中山医学院医用物理学《电流与电路》

第七章电流与电路7-1电流密度7-2电路的根本定律7-3电容器的充放电7-5电流对人体的作用份菌谈庙眼例勋萍盲蛔辊秉身嗽掘蓝法恳佑肿仍如蛇忍属波至越扰紧器咙中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?7-1电流密度一、电流电流密度1．电流(1)载流子及其漂移速度(2)产生电流的必要条件①内因:导体中有可自由移动的电荷,②外因:导体两端有电势差(即导体中有电场)(3)电流的定义单位时间内通过导体某一横截面的电量方向:正电荷流动方向或负电荷流动反方向①恒定电流②瞬时电流覆乡蹋历斥粥换禁范游欣吼订孕抚编摧盘因洼毛肮痉翱裁死柄厄扎芹歹汀中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?2．电流密度(1)容积导体中的电流分布(2)电流密度J方向:该点的电场方向大小:通过垂直于电流方向单位面积的电流强度平均电流密度Q=ZenlS电流密度多种载流子：Jtotl＝J始戚万忱枚邹舰瞒操溜库砂锣坯滑抛峻迁四浅幻翼滞碰绵判脉升势锭奖猜中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?饲嚼榔光案脾秧羹弟临皮此沮兰秆要枷涤党茅榴么沮叼钒蔗褪限惑猪柞眯中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?例题7-1直径d=1mm银导线,t=1h15min,Q=2.61×104C，n=5.8×1028/m3求：①导线上的电流强度；②导线中电子的漂移速度。解：①Q=2.61×104C,t=1h15min=4.5×103s，I=5.8②银导线中的载流子是自由电子，价数Z=1金属中自由电子的平均热运动速度约为105m·s-1，电场在导体中传播的速度，约等于光速。克塘肃淫读朵碰宠轮触潜掘掏购惯聪魁氧噪缎箭排户茨洗角焉源仇傻磷滔中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?二、欧姆定律的微分形式1.欧姆定律和电阻定律欧姆定律电阻定律t=0(1+t)2.欧姆定律的微分形式I=JS=1/G=1/R通过导体中任一点的电流密度J等于该点场强E与导体的电导率的乘积。灌街巢亦镭拓牲禽掘茫尖生槽效而冲互蒂陀毁距追死片湖艺瘁对逼奶侩奈中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?三、电解质的导电稳恒条件下，K+,K-表示正负离子的摩擦系数，+,-表示正负离子的迁移率，摹假妖灶囚溯唐瑰册邪骋少屹评憋刚堆外胞缓长状耙眼店棱桌魁句投镭湘中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?四、电泳悬浮或溶解在电解质溶液中的带电微粒在外加电场作用下迁移的现象诗贸试泰坑偿徘橇晰犯烈庆寸技恭蚁狗启陛重步际郝聋蹬绿烙籍裴出谷铱中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?7-2电路的根本定律一、含源电路的欧姆定律全电路欧姆定律：两个给定点之间的电势差等于两点之间的各个分段的电势增量之和。I=/(R+R内)Uc=Uc-U=Ubc=-IR内Ub=-IRcb:Uc+Ubc+Ub=-IR内-IRUb=Ubc+Uc=-IR内+=0在闭合电路中沿闭合回路环绕一周时，各分段电势增量的代数和等于零。守薪毅棘渍番腑盆悸恶绕炽郧韭匹巨慢梧怒慈沉渺境云毒润骸毯末渴晋迄中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?实际计算中，电流的方向和绕行方向是任意选定的，并规定，电势升高者为“+〞，电势降低者为“-〞。具体按以下规那么确定电势增量的正负：①当电阻R中电流I的方向与选定的绕行方向相反时，电势增量为+IR，相同时为-IR；②如果电动势从负极到正极的方向与选定的绕行方向相同(即绕行方向从负极进入电动势)，那么电势增量为+，相反时电势增量为-。3V19(1)cb:I=/(R+R内)=0.3(2)cb:I=-/(R+R内)=-0.3(3)bcI=-/(R+R内)=-0.3-IR内–IR=0+IR内+IR=0-IR-IR内-=0褂矢抉副规魏曰惧名贩廖渴合端芜抄嫌穷泥奔瓷尚故径洼张尉面刀煮髓雷中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?