Гидравлическое сопротивление
Х = 8ηl / (πR4)
12. Последовательное соединение.
При подаче жидкости по такому составному трубопроводу от точки М к точке N расход жидкости Q во всех последовательно соединенных трубах 1, 2 и 3 будет одинаков, а полная потеря напора между точками М и N равна сумме потерь напора во всех последовательно соединенных трубах. Таким образом, для последовательного соединения имеем следующие основные уравнения: Q1= Q2= Q3= Q Σ hM-N = Σ h1 + Σ h2 + Σ h3
Параллельное соединение
Обозначим полные напоры в точках М и N соответственно HM и HN, расход в основной магистрали через Q, а в параллельных трубопроводах через Q1, Q2 и Q3; суммарные потери в этих трубопроводах через Σ1, Σ2 и Σ3.Очевидно, что расход жидкости в основной магистрали
Q = Q1 = Q2 = Q3, Σh1 = HM - HN; Σh2 = HM - HN;Σh3 = HM – HN, Σh1 = Σh2 = Σh3
т.е. потери напора в параллельных трубопроводах равны между собой
13. Пов натяжение жидкости заключается в стремлении вещества уменьшить избыток своей потенциальной энергии на границе раздела с др фазой (пов энергию). На пов-тях раздела жид-ти и ее насыщ пара, двух несмешиваемых жид-й, жид-ти и тв тела возникает сила, обусловленная различным межмолекулярным взщаимодействием граничащих сред.Силы пов натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура на котор они действуют и пропорциональныдлине этого участка.
Коэф-т пов натяжения α=F/l=A/S
Капиллярность-физ явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в
трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах. Поднятие – в случае смачивания.
14. Закон Гука - связь между величиной упругой деформации и силой, действующей на тело. F= -K X
-1- величина абсолютной деформации пропорциональна величине деформирующей силы с коэффициентом пропорциональности равным жесткости деформируемого образца;
-2- сила упругости, возникающая в деформированном теле, пропорциональна величине деформации с коэффициентом пропорциональности равным жесткости деформируемого образца;
-3- упругое напряжение, возникающее в теле, пропорционально относительной деформации этого тела с коэффициентом пропорциональности равным модулю упругости.
Модуль упругости - коэффициент, характеризующий сопротивление материала к растяж. Сжат.
ОА-упр деф.В предел упругости СД предел текучести.Д предел прочности.
15.Закон Ома для переменного тока
Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω, а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:
где:
U = U0eiωt — напряжение или разность потенциалов,
I — сила тока,
Z = Re−iδ — комплексное сопротивление (импеданс),
R = (Ra2 + Rr2)1/2 — полное сопротивление,
Rr = ωL − 1/(ωC) — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),
Rа — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,
δ = − arctg (Rr/Ra) — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.
Реактивное сопротивление – это сопротивление катушек индуктивности (дросселей) и конденсаторов. Величина реактивного сопротивления уже зависит от частоты тока. Так на постоянном токе реактивное сопротивление конденсатора устремляется к бесконечности, а дросселя наоборот – к нулю (без учета активной составляющей сопротивления провода).
С изменением частоты тока электрическое сопротивление конденсатора изменяется, по закону:
Xc = 1/2pfC2
где Xc – сопротивление, Ом; f – частота, Гц; С – емкость, Ф.
Электрическое сопротивление конденсатора переменному току можно измерить. Зная сопротивление и частоту тока, легко по формуле вычислить емкость. Кроме того, если в электрической цепи стоит конденсатор происходит сдвиг фаз напряжения и тока. Причем ток опережает напряжение на величину 90°.
Реактивное сопротивление катушки индуктивности с увеличением частоты возрастает:
XL = 2pfL
где XL – сопротивление катушки, Ом; f – частота, Гц; L – индуктивность, Гн.
Индуктивность дросселя легко вычисляется по известному сопротивлению и заданной частоте тока. При этом фазы напряжения и тока на катушке индуктивности сдвигаются относительно друг друга, и теперь ток отстает от напряжения на 90°.
Для измерения реактивного сопротивления емкости и индуктивности потребуется, прежде всего, переменный ток синусоидальной формы. С задачей программного генератора с легкостью может справиться звуковая плата компьютера. Другая проблема – определение величины электрического сопротивления измеряемого элемента. Но оказывается и эту задачу можно решить программным путем, с помощью той же звуковой платы, не прибегая к специальным аналого-цифровым преобразователям
16. Импеданс - это полное сопротивление в цепи переменного тока, т.е. его активная и реактивная составляющие. Обозначают импеданс буквой – Z
В общем случае мгновенное значение силы тока i определяется по формуле 
,
где j - разность (сдвиг) фаз между колебаниями тока и напряжения, Im – амплитуда силы тока.
В проводнике с активным сопротивлением (резисторе) колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения, а амплитуда силы тока определяется равенством 
где R – (активное) сопротивление резистора.
В катушке индуктивности колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на угол j=p/2. Амплитуда силы тока в катушке равна 
. Величину XL =wL = 2pfL называют индуктивным сопротивлением.
На конденсаторе колебания силы тока опережают колебания напряжение на угол j=p/2. Амплитуда силы тока равна: 
. Величину 
называют емкостным сопротивлением.
Полное сопротивление цепи равно:
а сдвиг фаз между током и напряжением 
Разность X = (XL - XC) называется реактивным сопротивлением цепи. R называется активным сопротивлением цепи.
Для построения зависимости 
от частоты w вначале строятся зависимости 
(рис.2,3,4)
Затем графики зависимостей 
представляем на одном рисунке (рис.5). Указанные кривые пересекаются. Точка пересечения этих графиков означает, что при определенном значении частоты источника переменного
тока w емкостное сопротивление конденсатора и индуктивное сопротивления катушки индуктивности равны, т. е. XC=XL или и тогда 
.
17. Электрический диполь-это совокупность двух равных по величине разноимённых точечных зарядов q, расположенныхна некотором расстоянии l друг от друга, малом по сравнению с расстоянием до рассматриваемой точки поля. Электрическими диполями являются полярные молекулы, например молекула воды, совокупность диполей представляют мембраны клеток.
Для фиксированных угловых координат (то есть на луче, идущем из центра электрического диполя на бесконечность) напряжённость статического[прим 4] электрического поля диполя или в целом нейтральной системы зарядов, имеющей ненулевой дипольный момент,[прим 5] на больших расстояниях r асимптотически приближается к виду r−3, электрический потенциал — к r−2. Таким образом, статическое поле диполя убывает на больших расстояниях быстрее, чем поле простого заряда (но медленнее, чем поле любого более старшего мультиполя).
Напряжённость электрического поля и электрический потенциал неподвижного или медленно движущегося диполя (или в целом нейтральной системы зарядов, имеющей ненулевой дипольный момент) с электрическим дипольным моментом на больших расстояниях в главном приближении выражается как:
в СГСЭ: 
в СИ: 
где — единичный вектор из центра диполя в направлении точки измерения, а точкой обозначено скалярное произведение.
Достаточно просты выражения (в том же приближении, тождественно совпадающие с формулами, приведенными выше) для продольной (вдоль радус-вектора, проведенного от диполя в данную точку) и поперечной компонент напряженности электрического поля: 
где θ — угол между направлением вектора дипольного момента и радиус-вектором в точку наблюдения (формулы приведены в системе СГС; в СИ аналогичные формулы отличаются только множителем). Третья компонента напряженности электрического поля — ортогональная плоскости, в которой лежат вектор дипольного момента и радиус-вектор, — всегда равна нулю.
18. Мультиполь
(от мульти... и греч. polos - полюс) - характеристика системы заряженных частиц, определяющая электромагнитное поле системы на большомрасстоянии от нее.
Диполь является частным случаем системы электрических зарядов, обладающих определенной симметрией. Общее название подобных распределений зарядов – электрические мультиполя (I = 0, 1, 2 и т. д.), число зарядов мультиполя определяется выражением 21.
Так, мультиполем нулевого порядка (20 = 1) является одиночный точечный заряд, мультиполем первого порядка (21 = 2) – диполь, мультиполем второго порядка (22 = 4) – квадруполь, мультиполем третьего порядка (23 = 8) – октуполь и т. д. Потенциал поля мультиполя убывает на значительных расстояниях от него (R > d, где d – размеры мультиполя)
пропорционально I/R1+1. Если заряд распределен в некоторой области пространства, то потенциал электрического поля вне системы зарядов можно представить в виде некоторого приближенного ряда:
Здесь R – расстояние от системы зарядов до точки А с потенциалом Ф;
f1, f2, f3…. – некоторые функции, зависящие от вида мультиполя, его заряда и от направления на точку А.
