11482

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРО-ПРОВОДНОСТИ

Лабораторная работа

Биология и генетика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № I ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНОГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ Цель работы: Изучение нестационарных тепловых полей в биологических тканях. Тепл

Русский

2013-04-08

113 KB

10 чел.

PAGE  4

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

  1.  Подключите терморезистор к омметру и запишите его показания при контакте терморезистора с окружающим воздухом ( RВ) и ладонью ( RЛ). Данные запишите в таблицу 1.
  2.  Поместите терморезистор в полость жировой ткани, расположенную на расстоянии х1    8мм от поверхности и запишите показания омметра через промежуток времени  510 мин, необходимый для частичного установления теплового равновесия.
  3.  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 60) необходимого для установления стационарных колебаний температуры. Результаты измерений запишите в таблицу 2.
  4.  Повторите измерения пункта 3, увеличив инвервалы времени Н и 0 в 2 раза. Данные запишите в таблицу 2.
  5.  Постройте графики изменения сопротивления со временем для двух указанных случаев. Сравните их друг с другом и с графиком изменения сопротивления терморезистора на поверхности.
  6.  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).

  1.  По отношению амплитуд колебаний температур на двух частотах 1 и 2 рассчитать значение коэффициента, температуропроводности h(2). Данные занести в таблицу 3.
  2.  Используя табличные значения параметров жировой ткани   960 кг/м3, Ср  2000 Дж/кград , К= 0,2 Вт/мК , 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), мс1/2

h(1), мс1/2

hТ, мс1/2

1 = 4 мин

2 = 8 мин

Контрольные вопросы:

  1.  Какую роль играют процессы теплопроводности в теплообмене живых организмов?
  2.  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  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

0

x

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

t


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14904. ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ ДІН ЖӘНЕ МЕМЛЕКЕТ ҚАТЫНАСТАРЫ 68.5 KB
  ҚАЗАҚСТАНДАҒЫ ДІН ЖӘНЕ МЕМЛЕКЕТ ҚАТЫНАСТАРЫ[1]Тәуелсіздік жылдарында елімізде орын алған күрделі саясиэкономикалық жаңарулар мен өзгерулер ағымында мемлекет билігінің қайнар көзі болып табылатын халқымыздың рухани өмірі мен діни көзқарастары да бір жағынан толығып
14905. ҚҰРАНДЫ ТҮСІНУ 69.5 KB
  ҚҰРАНДЫ ТҮСІНУ Құран Кәрім Жаратушы тарапынан күллі адамзатқа және өзінен кейінгі замана атаулыға жіберілген ұқсасы жоқ қасиетті кітап. Құран – ислам дінінің бастауы бірегей бұлағы. Исламды түсіну үшін Құранды түсіну шарт. Құранды түсінбеген адам исламды да толықтай түс...
14906. ТАРАЗ ─ МҰСЫЛМАН ӨРКЕНИЕТІНІҢ ОРТА АЗИЯДАҒЫ ОРТАЛЫҒЫ 54 KB
  ТАРАЗ ─ МҰСЫЛМАН ӨРКЕНИЕТІНІҢ ОРТА АЗИЯДАҒЫ ОРТАЛЫҒЫ М.А. Утеуов М.С. Бегілдаева Тараз мемлекеттік педагогикалық институты жанындағы Кіші Ғылым Академиясы Жамбыл облыстық €œДарын€ мектепинтернаты Тараз қ. Тараз қазіргі жыл санауымыздан бұрынғы 4241 жылдары Т...
14907. ТҮРКIЛЕРДIҢ ИСЛАМ ТАРИХЫ ЖӘНЕ МӘДЕНИЕТIНДЕГI ЕРЕКШЕ ОРНЫ 72 KB
  ТҮРКIЛЕРДIҢ ИСЛАМ ТАРИХЫ ЖӘНЕ МӘДЕНИЕТIНДЕГI ЕРЕКШЕ ОРНЫ Исламият алып елдердің мәселен Әмәуи 66-1750 Аббаси 751-1258 Селжүк 1040-1157 Осман 1299-1922 патшалықтары сықылды әлемдiк мемлекеттердің ресми дiнi болған дәуiрде азат етiлген немесе олжаланған өңiрлердiң тұрғындарын жа...
14908. АУМАЛЫ-ТӨКПЕЛІ КЕЗЕҢДЕГІ ҚОҒАМ, ТҰЛҒА ЖӘНЕ ДІН 220 KB
  АУМАЛЫТӨКПЕЛІ КЕЗЕҢДЕГІ ҚОҒАМ ТҰЛҒА ЖӘНЕ ДІН Қоғам – адам баласын басқа махлұқаттан даралайтын басты қасиеттің бірі. Жеке тұлғалардан фәрдтер құралатын адам қоғамы кейде тұрақты әлеуметтік сипат танытса кейде экономикалық ықтисади саяси һәм әлеуметтік ижтим
14909. ҰЛТЫМЫЗДЫҢ БОЛАШАҒЫ - ДІНИ БІРЛІГІМІЗДЕ 105.5 KB
  ҰЛТЫМЫЗДЫҢ БОЛАШАҒЫ ДІНИ БІРЛІГІМІЗДЕ Бізді тура жолға баста Ізгілік бергендеріңнің жолынаАшуға ұшырағандар мен адасқандардың жолына емес Фатиха сүресіҚазақстан тәуелсіздік алғалы бері дәстүрлі және дәстүрлі емес діндердің көптеген уағызшылары үгітнасихат...
14910. ХРИСТИАНДЫҚ 25.43 KB
  ХРИСТИАНДЫҚ Христиан діні – әлемдегі ең көп тараған діндердің бірі қазіргі таңда оның 2 миллиардқа жуық ұстанушылары бар. Христиандық православие католицизм протестанттық болып үш негізгі бағытқа жіктеледі. €œХристос€ сөзі грек тілінен алынған мессия құтқарушы де
14911. АЛАШ ИДЕЯСЫ – ҚАЗАҚ ИДЕЯСЫ 68.5 KB
  АЛАШ ИДЕЯСЫ – ҚАЗАҚ ИДЕЯСЫ Алаш қозғалысының тарихи негізгі Ресей отаршылдығының қазақ жеріндегі аса асқынған кезеңінен басталды десек те Алаш идеясы одан әлдеқайда бұрын өмірге келіп күні бүгінге дейін елім жерім деп ұлт болашағын ойлаған әрбір қазақ ...
14912. «АЛАШ» ИДЕЯСЫ ЖӘНЕ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ «ҚАЗАҚ ТІЛІ» ҚОҒАМЫ 41.5 KB
  АЛАШ ИДЕЯСЫ ЖӘНЕ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ ТІЛІ ҚОҒАМЫ Қазақ халқының тарихында әр ғасырдың басы аласапыран оқиғаларға толы болды. Бұл өз кезегінде тарих сахнасына іріірі тұлғалар мен қайраткерлерді шығарып түбірлі өзгерістерге алып келіп отырды. Әсіресе ХХ ғасырд