《中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章《電流與電路》.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《中山醫(yī)學(xué)院醫(yī)用物理學(xué)第七章《電流與電路》.ppt（28頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第七章 電流與電路,7-1 電流密度,7-2 電路的基本定律,7-3 電容器的充放電,7-5 電流對(duì)人體的作用,7-1 電流密度,一、電流 電流密度,1電流,(1) 載流子 及其 漂移速度,(2) 產(chǎn)生電流的必要條件,內(nèi)因:導(dǎo)體中有可自由移動(dòng)的電荷,,外因:導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差(即導(dǎo)體中有電場(chǎng)),(3) 電流的定義,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體某一橫截面的電量,方向:正電荷流動(dòng)方向 或 負(fù)電荷流動(dòng)反方向, 恒定電流, 瞬時(shí)電流,2電流密度,(1) 容積導(dǎo)體中的電流分布,(2) 電流密度 J,方向:該點(diǎn)的電場(chǎng)方向,大小:通過(guò)垂直于電流方向單位面積的電流強(qiáng)度,平均電流密度,Q = Zen l S,電流密度,多種

2、載流子：Jtotal J,例題 7-1 直徑d=1mm銀導(dǎo)線, t =1h15min, Q=2.61104C，n=5.81028/m3 求： 導(dǎo)線上的電流強(qiáng)度； 導(dǎo)線中電子的漂移速度。,解： 已知Q=2.61104C, t=1h15min=4.5103s，,I = 5.8A, 銀導(dǎo)線中的載流子是自由電子，價(jià)數(shù)Z=1,金屬中自由電子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度約為105ms-1，,電場(chǎng)在導(dǎo)體中傳播的速度，約等于光速。,二、歐姆定律的微分形式,1. 歐姆定律和電阻定律,歐姆定律,電阻定律,t=0(1+t),2. 歐姆定律的微分形式,I = J S, = 1/ ,G =1/R,通過(guò)導(dǎo)體中任一點(diǎn)的電流

3、密度J等于該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)E與導(dǎo)體的電導(dǎo)率 的乘積。,三、電解質(zhì)的導(dǎo)電,穩(wěn)恒條件下，,K+, K-表示正負(fù)離子的摩擦系數(shù)，,+, -表示正負(fù)離子的遷移率，,四、電泳,懸浮或溶解在電解質(zhì)溶液中的帶電微粒在外加電場(chǎng)作用下遷移的現(xiàn)象,7-2 電路的基本定律,一、含源電路的歐姆定律,全電路歐姆定律：兩個(gè)給定點(diǎn)之間的電勢(shì)差等于兩點(diǎn)之間的各個(gè)分段的電勢(shì)增量之和。,I= /(R+R內(nèi)),Uca=Uc-Ua=,Ubc=-IR內(nèi),Uab=-IR,acba: Uca+Ubc+Uab= - IR內(nèi) -IR,Uba=Ubc+Uca=-IR內(nèi)+,= 0,在閉合電路中沿閉合回路環(huán)繞一周時(shí)，各分段電勢(shì)增量的代數(shù)和等于零。,實(shí)際計(jì)算

4、中，電流的方向和繞行方向是任意選定的，并規(guī)定，電勢(shì)升高者為“+”，電勢(shì)降低者為“-”。具體按以下規(guī)則確定電勢(shì)增量的正負(fù)：, 當(dāng)電阻R中電流 I 的方向與選定的繞行方向相反時(shí)，電勢(shì)增量為+IR，相同時(shí)為-IR；, 如果電動(dòng)勢(shì) 從負(fù)極到正極的方向與選定的繞行方向相同(即繞行方向從負(fù)極進(jìn)入電動(dòng)勢(shì) )，則電勢(shì)增量為+，相反時(shí)電勢(shì)增量為-。,3V,1,9,(1) acba:,I= /(R+R內(nèi)) = 0.3A,(2) acba:,I= - /(R+R內(nèi)) = - 0.3A,(3) abca,I= - /(R+R內(nèi)) = - 0.3A, - IR內(nèi) IR=0, + IR內(nèi) +IR=0,-IR - IR內(nèi)

5、- =0,,-1-IR內(nèi)1-IR1-IR2-IR內(nèi)2+2 = 0,圖7-8：含兩個(gè)電源的閉合電路,當(dāng) 21，I 0, 與假設(shè)方向相同,當(dāng) 2<1，I < 0, 與假設(shè)方向相反,= 3-I2R內(nèi)3-I2R2-2-I2R內(nèi)2+1+I1R內(nèi)1+I1R1,= +IR,= (1 -2 +3)+(I1R1 +I1R內(nèi)1 -I2R2 -I2R內(nèi)2 -I2R內(nèi)3),一段非閉合的含源電路，如果求AB之間的電勢(shì)差UAB，則應(yīng)按B點(diǎn)到A點(diǎn)的繞行方向計(jì)算電勢(shì)增量。,圖7-9：,UAB = UA-UB, 一段含源電路 的歐姆定律,例題7-2 1=2.0V, 2=4.0V, R內(nèi)1=1.0, R內(nèi)2=2.0,

6、 R1=3.0, R2=2.0 求：(1) I , (2) Uad , (3) Uab 。,解：,-1-IR內(nèi)1-IR1-IR2-IR內(nèi)2+2=0,I=0.25A,(1),(2),Uad=Ua-Ud= 1+IR內(nèi)1=2.0V+0.25A1.0 = 2.25V,(3),Uab=Ua-Ub= 2-IR內(nèi)2= 4.0V -0.25A2.0 = 3.5V,I: Uac= Ua-Uc= IR1+1+IR內(nèi)1 = Uad+Udc= 2.25V+0.25A3.0 = 3.0V,II: Uac = Ua-Uc= -IR2+2-IR內(nèi)2 = Uab+Ubc= 3.5V - 0.25A2.0

7、 = 3.0V,,,二、基爾霍夫電路定律,1. 基爾霍夫第一定律,基爾霍夫第一定律: 流入節(jié)點(diǎn)電流之和應(yīng)等于流出該點(diǎn)的電流之和，,a點(diǎn)：I=I1+I2,或 I-I1-I2=0,基爾霍夫第一方程組（節(jié)點(diǎn)方程組）,節(jié)點(diǎn):三條或三條以上通電支路的匯合點(diǎn),I=0,流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)，回路中任意節(jié)點(diǎn)處電流的代數(shù)和等于零。,支路:電流強(qiáng)度完全相同的一段電路,2. 基爾霍夫第二定律, + IR = 0,沿任一閉合回路的電勢(shì)增量的代數(shù)和等于零,基爾霍夫第二方程組(回路方程組),一個(gè)完整電路的支路數(shù)p，節(jié)點(diǎn)數(shù)n和獨(dú)立回路數(shù)m之間有一個(gè)確定的關(guān)系，p= (n-1) + m,例 圖7-11,節(jié)點(diǎn)

8、 a: I1+I2-IL=0,b: -I1-I2+IL=0,,,,回路dcabd：,1-I1R1+I2R2-2=0,回路abfea：,I2R2-2+ILRL=0,回路cdfec：,I1R1-1+ILRL=0,I1=-0.52A, I2=0.98A, IL=0.45A,Uab=Ua-Ub,= 1-I1R1,= ILRL,,= 4.5 V,= 2-I2R2,三、橋式應(yīng)變片壓力轉(zhuǎn)換電路,人體的體溫、脈搏、血壓、心音、pH值等都是一些非電量信號(hào)，為了測(cè)量和觀察，醫(yī)學(xué)上常通過(guò)某種裝置將它們轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這 種轉(zhuǎn)換裝置叫換能器。,Uab = -I2R0+I1R0,= R0(I1-I2),,應(yīng)變片,可用于測(cè)

9、量動(dòng)靜脈血壓、心內(nèi)壓、顱內(nèi)壓等。,7-3 電容器的充放電,一、電容器的充電,iR + uC - =0,q = C uC,uC = 1-e-t/(RC),時(shí)間常數(shù) =RC,當(dāng) t =RC 時(shí),uC =0.63 ,i = 0.37 ,,R,初始條件 t0, uC=0,,二、電容器的放電,iR - uC = 0,uC = e -t /RC,初始條件 t0, uC = ,放電過(guò)程中，電容器上的電壓隨時(shí)間而減小、電量隨時(shí)間減少. 電路電流隨時(shí)間減小。,電容器特點(diǎn)： 電容器兩端的電壓不能產(chǎn)生突變。,,三、心臟除顫器,由于某種原因心臟產(chǎn)生一種微弱的無(wú)規(guī)則顫動(dòng)，叫纖維性顫動(dòng)。,利用高能電脈沖對(duì)心臟進(jìn)行電擊，可