Первое слагаемое соответствует монополю, второе – диполю, третье – квадруполю и т. д. В случае нейтральной системы зарядов первое слагаемое равно нулю.
19.Токовый монополь- единичный источник электрического потенциала. Вывод формулы потенциала поля токового монополя в бесконечно проводящей среде:
j= - 1/π * dφ(«фи»)/ dr
Где j- плотность электрического поля Р(пи) –удельное сопротивление среды, r- расстояние до униполя.
Токовый диполь- это совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.
Электрическим диполем называют систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя). Основной характеристикой диполя является его электрический (или дипольный) момент – вектор, равный произведению заряда на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному:
p = dl.
Единицей электрического момента диполя является кулон-метр.
На диполь в однородном электрическом поле действует вращающий момент, зависящий от электрического момента, ориентации диполя в поле и напряженности поля. На диполь действует сила, зависящая от его электрического момента и степени неоднородности поля
dE/dx
Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно действует еще и вращающий момент. Свободный диполь практически всегда втягивается в область больших значений напряженности поля.
Дипольный электрический генератор (токовый диполь) В вакууме или в идеальном изоляторе электрический диполь может сохраняться сколь угодно долго. Однако в реальной ситуации (электропроводной среде) под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядов, и диполь нейтра-лизуется. Сила тока во внешней цепи будет оставаться почти постоянной, она почти не зависит от свойств среды. Такая двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором, или токовым диполем.
21. Диэлектрики в электрическом поле.
Определение: Диэлектрики это вещества, у которых электроны внешних оболочек атома не могут свободно перемещаться по объему диэлектрика под действием сколь угодно малого внешнего поля.
В зависимости от химического строения диэлектрики можно разделить на три группы:
1. Неполярные диэлектрики.
К ним относятся такие диэлектрики (парафин, бензол), у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Примечание: У неполярных диэлектриков возникающий дипольный момент при наложении внешнего электрического поля является упругим и пропорционален напряженности электрического поля.
2. Полярные диэлектрики (рис. 18.4,18.5).
К ним относятся такие диэлектрики, у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
Примечание: Отличительной особенностью полярных диэлектриков является жесткий дипольный момент (к таким диэлектрикам относятся вода, нитробензол и т. д.).
При помещении полярного диэлектрика во внешнее электрическое поле, дипольный момент каждой молекулы будет стремиться развернуться по полю, в тоже время этому процессу препятствует тепловое хаотическое движение, таким образом дипольный момент для полярного диэлектрика является функцией зависимости Е0 от температуры.
3. Ионные диэлектрики.
К ионным диэлектрикам относятся вещества, имеющие ионную структуру.
К ним относятся соли или щелочи: NaCl, KCl, и т.д.
Примечание: При помещении ионного диэлектрика во внешнее электрическое поле в отличии от полярных диэлектриков будет наблюдаться смещение положительных зарядов по полю, а отрицательных зарядов против поля. Главное отличие в том, что в разумных интервалах температур энергия связи между ионами оказывается больше, чем энергия теплового движения.
Предположим, что плоская пластина помещена во внешнем электрическом поле так, как показано на рисунке 18.6. Дипольный момент пластины в простейшем случае определяется как сумма дипольных моментов отдельных составляющих.
(18.1)
Введем понятие вектора поляризации:
(18.2)
Примечание: При перераспределении зарядов в объеме пластины происходит электризация ее поверхности, причем поверхностная плотность каждой из поверхностей 
и 
одна и та же.
Заметим, что в силу определения вектор поляризации параллелен и совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего электрического поля. Для слабых полей вектор поляризации линейно зависит от напряженности внешнего электрического поля.
- диэлектрическая восприимчивость, зависит от строения диэлектрика, от способности этого диэлектрика перераспределять заряды во внешнем поле в линейной области.
Получим выражение для напряженности электрического поля внутри диэлектрика, исходя из того, что:
(18.4)
(18.5)
22. Пьезоэлектрический эффект (сокращенно пьезоэффект) наблюдается в анизотропных диэлектриках, преимущественно в кристаллах некоторых веществ, обладающих определенной, достаточно низкой симметрией. Пьезоэффектом могут обладать кристаллы, не имеющие центра симметрии, а имеющие так называемые полярные направления (оси). Пьезоэффектом могут обладать также некоторые поликристаллические диэлектрики с упорядоченной структурой (текстурой), например керамические материалы и полимеры. Диэлектрики, обладающие пьезоэффектом, называют пьезоэлектриками.
