ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА I ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ И

Работа добавлена на сайт samzan.net:

PAGE 4

Студент ____________________________________________________________________

Фамилия, имя, отчество

Преподаватель __________________________________________ / Максимочкин Г.И. /

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № I

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ

Цель работы: Изучение нестационарных тепловых полей в биологических тканях.

Тепловой эффект является одним из распространенных следствий воздействия на биологические объекты физических полей различной природы (электромагнитных, акустических и др.). Он обусловлен преобразованием энергии воздействующего поля в тепловую энергию и дальнейшими процессами теплообмена тканей организма. В зависимости от параметров воздействующего поля (например, частоты) указанное преобразование может происходить либо во всем объеме биоткани, подверженной воздействию, либо в поверхностном слое, в котором эффективно поглощается основная часть энергии поля. И в том, и в другом случаях установившееся в биотканях тепловое поле определяется, наряду с параметрами поля, совокупностью процессов теплопередачи (излучения, конвекции, теплопроводности). Последний процесс играет особенно важную роль при передаче тепловой энергии от поверхностных слоев к внутренним тканям и органам. Так как изменение температуры поверхности тела часто имеет периодический характер, то процесс теплопроводности носит обычно нестационарный характер и может быть описан нестационарным уравнением теплопроводности, имеющим в одномерном случае следующий вид:

(1)

где  - плотность, Сp - удельная теплоемкость, K - коэффициент теплопроводности биологической ткани, которые в дальнейшем будем считать постоянными величинами.

Решение уравнения (I), записанного в стандартном виде:

(2)

зависит от одного параметра - коэффициента температуропроводности и определяется видом граничных и начальных условий.

Рассмотрим периодический источник тепла, действующий на поверхности тела (координата х = 0, рис. 1).

(3)

Будем рассматривать эту функцию как действительную часть функции:

(4)

Рисунок 1.

В этом случае решение уравнения теплопроводности (2), обращающееся в 0 при имеет вид:

(5)

где

(6)

тогда

(7)

и отделяя действительную часть находим:

(8)

Это решение периодически зависит от времени, но его амплитуда

(9)

экспоненциально убывает с глубиной с коэффициентом затухания

(10)

зависящим от частоты изменения температуры поверхности, при этом запаздывание по фазе также зависит от коэффициента затухания  и возрастает с увеличением глубины х. На глубине фаза становится противоположной фазе температуры на поверхности, а амплитуда уменьшается в отношении . Эти изменения с глубиной тем быстрее, чем меньше период колебаний.

В данной работе предлагается выполнить изучение характера теплового поля в образце биологической ткани, образуемого за счет нестационарного процесса теплопередачи при периодическом нагревании поверхности образца. В качестве образца выбрана жировая ткань, играющая важную роль в процессе теплообмена организма млекопитающих с окружающей средой. Периодическое нагревание поверхности образца осуществляется периодическим прикладыванием к нему поверхности ладони имеющей стабильную температуру TЛ, превышающую комнатную температуру примерно на 10° С. Фиксация температурного поля производится с помощью терморезистора (термистора), помещаемого в полость ткани на глубине ХК от поверхности.

Порядок выполнения работы

Подключите терморезистор к омметру и запишите его показания при контакте терморезистора с окружающим воздухом ( RВ) и ладонью ( RЛ). Данные запишите в таблицу 1.
Поместите терморезистор в полость жировой ткани, расположенную на расстоянии х1  8мм от поверхности и запишите показания омметра через промежуток времени 510 мин, необходимый для частичного установления теплового равновесия.
Периодически прикладываем ладонь к поверхности образца и убирая ее, создайте периодический нагрев данной поверхности (время нагрева Н равно времени остывания 0 = 2 мин). При этом записывайте показания омметра через каждые 30 с, фиксируя кроме того минимальные Rmin и максимальные Rmax периодически повторяющиеся показания прибора. Измерения проводить в течение времени ( Т  60) необходимого для установления стационарных колебаний температуры. Результаты измерений запишите в таблицу 2.
Повторите измерения пункта 3, увеличив инвервалы времени Н и 0 в 2 раза. Данные запишите в таблицу 2.
Постройте графики изменения сопротивления со временем для двух указанных случаев. Сравните их друг с другом и с графиком изменения сопротивления терморезистора на поверхности.
Определите из построенных графиков амплитуды колебаний сопротивлений и температур .

Примечание: Температурная зависимость сопротивления терморезистора R(T) определяется соотношением:

При небольших интервалах изменения температуры можно считать, что разность сопротивлений пропорциональна разности температур .

Следовательно,

Занести значения в таблицу.

Используя формулу (9) по отношению амплитуд колебаний температур при х1 = мм рассчитать коэффициенты затухания 1 и 2 для двух периодов изменения температуры ( 1 = 4 мин и 2 = 8 мин). Из соотношения (10) рассчитать значение коэффициента тенпературопроводности h(1).

По отношению амплитуд колебаний температур на двух частотах 1 и 2 рассчитать значение коэффициента, температуропроводности h(2). Данные занести в таблицу 3.
Используя табличные значения параметров жировой ткани   960 кг/м3, Ср  2000 Дж/кград , К= 0,2 Вт/мК , рассчитать значение коэффициента температуропроводности hT и сравнить с определенными экспериментально результатами. ∆Ro=Rв – Rл =

Таблица 1

Rв , Ом	RЛ , Ом	Тв , 0 С	ТЛ , 0 С	, 0 С

Таблица 2

1 = 4 мин нагр = 1 мин охл. = 3 мин w1=2p/1 =

t , мин	0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,5 4,0
R , Ом
t , мин	4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8
R , Ом

2 = 8 мин нагр = 2мин охл. = 6мин w2=2p/2 =

t , мин	0 1 3 4 5 6 7 8
R , Ом
t , мин	9 10 11 12 13 14 15 16
R , Ом

Таблица 3

	, Ом	, К	, м-1	h(1), мс1/2	h(1), мс1/2	hТ, мс1/2
1 = 4 мин
2 = 8 мин

Контрольные вопросы:

Какую роль играют процессы теплопроводности в теплообмене живых организмов?
Оцените период колебаний температуры поверхности тела, при котором, жировой слой толщиной 2 см будет эффективно экранировать колебания температуры.

Литература:

Г. Джеффрис, Г.Свирлс. Методы математической физики. М., "МИР", 1970, ч. 3.

EMBED Equation.3

1. 1- Диференціальна зубчаста передача у складі ведучої шестерні 1 трьох сателітів 2 зубчастого колеса 3 з
2. ретикулярный комплексrdquo; который выполняет самые сложные функции благодаря многочисленным его связям с ра.html
3. Технология программированного обучения
4. черного ящика метод дневников метод Дельфы
5. Словакия1
6. в двух основных формах ~ княжеский домен и вотчинное землевладение
7. Место интуиции в философии
8. Дослідження протоколу TCP-IP -укр.-
9. Эта управомоченность и обязанность выражается в правах и обязанностях субъектов экологических правоот
10. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 Пакетные файлы Цель работы- научиться пользоваться пакетными файлами
11. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Самостоятельная работа занимает веду
12. Диагностика и лечение нефроптоза
13. Северные народы горного Алтая
14. тема Windows Цели- Обучающие- Дать представление об ОС Windows
15. 30 Электив Б1
16. 20 р по п 20р
17. Иноязычная культура как содержание иноязычного образования
18. Социальная власть публичного выступления
19. независимой Ичкери
20. Контрольная работа- Люблинский Павел Исаевич

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе