3. Нагревание проводника в переменном магнитном поле. Индуктотермия.

Э лектрическая схема нагревания тканей в переменном магнитном поле представлена на рис.5. Ткань помещена в катушку, внутри которой существует переменное магнитное поле с частотой 10-15 МГц. Это поле создает (индуктирует) в проводящих тканях вихревые токи. Эти токи можно использовать для прогревания тканей и органов. Такой лечебный метод называется индуктотермией.

Рассчитаем количество выделенной теплоты в этом случае. ЭДС индукции _i равна:

,

где В₀ – максимальное значение вектора индукции магнитного поля.

По закону Ома:

,

где ; .

Тогда .

Ранее мы показали, что количество теплоты, выделенное в 1 м³ ткани за 1 секунду: ,

где - коэффициент, зависящий от размеров образца.

Таким образом, при индуктотермии количество теплоты, выделяющейся в тканях, пропорционально квадратам частоты и индукции магнитного поля и обратно пропорционально удельному сопротивлению. Следовательно, при индуктотермии больше нагреваются ткани с меньшим удельным сопротивлением – кровь, печень. По сравнению с диатермией индуктотермия дает более глубокое прогревание, поскольку проводится на более высоких частотах. Индуктотермия дает хорошие результаты при лечении хронических воспалительных процессов в глубоко лежащих тканях: бронхит, пневмония, холецистит, нефрит и др.

4. Нагревание проводников и диэлектриков в ультравысокочастотном электрическом поле. Увч-терапия.

Э лектрическая схема нагревания ткани колебания УВЧ представлена на рис.6. Электроды не касаются ткани. Ткань расположена между пластинами конденсатора (терапевтические электроды), в котором существует переменное электрическое поле частотой 40-50 МГц, что на порядок выше, чем при диатермии. Эти поля относятся к ультравысоким частотам, поэтому соответствующий физиотерапевтический метод получил название УВЧ-терапия.

а) Нагревание проводников в ультравысокочастотном электрическом поле.

Мощность тока в проводнике , учитывая, что U=E·l, а ; получим , где V – объем ткани. Разделив Р на V, получим количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема проводящей ткани:

,

где Е – эффективное значение напряженности поля, т.е. ; Е₀ – амплитудное значение напряженности электрического поля.

б) Нагревание диэлектриков в ультравысокочастотном электрическом поле.

Рассмотрим диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью ε, находящийся в переменном электрическом поле. В реальном диэлектрике имеются свободные ионы и электроны, которые под действием электрического поля приходят в движение и нагревают диэлектрик, т.е. возникает активный ток проводимости – I_ПР. Кроме этого в диэлектрике происходит поворот дипольных молекул под действием поля и их ориентация вдоль силовых линий поля, т.е. есть ориентационный ток – I_ОР. Поскольку существует сопротивление среды, препятствующее такой ориентации диполей, то часть энергии I_ОР идет на нагревание диэлектрика, т.е. является активной частью I_а,ОР ориентационного тока, другая же часть I_P,ОР будет реактивной (она не приводит к нагреванию). Следовательно, в диэлектрике есть как активный т ок I_а=I_ПР+I_а,ОР (созданный токами проводимости и активной частью ориентационного тока), так и реактивный ток I_P=I_P,OP+I_Э, где I_Э – ток, обусловленный электронной поляризацией. На векторной диаграмме активный ток совпадает по направлению с напряжением, а реактивный отстает на π/2. Общий ток I₀ равен векторной сумме I_а и I_Р (рис.7). Угол между общим током I₀ и реактивным I_P называется углом диэлектрических потерь δ. Найдем тангенс угла диэлектрических потерь. Из рис.7 - он характеризует долю энергии электрического поля, расходуемой в диэлектрике на нагревание.

Из треугольников запишем соотношения для эффективных значений I_а,ЭФ и I_P,ЭФ - активной и реактивной составляющих тока:

; ; ;

; ;

; ; ;

;

.

Сопоставляя формулы для проводников и диэлектриков в поле УВЧ, можно отметить, что количество теплоты, выделяемое в обоих случаях, прямо пропорционально квадрату эффективной напряженности электрического поля, а для диэлектриков зависит от частоты поля. В аппаратах УВЧ используют частоту 40,58 МГц. В случае токов такой частоты диэлектрические ткани организма нагреваются сильнее проводящих.

При УВЧ-терапии нагрев костной, мышечной и жировой тканей происходит интенсивнее, чем нагрев кровеносных сосудов, лимфатических узлов. УВЧ-терапия оказывает ряд физико-химических воздействий: усиление активизации ферментов, изменение РН цитоплазмы.