Внешние механические силы, воздействуя в определенных направлениях на пьезоэлектрический кристалл, вызывают в нем не только механические напряжения и деформации (как во всяком твердом теле), но и электрическую поляризацию и, следовательно, появление на его поверхностях связанных электрических зарядов разных знаков. При изменении направления механических сил на противоположное становятся противоположными направление поляризации и знаки зарядов. Это явление называют прямым пьезоэффектом. Пьезоэффект обратим. При воздействии на пьезоэлектрик, например кристалл, электрического поля соответствующего направления в нем возникают механические напряжения и деформации. При изменении направления электрического поля на противоположное соответственно изменяются на противоположное направления напряжений и деформаций. Это явление получило
Прямой и обратный пьезоэффект линейны и описываются линейными зависимостями, связывающими электрическую поляризацию Р с механическим напряжением t: P = dt
Данную зависимость называют уравнением прямого пьезоэффекта. Коэффициент пропорциональности d называется пьезоэлектрическим модулем (пьезомодулем), и он служит мерой пьезоэффекта. Обратный пьезоэффект описывается зависимостью: r = dE
где r - деформация; Е - напряженность электрического поля. Пьезомодуль d для прямого и обратного эффектов имеет одно и то же значение.
Приведенные выражения даны в элементарной форме только для уяснения качественной стороны пьезоэлектрических явлений. В действительности пьезоэлектрические явления в кристаллах более сложны, что обусловлено анизотропией их упругих и электрических свойств. Пьезоэффект зависит не только от величины механического или электрического воздействия, но и их характера и направления сил относительно кристаллофических осей кристалла. Пьезоэффект может возникать в результате действия как нормальных, так и касательных напряжений. Существуют направления, для которых пьезоэффект равен нулю. Пьезоэффект описывается несколькими пьезомодулями, число которых зависит от симметрии кристалла. Направления поляризации может совпадать с направлением механического напряжения или составлять с ним некоторый угол. При совпадении направлений поляризации и механического напряжения пьезоэффект называют продольным, а при их взаимно перпендикулярном расположении - поперечным. За направление касательных напряжений принимают нормаль к плоскости, в которой действуют напряжения.
Деформации пьезоэлектрика, возникающие вследствие пьезоэффекта, весьма незначительны по абсолютной величине. Например, кварцевая пластина толщиной 1 мм под действием напряжения 100 В изменяет свою толщину всего на 2,3 х 10-7мм. Незначительность величин деформаций пьезоэлектриков объясняется их очень высокой жесткостью.
23.«Электробезопасность медицинской аппаратуры»
Возможная защита пациента от постоянного тока. Основное требование – недопустимое касание частей аппаратуры находящегося под напряжением. Для этого изолируют части приборов и препаратов, находящихся под напряжением друг от друга и от корпуса аппарата.
Изоляция выполняющая такую роль называется основной или рабочей. Не одна изоляция не обеспечивает безопасность по 2 причинам:
1 Сопротивление приборов и аппаратов переменному току не бесконечно, также оно не бесконечно между проводниками электросети и землей, поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело пойдет ток называемый током утечки.
2. Не исключено, что благодаря порче рабочей изоляции (старение, влажность окружающего воздуха) возникают электрические замыкания внутренних частей аппаратуры с корпусом. «Пробой на корпус» и внешняя допустимая часть аппаратуры окажется под напряжением.
При конструировании и создании медицинской аппаратуры необходимо учитывать допустимую силу тока как при нормальной работе, так и в случае ед.напряжения.
Отказ одного из средств защиты от поражения электрическим током допустимые силы токов утечки различают по типам электромедицинских изделий в зависимости от степени защиты этих изделий от поражения током:
Н – нормальная степень защиты, такая степень защиты эквивалентна степени защиты бытовых приборов.
В – повышенная степень защиты, в этом случае необходимо заземление.
ВF – изделия с повышенной степенью защиты и изолированной рабочей частью.