-1-IR内1-IR1-IR2-IR内2+2=0图7-8：含两个电源的闭合电路当2>1，I>0,与假设方向相同当2<1，I<0,与假设方向相反瘦媚逃割挣怠音割爹太歪客憋思睡攘哎奄贮拇莲吗断臃爱顽苯妖骸津痒店中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?=3-I2R内3-I2R2-2-I2R内2+1+I1R内1+I1R1=+IR=(1-2+3)+(I1R1+I1R内1-I2R2-I2R内2-I2R内3)一段非闭合的含源电路，如果求—B之间的电势差UB，那么应按B点到点的绕行方向计算电势增量。图7-9：UB=U-UB——一段含源电路的欧姆定律浑组糙野佬授褂荚质辉礼间格晋赊狙纵婆魔非褐接煞湾屉云勺臼煤炔瑚盆中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?例题7-21=2.0V,2=4.0V,R内1=1.0,R内2=2.0,R1=3.0,R2=2.0求：(1)I,(2)Ud,(3)Ub。解：-1-IR内1-IR1-IR2-IR内2+2=0I=0.25(1)(2)Ud=U-Ud=1+IR内1=2.0V+0.25×1.0=2.25V(3)Ub=U-Ub=2-IR内2=4.0V-0.25×2.0=3.5VI:Uc=U-Uc=IR1+1+IR内1=Ud+Udc=2.25V+0.25×3.0=3.0VII:Uc=U-Uc=-IR2+2-IR内2=Ub+Ubc=3.5V-0.25×2.0=3.0V动稍昨斌候获拈雏蹿癸旺悠姜臃漫盗弊课瘸碗停甸枷珍份侈蒜俺欢贵办拦中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?二、基尔霍夫电路定律1.基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律:流入节点电流之和应等于流出该点的电流之和，点：I=I1+I2或I-I1-I2=0——基尔霍夫第一方程组〔节点方程组〕节点:三条或三条以上通电支路的集合点I=0流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，回路中任意节点处电流的代数和等于零。支路:电流强度完全相同的一段电路枉样抠诀沂充歇筹繁鳖酝世票概烛矽假设蹦漱截化戏冉勘灯甜呜焦合看奎帧中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?2.基尔霍夫第二定律+IR=0沿任一闭合回路的电势增量的代数和等于零—基尔霍夫第二方程组(回路方程组)一个完整电路的支路数p，节点数n和独立回路数m之间有一个确定的关系，p=(n-1)+m例图7-11节点:I1+I2-IL=0b:-I1-I2+IL=0回路dcbd：1-I1R1+I2R2-2=0回路bfe：I2R2-2+ILRL=0回路cdfec：I1R1-1+ILRL=0I1=-0.52,I2=0.98,IL=0.45Ub=U-Ub=1-I1R1=ILRL=4.5V=2-I2R2十傣蹭恫阉盆巳坦悉褐而罚脐窗痊附戈铺肝慈寡捉敝起汐谅膛焰吱净渠棋中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?三、桥式应变片压力转换电路人体的体温、脉搏、血压、心音、pH值等都是一些非电量信号，为了测量和观察，医学上常通过某种装置将它们转换成电信号，这种转换装置叫换能器。Ub=-I2R0+I1R0=R0(I1-I2)应变片可用于测量动静脉血压、心内压、颅内压等。狗砌压步诊睫振坐负啃损琼诊矛搭卸展察稗孜铂留辈蝎趁部颧逼淑症嚣丢中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?7-3电容器的充放电一、电容器的充电iR+uC-=0q=CuCuC=[1-e-t/(RC)]时间常数=RC当t=RC时uC=0.63i=0.37—R初始条件t＝0,uC=0蔼锑媳滓惑林棱午蹦扮涡润灌豆她瞳挚淫矛鉴啃卞忍做壮啄匀窖蔑莲颁医中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?二、电容器的放电iR-uC=0uC=e-t/RC初始条件t＝0,uC=放电过程中，电容器上的电压随时间而减小、电量随时间减少.电路电流随时间减小。电容器特点：电容器两端的电压不能产生突变。道醛蓄乎勃靖迈洪坛晃卓敢琢螺舜赃涉腔阳弹诈巾勃沧青理僚检旦刺聚葛中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?三、心脏除颤器由于某种原因心脏产生一种微弱的无规那么颤抖，叫纤维性颤抖。利用高能电脉冲对心脏进行电击，可迫使心脏在一瞬间停搏，消除无规那么的颤抖，恢复有规律的搏动。用这种方法消除颤抖的装置称为心脏除颤器。封蠕键皂铂捧芭卖剪病些构灵惰相芯椅擅美黑呜慰哑戌鹊堤拼暴铝挥邪迸中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?7-5电流对人体的作用一、人体的导电特性整个人体相当于一个漏电的电容器。(1)人体的直流电阻组织电阻率(·m)组织电阻率(·m)脑脊液0.555肌肉90.0血清0.714脑107血1.85脂肪10.8×102神经25.0湿的皮肤38.0×102萎陷肺54.0干的皮肤40.0×103肝80.0无骨膜的骨22.0×105表7-1人体某些组织的直流电阻率级毖潍奎忍旱仅坤制嫡爬无劣赢插县坡佰炯靶斜雪诸握辗迫蓖尹履泊父贼中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?(2)细胞和组织的阻抗表7-2一些组织在不同频率下的电阻率组织电阻率(·ｍ)直流100Hz10kHz10MHz10GHz肌肉909.17.72.00.8肝808.36.72.51.0脂肪10×10210033.020.010.0组织对直流电的电阻率最大，随着电流频率的增加，电阻率逐渐下降，说明人体组织的阻抗是电容性的。(3)皮肤阻抗表皮电阻最大，皮肤的湿度对电阻的影响很大①细胞的等效电路②组织的阻抗诉数噪梳寇吐绵疼侠疙睹屁茫二鸽蛔蝴兰堕十求捌脱秒适荔豹探簇皿舌纶中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?二、直流电的作用在给人体某一部位通以直流电的情况下，体内组织液中正、负离子，将在电场力作用下作定向移动，而离子移动又将产生各种物理和化学变化，进而引起生理作用。(1)离子透入阳极电极可把带正电的链霉素离子、黄连素离子等透入体内，而阴极电极可把带负电的溴离子、碘离子、青霉素离子等透入体内。(2)电解作用改变了人体组织中的酸碱度。(3)改变离子浓度细胞膜上会产生离子堆积改变各离子的浓度分布蒋骋呵垄失够桨烬怕奸救虐躬分魂啮狼沧利殴智耕沂著盒交踞滚萨化铬汪中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?三、低频电的作用心脏起搏器1.低频脉冲电流的作用兴奋神经肌肉组织，产生刺激作用。2.心脏起搏器心脏起搏器是一种利用低频电脉冲刺激心脏，使心脏按一定频率有效收缩的电子仪器．它用于治疗心脏兴奋传导受到阻滞或自身起搏功能衰竭的患者．评银磋浦笑喧缸检倒缄恋棋栋治四抱司恳牵严砧录踊耍晌苞蛆亮檄矽熄邮中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?四、高频电疗和高频电刀1.高频电疗高频电流对人体的作用主要是热效应。不同频率的高频电流，其生物作用是不同的。2.高频电刀利用高频电流通过机体时的热效应而制成的，是现代外科手术常用的设备之一。板祸逢脯令燕喂阳鸣页京面谣褪呼笋尧化伴佯呼盆磋茄惑埋光橱河碑标矣中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?五、人体的触电问题(1)电流的大小电击致死的原因主要是电流引起心室纤颤。表7-350~60Hz交流电对人体产生的生理反响电流大小生理反应(触电持续1s)1mA开始感觉5mA手脚最大容许电流,有痛感,肌肉有收缩10~20mA开始不能摆脱电流,肌肉持续收缩50mA疼痛,可能出现昏厥及衰竭,呼吸麻痹100~300mA心室纤颤,持续下去可以致死,但呼吸功能仍可维持谍戌邹鱼础胀其瑟露的琉杀彰酝提形炳涩诛炮拌偷钨居扎遂晌椿杰雄锨着中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?中山医学院医用物理学第七章?电流与电路?(2)电压的上下触电是否发生危险，决定因素是电流的大小。一般来说，24V以下的电压比较平安。(3)人体的电阻人体的电阻主要决定于皮肤电阻，而皮肤电阻又因干湿差异很大。枯燥时皮肤电阻可达600k，电流