Біофізичні основи електрографії
1. Поняття електрографії
Робота багатьох важливих органів людського організму зв'язана з електричними явищами, що виникають унаслідок генерації потенціалів дії на мембранах м'язових і нервових кліток. При цьому в різних тканинах організму відбувається зміна згодом електричних потенціалів. Електрична активність кліток, тканин, органів зв'язана з їхнім функціональним станом. Реєстрація різностей потенціалів між різними крапками організму лежить в основі електрографічних діагностичних методик, з яких найбільш відомою і поширеною є методика електрокардіографії (ЕКГ).
Вивчення біофізичних основ електрографії вимагає попереднього поглиблення знань в області фізики електромагнітних явищ.
Електричне поле - це вид матерії, що породжується електрично зарядженими тілами чи перемінним магнітним полем і виявляється по дії на заряджені тіла. Характеристикою зарядженого тіла є його заряд. Заряд тіла - це скалярна фізична величина. Від значення заряду тіла залежить величина електромагнітних взаємодій, у яких бере участь це тіло. Найважливішими характеристиками електричного поля є його напруженість ( ) і потенціал ( ).
Напруженість ( ) - це векторна фізична величина, що є силовою характеристикою електричного поля. Напруженість у деякій крапці електричного поля дорівнює відношенню сили ( ), що діє з боку поля на крапкове заряджене тіло, поміщене в цю крапку, до його заряду (q), тобто
= (1)
У СИ напруженість поля виміряється у вольтах на метр (В/м).
Потенціал ( ) - це скалярна величина, що є енергетичною характеристикою електричного поля. Потенціал поля в деякій крапці дорівнює відношенню потенційної енергії (W), якою володіє крапкове заряджене тіло, поміщене в цю крапку, до його заряду, тобто
(2)
Потенціал, як і напруга ( різниця потенціалів), у СИ виміряється у вольтах (В ).
Напруженість зв'язана з потенціалом співвідношенням
E = -grad( )
Таким чином, напрямок вектора збігається з напрямком найбільшого убування потенціалу.
Будемо тут і далі називати крапковим зарядом заряджене тіло, розмірами якого можна зневажити. Напруженість електричного поля, створюваного в деякій крапці відокремленим крапковим зарядом q, обчислюється по формулі
(3)
де - діелектрична проникність середовища; о – електрична постійна (0 = 8,85 х 10-12 Ф/м), а м - відстань від крапки, у якій визначається напруженість поля, до крапки, у якій знаходиться заряд.
Потенціал поля, створюваного крапковим зарядом, розраховується по формулі
. (4)
Якщо поле створюється декількома зарядами, то його характеристики (напруженість і потенціал) розраховуються, виходячи з принципу суперпозиції полів. Відповідно до цього принципу, напруженість електричного поля, створеного в деякій крапці декількома зарядами, дорівнює векторній сумі напруженості полій, створених у цій крапці кожним із зарядів, а потенціал - алгебраїчній сумі потенціалів, створених кожним із зарядів, тобто
= 1+2 +3.....+ n; (5)
, (6)
де і - результуючі напруженості і потенціалу поля, створеного n зарядами; 1, 2, n - напруженості полів, створених кожним із зарядів, q1, q2, ... , qn - потенціали полів, створених кожним із зарядів.
Виходячи з принципу суперпозиції полів, можна розрахувати характеристики поля створюваного різними системами зарядів. ............