СF – Изделия с повышенной степенью защиты и изолированной рабочей частью. К этому типу обязательно относятся в частности изделия с рабочей частью, имеющих электрический контакт с сердцем.
24. Зануление — соединение металлических нетоковедущих частей электрического прибора или устройства с нулевым проводом (нейтралью) питающей трёхфазной электрической сети(PE-проводником или PEN-проводником).
Применяется для защиты от поражения током при замыкании фазы на эти металлические нетоковедущие части.
Принцип действия основан на возникновении короткого замыкания при пробое фазы на вышеупомянутую часть прибора или устройства, что приводит к срабатыванию системы защиты (автоматического выключателя или перегоранию плавких предохранителей).
заземление – это соединение металлического корпуса прибора (той же электроплиты) с землей. Точнее, с проводом, имеющим соединение с землей. Если такое соединение есть, оказавшийся на корпусе заряд (в том числе и заряд статического электричества) «стекает» на землю. При сильном повреждении изоляции происходит короткое замыкание: через заземляющий проводник течет большой ток, что должно вести к отключению автоматов и обесточиванию линии.
Главная опасность, исходящая от любого электрического прибора – конечно же, удар электрического тока. Поражение током может привести к остановке сердца, дыхания или обширным ожогам. Бегущая по проводам опасность подстерегает нас, в основном, по причине нашей собственной беспечности. Не используйте неисправные электроприборы. Если в процессе эксплуатации где-то «заискрило», выключайте тут же, не надейтесь на «авось». Использование неисправного прибора также может привести к пожару.
.2
Нарушение правил эксплуатации – ещё одна причина проблем. Никогда не включайте несколько приборов в одну розетку. Перегрев данной розетки, да и проводки, ни к чему хорошему не приведёт. Не закрывайте вентиляционные отверстия приборов и не допускайте попадания внутрь жидкости или любых металлических предметов. Провод любого прибора должен лежать свободно без изгибов и заломов. На местах заломов образуются разрывы изоляционного материала и, схватившись рукой за такое место, можно получить удар током.
.3
Особая статья повышенной опасности – дети в доме. Их неуёмное любопытство зачастую приводит к печальным последствиям. Изобретатели и экспериментаторы – они находятся в нескольких местах одновременно, и уследить за ними тяжело. Основное правило безопасности здесь звучит так: ребёнок и работающий электрический прибор без контроля взрослых – вещи несовместимые! Не надо включать ребёнку телевизор и оставлять его наедине с мультфильмами, а самим заниматься домашними делами. Где гарантия, что в следующий момент ему не придёт в голову поиграть в пожарного и представить, что горит этот самый телевизор? Детское воображение очень живо и безгранично. Объясняйте и рассказывайте ребёнку, чем могут закончиться такие игры.
.4
Следуйте правилам безопасности, следите за исправностью техники!
25. надежность медицинской аппаратуры
При проведении процедур с использованием электродов, наложенных на пациента, трудно предусмотреть множество вариантов создания электроопасной ситуации, поэтому следует четко следовать инструкции по проведению данной процедуры, не делая каких-либо отступлений от нее.
Надежность медицинской аппаратуры. Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином – «надежность». Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов. Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятностный характер. Так, например, важным параметром является вероятность безотказной работы. Она оценивается экспериментально отношением числа работающих (не испортившихся) за определенное время изделий к общему числу испы-тывавшихся изделий. Эта характеристика оценивает возможность сохранения изделием работоспособности в заданном интервале времени. Другим количественным показателем надежности является интенсивность отказов. В зависимости от возможных последствий отказа в процессе эксплуатации медицинские изделия подразделяются на четыре класса.
А – изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала. К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями больного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения.
Б – изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования аналогичного по функциональному назначению изделия, находящегося в режиме ожидания. К таким изделиям относятся системы, следящие за больным, аппараты стимуляции сердечной деятельности.
В – изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс в некритических ситуациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслуживающий персонал, либо приводит только к материальному ущербу. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.
Г – изделия, не содержащие отказоспособных частей. Электромедицинская аппаратура к этому классу не относится.
Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не возникает. Вероятность безотказной работы обратна вероятности отказа и вместе с интенсивностью отказов определяет безотказность объекта. Показатель вероятности безотказной работы определяется статистической оценкой: 
где 
— исходное число работоспособных объектов,
— число отказавших объектов за время 
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 26 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |