnetno zracˇ enje
k
Visokofrekventne struje
VISOKI NAPON
− TESLINE STRUJE
BEZOPASNE −
TERAPIJA :
B
DARSONVALIZACIJA
E
B
E
k
B
E
1 – p. 9/1
Elektromagnetno zracˇ enje
k
Visokofrekventne struje
VISOKI NAPON
− TESLINE STRUJE
BEZOPASNE −
TERAPIJA :
B
DARSONVALIZACIJA
E
Osnovna svojstva EMZ
ˇ NO POLJE :
INDUKCIONO I VRTLO Z
E → M → E → M ···
GUSTINA ENERGIJE I
B
L ORENCOVA SILA :
1 ~ ~
~H
~
DE +B
w ≡ wE + wM =
2
~ =E
~ 0 cos(ω t − k x) , B
~ =B
~ 0 cos(ω t − k x)
E
~ B
~ , E0 = c B0 , F~ = q [E
~ + (~v × B)]
~
E⊥
E
k
B
E
1 – p. 9/1
Elektromagnetno zracˇ enje
ˇ
Zakonitosti zracenja
K IRHOFOV ZAKON :
ZOE
I
r + a + t = 1 , (r, a, t) ≡ F(λ , T )
T1 > T 2 > T3
ACT, ABT I ATT
Sˇ TEFAN −B OLCMANOV ZAKON :
´
Emis.moc:
E EMZ emit./S,t
we σ T4 , σ = 5, 67 · 10
−8
V INOV
T2
T3
W
m2 K4
ZAKON :
λm T = b , b = 2, 3 · 10−3 K m
P LANKOV ZAKON :
0
lm1 lm2 lm3
l
ˇ
Kvantna struktura zracenja
E = n E ≡ n hν ≡ n ~ω
n = 1, 2, 3, ... −
BROJ FOTONA
1 – p. 10/1
Elektromagnetno zracˇ enje
Karakteristike EMT
E0 = c B0
1
1 B2
1
2
⇔ εE =
⇒ c= √
2
2 µ
εµ
Transverzalni, fazna brzina:
ZOE: wmax = wmax
E
M
1
m
= 3 · 108
ε0 µ0
s
c0
c0
√
Brzina i indeks prelamanja: c = √
≡
, n = εr µr
εr µr
n
Tal. duˇzina i frekvencija: c = λ ν ⇔ λ = c T , ω = 2 π ν
´ brzina − u vakuumu:
Najveca
c0 = √
Izvori EMT − ATOMI
Energija − diskretna / kvantovana:
E = h ν , h = 6, 67 · 10−34 J s − Plankova hipoteza fotona !!!
Talasna i korpuskularna priroda
1 – p. 11/1
Elektromagnetno zracˇ enje
n
[Hz]
-15
Spektar
EMT
23
10
21
10
10
10
-13
g
-11
19
10
X
10
-9
17
10
10
Ulj
-7
15
10
10
VIDLJIVA SVETLOST
-5
13
10
10
IC
-3
10
11
10
9
10
7
R
A
D
I
O
-1
10
1
10
10
I
3
10
5
10
T
V
5
10
3
10
.
l
[m]
1 – p. 12/1
Download

U - Biolozi