Электрический ток Электрический ток —

Электрический ток

• Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц в электрическом поле. • Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и так называемые «дырки» . • За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создаётся отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

• Сила тока ( I ) в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду (Δq) , протекающему в единицу времени (Δt) через сечение проводника. Измеряется в амперах. Плотность тока ( j ) — векторная величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока j по сечению проводника S:

• Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей — электролиты. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). • Проводники бывают первого и второго рода. – К проводникам первого рода относят те проводники, в которых имеется электронная проводимость (посредством движения электронов). – К проводникам второго рода относят проводники с ионной проводимостью (электролиты)

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов под действием электрического поля. Опыты показывают, что при протекании тока по металлическому проводнику не происходит переноса вещества, следовательно, ионы металла не принимают участия в переносе электрического заряда.

Сила тока и плотность тока в проводнике. V= Δt S n – концентрация электронов e – заряд электрона S – площадь поперечного сечения проводника - скорость движения электронов

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди Cu. Cl 2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора: Cu. Cl 2 ↔ Cu++ + 2 Cl–

Георг Симон Ом (1789— 1854)

Закон Ома (интегральная форма) • сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению между концами проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника: где: U — напряжение [В], I — сила тока [А], R — сопротивление [Ом].

• Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле: где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, а S — площадь сечения.

Закон Ома (дифференциальная форма) • Сопротивление R зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника. • Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем: где: j — вектор плотности тока, σ — удельная проводимость, E — вектор напряжённости электрического поля.

• Удельная проводимость σ (удельная электропроводность) — мера способности вещества проводить электрический ток. Измеряется в [Ом-1 м-1]. • Величина обратная удельной проводимости называется удельным сопротивлением: ρ=1/σ =[Ом м]

Удельное сопротивление биологических тканей и жидкостей Вещество Спинномозговая жидкость Сыворотка крови Кровь Мышцы Печень Ткань мозговая и нервная Жировая ткань Кожа сухая Кость без надкостницы Серебро ρ, Ом м 0, 55 0, 71 1, 7 2, 0 3, 3 14, 3 33, 0 105 107 1, 6× 10 -8

Переменный электрический ток

• Переменный ток — ток, который периодически изменяется по величине и направлению

Протекание переменного тока по резистору U R I

С I Протекание переменного тока по конденсатору U Электрическая ёмкость — характеристика конденсатора, мера его способности накапливать электрический заряд.

L Протекание переменного тока по катушке индуктивности I U Индуктивность L[Г]—зависит от числа витков, диаметра и длины катушки и характеризует её магнитные свойства

Протекание переменного тока по RLC- цепи Импеданс (Z) равен отношению амплитудного значения переменного напряжения на концах цепи к амплитудному значению силы тока в ней: I U

Резонанс напряжений Z

Эквивалентная электрическая схема тканей

Дисперсия импеданса живых тканей - зависимость импеданса живых тканей (биологических систем) от частоты переменного тока.

Фазовый сдвиг переменного напряжения и тока в тканях организма Объект Угол сдвига фаз , град Кожа человека, лягушки -55 Нерв лягушки -64 Мышцы кролика -65 Десна -42 Эмаль -25

Характеристические частоты главных областей дисперсии для различных биологических объектов.

Реография • Реография (рео — «поток, течение» и греч. grapho — «писать, изображать» ) — метод исследования пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на графической регистрации изменений полного электрического сопротивления тканей. • Применяется в диагностике различного рода сосудистых нарушений головного мозга, конечностей, лёгких, сердца, печени и др.

(а) (б) (в) (г) (д) Схематическое изображение различных типов реографической кривой: а) — норма, б) — уменьшение кровенапонения органа, в) — повышение тонуса сосудов, г) — понижение тонуса сосудов, д) — увеличение кровенаполнения органа.