10、迫使心臟在一瞬間停搏，消除無(wú)規(guī)則的顫動(dòng)，恢復(fù)有規(guī)律的搏動(dòng)。用這種辦法消除顫動(dòng)的裝置稱為心臟除顫器。,7-5 電流對(duì)人體的作用,一、人體的導(dǎo)電特性,整個(gè)人體相當(dāng)于一個(gè)漏電的電容器。,(1)人體的直流電阻,表7-1人體某些組織的直流電阻率,(2)細(xì)胞和組織的阻抗,表7-2一些組織在不同頻率下的電阻率,組織對(duì)直流電的電阻率最大，隨著電流頻率的增加，電阻率逐漸下降，說(shuō)明人體組織的阻抗是電容性的。,(3)皮膚阻抗,表皮電阻最大，皮膚的濕度對(duì)電阻的影響很大, 細(xì)胞的等效電路, 組織的阻抗,二、直流電的作用,在給人體某一部位通以直流電的情況下，體內(nèi)組織液中正、負(fù)離子，將在電場(chǎng)力作用下作定向移動(dòng)，而離子移動(dòng)又

11、將產(chǎn)生各種物理和化學(xué)變化，進(jìn)而引起生理作用。,(1)離子透入,陽(yáng)極電極可把帶正電的鏈霉素離子、黃連素離子等透入體內(nèi)，而陰極電極可把帶負(fù)電的溴離子、碘離子、青霉素離子等透入體內(nèi)。,(2)電解作用,改變了人體組織中的酸堿度。,(3)改變離子濃度,細(xì)胞膜上會(huì)產(chǎn)生離子堆積,改變各離子的濃度分布,三、低頻電的作用 心臟起搏器,1. 低頻脈沖電流的作用,興奮神經(jīng)肌肉組織，產(chǎn)生刺激作用。,2. 心臟起搏器,心臟起搏器是一種利用低頻電脈沖刺激心臟，使心臟按一定頻率有效收縮的電子儀器它用于治療心臟興奮傳導(dǎo)受到阻滯或自身起搏功能衰竭的患者,四、高頻電療和高頻電刀,1. 高頻電療,高頻電流對(duì)人體的作用主要是熱效應(yīng)。

12、,不同頻率的高頻電流，其生物作用是不同的。,2. 高頻電刀,利用高頻電流通過(guò)機(jī)體時(shí)的熱效應(yīng)而制成的，是現(xiàn)代外科手術(shù)常用的設(shè)備之一。,五、人體的觸電問(wèn)題,(1) 電流的大小,電擊致死的原因主要是電流引起心室纖顫。,表7-3 5060Hz交流電對(duì)人體產(chǎn)生的生理反應(yīng),(2) 電壓的高低,觸電是否發(fā)生危險(xiǎn)，決定因素是電流的大小。,一般來(lái)說(shuō)，24V以下的電壓比較安全。,(3) 人體的電阻,人體的電阻主要決定于皮膚電阻，而皮膚電阻又因干濕差別很大。,干燥時(shí)皮膚電阻可達(dá)600k，電流可能不到1mA(220V),潮濕時(shí)皮膚電阻只有1k。電流可大于200mA(220V),(4) 電流的路徑,若電流經(jīng)過(guò)的路徑上沒(méi)

13、有心臟、大腦等重要器官，則危險(xiǎn)性較小。如果電流由體內(nèi)直接通過(guò)心臟，20A即可致死。心臟對(duì)電擊特別敏感，因?yàn)樗恼；顒?dòng)是由內(nèi)部產(chǎn)生的電脈沖控制的，外來(lái)的周期性脈沖，將打亂心臟原有的協(xié)調(diào)性活動(dòng)。,(5) 通電的時(shí)間,在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)，心臟舒張前0.1s的時(shí)間是危險(xiǎn)期。在這段時(shí)間內(nèi)，若通過(guò)胸部的電流達(dá)25mA，就可引起心臟顫動(dòng)。若觸電時(shí)間超過(guò)1s，則上述的0.1s就包括在觸電時(shí)間之內(nèi)，因而很危險(xiǎn)。,(6) 電流的頻率,人體對(duì)5060Hz的交流電(市電頻率為50Hz)比對(duì)較低或較高頻率的電流更為敏感，對(duì)人的損害作用最大。,第七章 電流與電路,作業(yè)：思考題：7-1， 7-2， 7-5， 7-9， 計(jì)算題：7-4， 7-10，7-11，7-13， 7-14，7-17，7-19,