5. Электричество.

5.1. Электростатический душ представляет собой си­стему из двух электродов, соединенных с источником высокого постоянного напряжения (5 – 50 кВ). Один электрод прибора заземляют, второй электрод, представ­ляющий систему острий, располагают над головой паци­ента. Объяснить, какое явление лежит в основе приме­нения электростатического душа в медицине.

5.2. Между внутренней частью клетки и наружным раствором существует разность потенциалов (мембранный потенциал покоя) порядка U = 80 мВ. Полагая, что электрическое поле внутри мембраны однородно, и считая толщину мембраны l = 80 А, найти напряженность этого поля.

5.3. Электроемкость больного, лежащего на изоли­рующем матраце, которым покрыт операционный стол, составляет 300 пФ. Какое количество статического элек­тричества должно накопиться на больном для образова­ния между ним и столом разности потенциалов 2 кВ? Достаточно ли этого запаса электрической энергии для зажигания 5%-ной наркозной смеси паров эфира в воз­духе, если минимальная энергия зажигания равна 2·10^-4 Дж?

5.4. Определить диэлектрическую проницаемость биологической мембраны толщиной 7,5·10^-9 м, если ее емкость равна 1 мкф/см².

5.5. На больничном оборудовании в условиях, благо­приятных для образования статического электричества, разность потенциалов редко превышает 10 – 15 кВ. Смо­жет ли произойти искровой разряд между стойкой ме­таллической тележки и водопроводной трубой, если рас­стояние между ними окажется равным 0,8 см? Напря­женность поля, при которой может произойти разряд, принять равной 30 кВ/см.

5.6. Как показывают измерения, для большинства клеток емкость 1 см² их мембраны равна 1 мкФ. Опре­делить заряд 1 см², обеспечивающий при такой емкости разность потенциалов на мембране 1 мВ. Сколько молей однозарядных ионов должно пройти при этом через 1 см² мембраны?

5.7. Два электрода площадью 100 см² каждый, при­соединенные к аппарату гальванизации, притягиваются друг к другу с силой 0,04 Н. Определить напряженность электрического поля между пластинами, если они раз­делены слоем диэлектрика с диэлектрической проницае­мостью, равной 2.

5.8. Определить напряженность электрического поля между пластинами конденсатора емкостью С, подклю­ченного к аппарату гальванизации, напряжение которого U. Площадь перекрытия пластин составляет S, а относи­тельная диэлектрическая проницаемость ε.

5.9. Определить возможные пределы изменения емкости терапевтического контура аппарата УВЧ-2М, в котором параллельно конденсатору переменной емкости на 10 – 80 пФ присоединен конденсатор на 48 пФ.

5.10. В схеме дефибриллятора – прибора для восста­новления сокращений остановившегося или фибриллирующего сердца при помощи электрического раздраже­ния – имеются два параллельно соединенных конденса­тора емкостью по 8 мкф. Определить заряд батареи конденсаторов и среднюю мощность разряда, если он происходит за 10 мс. Напряжение на батарее равно 5000 В.

5.11. Найти электрический момент системы электрон – ядро атома водорода, рассматривая эту систему как диполь. Расстояние между ядром и электроном принять равным r = 10^-8 см.

5.12. В результате поляризации на концах диэлектрика возникли связанные заряды с поверхностной плотностью σ_св = 10^-10 Кл/м². Образец диэлектрика имеет форму цилиндра длиной l = 30 см и площадью поперечного сечения S = 1 см². Считая поляризован­ный диэлектрик диполем, найти его электрический момент.

5.13. Какой максимальный момент силы действует в электрическом поле с напряженностью Е = 20 кВ/м на молекулу воды (р = = 6,22·10^-30 Кл·м)?

5.14. Найти потенциал поля, созданного диполем в точке A, удаленной на расстояние r = 0,5 м в направлении под углом α = 30º относительно электрического момента p диполя. Среда – вода. Диполь образован зарядами q = 2·10^-7 Кл, расположенными на расстоянии l = 0,5 см.

5.15. Постоянный ток 0,05 А представляет опасность для жизни человека. Определить минимальную величи­ну напряжения, при котором ток может достигнуть это­го значения, если сопротивление тела человека в зави­симости от условий изменяется от 1000 до 100 000 Ом.

5.16. Где более необходимо заземление корпусов электрической аппаратуры: а) в сухих помещениях с де­ревянным полом; б) в сырых помещениях с цементным полом?

5.17. Почему приближение человека к месту упавше­го провода высоковольтной линии электропередачи со­пряжено с опасностью поражения током?

5.18. Сопротивление ткани постоянному току в цепи между электродами при гальванизации составляет 2000 Ом при площади прокладок 100 см² и плотности то­ка 0,1 мА/см². Определить напряжение, которое должен обеспечивать аппарат гальванизации.

5.19. Определить величину заряда, проходящего при гальванизации через участок ткани человека в течение 2 мин, если плотность тока равна 0,1 мА/см², а размер электродов 4  6 см.

5.20. Потенциометр аппарата гальванизации АГН-2 состоит из трех секций константанового провода диамет­ром 0,2; 0,1 и 0,15 мм сопротивлением соответственно 500, 2200 и 300 Ом. Определить длину проводника каждой секции и падения напряжения на них, если напря­жение на выходных клеммах аппарата без нагрузки рав­но 100 В.

5.21. Для питания рентгеновского аппарата исполь­зуется силовая линия длиной 400 м с диаметром медных проводов 4,5 мм. Можно ли подключить к этой линии рентгеновский аппарат АРД-2, для которого допустимое сопротивление всей линии не должно превышать 0,4 Ом?

5.22. Спираль нагревательного элемента лампы для инфракрасного облучения изготовляется из нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм. Сопротивление спирали, нагретой до 500 °С, составляет 88 Ом. Определить длину проволоки спирали.

5.23. Мощность, потребляемая аппаратом гальванизации АГН-1, равна 35 Вт. Определить КПД аппарата, если максимальное напряжение в терапевтической цепи при сопротивлении 500 Ом составляет 50 В.

5.24. Ток, потребляемый аппаратом УВЧ от сети при напряжении 220 В, равен 0,8 А. В теле больного при этом поглощается мощность 15 Вт. Определить КПД ге­нератора и количество теплоты, выделившейся в тканях, если процедура длилась 10 мин.

5.25. При определении разности температур между различными участками поверхности кожи человека с по­мощью термопары медь – константан в качестве индика­тора использовался гальванометр чувствительностью 0,5·10^-7 А/дел и с сопротивлением обмотки подвижной катушки 50 Ом. Чему равна разность температур, если при суммарном внешнем сопротивлении цепи 80 Ом стрелка отклонилась на 20 делений? Коэффициент тер­мо-ЭДС термопары равен 41,5 мкВ/К.

5.26. Какое минимальное изменение температуры те­ла человека можно определить с помощью термопары железо – константан, если измерительный прибор (галь­ванометр) имеет чувствительность 10^-9 А/дел и сопротивление 20 Ом? Коэффициент термо-ЭДС термопары 50 мкВ/К, а ее сопротивление 5 Ом.

5.27. Почему при определении сопротивления тканей организма с помощью амперметра и вольтметра при использовании источника постоянного тока расчетный результат бывает больше, чем действительное значение сопротивления?

5.28. Почему в живом организме оболочки клеток и других тканевых элементов, включая поверхности разде­ла фаз, различных по физико-химическим свойствам, являются поляризованными?

6.29. Наружная поверхность мембраны живой непо­врежденной клетки заряжена положительно, а внутрен­няя отрицательно. Чем обусловлено подобное распределение зарядов на мембране?

5.30. Если два микроэлектрода, соединенных с чувствительным гальванометром, приложить к разным точкам наружной поверхности клетки, то стрелка прибора не отклонится. Однако при введении одного микроэлектрода внутрь клетки прибор регистрирует ток. Почему?

5.31. Омическое сопротивление нервного волокна в состоянии покоя равно 1000 Ом/см², а при возбуждении снижается до 25 Ом/см². Во сколько раз при этом увели­чивается проводимость мембраны?

5.32. Почему с развитием потенциала действия умень­шается электрический импеданс нервного волокна?

5.33. Средние значения концентраций ионов K⁺, Na⁺, Cl^- в аксоплазме гигантского аксона кальмара соответ­ственно равны 410; 49; 40 моль/м³, а в морской воде 10; 460; 540 моль/м³. Вычислить потенциал Нернста для каж­дого из этих ионов при температуре 27 °С, указывая соот­ветствующий знак. Учитывая, что измеренное значение электрического потенциала аксона равно -58 мВ (по отношению к внешней среде), определить, какие ионы находятся в равновесии.

5.34. Потенциал покоя скелетной мышцы равен 88 мВ. Определить отношение концентраций ионов калия вну­три мышечного волокна и во внешней среде. Температуру тела человека считать равной 37 °С.

5.35. Почему величина потенциала покоя клетки, рас­считанная по формуле Нернста, оказывается больше, чем определяемая экспериментальным путем?

5.36. Определить потенциал покоя клетки при температуре 20 °С, если отношение концентраций ионов калия в клетке и окружающей среде равно 10 : 1.

5.37. Электрический потенциал клетки измеряют, вводя в нее микроэлектрод, представляющий тонкую трубочку, заполненную концентрированным раствором КСl. Считая одинаковымн подвижности ионов K⁺ и Cl^-, объяснить, почему трубочку наполняют концентриро­ванным раствором КСl.

5.38. Ионофорез применяется для введения лекар­ственных веществ в тело человека. Определить, какое количество ионов йода будет введено больному за 10 мин при плотности тока 0,05 мА/см² с электрода пло­щадью 5 см².

5.39. Как, не имея электроизмерительных приборов, определить, какой в цепи ток: переменный или посто­янный?

5.40. Почему при равенстве напряжения постоянного тока эффективному напряжению переменного тока последний оказывает более сильное воздействие на орга­низм человека?

5.41. Можно ли считать удачным выбор частоты пе­ременного тока 50 Гц с точки зрения опасности пораже­ния человека электрическим током?

5.42. Мгновенное значение напряжения синусоидального тока для фазы равно 150 В. Каковы амплитуд­ное и эффективное значения напряжения?

5.43. Как проверить исправность сглаживающего фильтра в аппарате гальванизации, если в распоряже­нии имеются только высокоомные наушники?

5.44. Почему с повышением частоты переменного тока раздражающее действие его на ткани организма чело­века снижается?

5.45. При действии импульсного тока на ткани организма человека возникает изменение формы импульсов сравнительно с формой импульсов приложенного напря­жения. Почему?

5.46. Определить среднюю скорость (мВ/с) нараста­ния зубца Т на электрокардиограмме, если за 25 мс напряжение изменилось от 0,13 до 0,27 мВ.

5.47. Скорость изменения пороговой силы тока выражается формулой . Найти закон изменения тока, если в момент времени t = 0,4 мс соответствующее значение тока 3,2 мА.

5.48. Форму комплекса потенциалов, возникающих при возбуждении сетчатки глаза светом (электроретинограмма), можно выразить уравнением U = r sin(-0,00305t³ + 0,056t⁴ - 0,159t), где r —постоян­ная электроретинограммы; t – время, мс. Определить скорость изменения потенциала в начальный момент вре­мени (t = 0), величину потенциала и скорость его изме­нения в момент времени t = 4,5 мс.

5.49. Изменение величины высокого напряжения в рентгеновском аппарате осуществляется с помощью ре­гулировочного автотрансформатора, обмотка которого содержит 147 витков, включенных в сеть напряжением 220 В. Определить величину напряжения, снимаемого с автотрансформатора, если переключатель вторичной це­пи перевести на 20 витков в сторону их уменьшения.

5.50. Какое сопротивление оказывает переменному току конденсатор емкостью 2 мкФ в цепи зажигания аргоно-ртутно-кварцевой горелки при включении ее в сеть с частотой 50 Гц?

5.51. Конечность, на которую наложены электроды, имеет омическое сопротивление порядка 1000 Ом и ем­кость 0,02 мкФ. Определить проводимость такого участ­ка, угол сдвига фаз между током и напряжением для частоты 50 Гц, считая, что омическое и емкостное сопро­тивления соединены последовательно.

5.52. Определить индуктивность катушки электро­магнитного реле времени на переменном токе с частотой 50 Гц, если напряжение источника питания будет 330 В, а сопротивление, ограничивающее ток катушки до 2,5 мА, равно 110 кОм. Активным сопротивлением катушки пре­небречь.

5.53. Определить активное сопротивление катушки электромагнитного реле в схеме рентгеновского аппара­та, если индуктивность катушки 150 Гн, ток 2,5 мА, на­пряжение 120 В, частота сети 50 Гц.

5.54. Для группового ультрафиолетового облучения используется лампа ПРК-7. Последовательно с лампой включаются дроссель и реостат, сопротивление которого 4 Ом. Определить индуктивность дросселя, если напря­жение на лампе в рабочем режиме 135 В, а сила тока в цепи 8,05 А. Напряжение сети 220 В, частота 50 Гц. Активным сопротивлением дросселя пренебречь.

5.55. Используя векторную диаграмму, определить угол сдвига фаз, омическое и индуктивное сопротивле­ния в последовательной цепи переменного тока, если ре­зультирующий вектор импеданса равен 6 Ом, вектор емкостного сопротивления 4 Ом, а угол между ними 60°.

5.56. Предохранители в электронной аппаратуре в основном перегорают не во время работы, а в момент включения или выключения. Объяснить это явление.

5.57. В рентгеновском полуволновом аппарате РУМ-4 используется рентгеновская трубка номинальной мощностью 3 кВт. Определить, на какую мощность на­гружается рентгеновская трубка в данном аппарате, если напряжение на аноде 100 кВ, а анодный ток 20 мА. Мощность рентгеновской трубки составляет 0,7 от рас­четной. Каково максимальное значение тока, допусти­мого для данной трубки при том же напряжении на аноде?

5.58. Мощность, потребляемая ртутно-кварцевой го­релкой ПРК-5, составляет 240 Вт. Определить угол сдви­га фаз между током и напряжением в цепи горелки, если эффективное значение тока равно 2,3 А, а напряжение на горелке 120 В.

5.59. Почему при помещении между обкладками те­рапевтического контура различных частей тела расстра­ивается резонанс между анодным и терапевтическим контурами?

5.60. Подключение измерительных приборов к колебательным контурам работающей электронной аппарату­ры допустимо в том случае, если входная емкость при­бора значительно меньше емкости контура. Почему?

5.61. Какой длины необходимо изготовить полуволновой диполь для излучения электромагнитных волн в пространство, если в качестве генератора использовать аппарат УВЧ с частотой 40,68 МГц?

5.62. Колебательный контур аппарата для терапев­тической диатермии состоит из катушки индуктивности и конденсатора емкостью 300 пФ. Определить индуктив­ность катушки, если частота генератора 1 МГц.

5.63. Терапевтический контур аппарата УВЧ, рабо­тающего на частоте 40,68 МГц, состоит из катушки ин­дуктивностью 0,17 мкГн и конденсатора переменной емкости на 10 – 80 пФ, зашунтированного конденсатором на 48 пФ. При какой емкости переменного конденсатора терапевтический контур будет настроен в резонанс с анодным? В каких пределах может изменяться собствен­ная частота терапевтического контура?

5.64. Активное сопротивление терапевтического колебательного контура аппарата УВЧ равно 5·10^-3 Ом, индуктивность 25 мкГн, а частота 40 МГц. Определить коэффициент затухания, емкость и период колебаний в контуре.