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

54071. Здоровым и грамотным должен быть каждый! Логопедическая спартакиада 63.5 KB
  Скачет лягушонок Дети хлопают в ладоши Квакваква прыгают на месте Плавает утёнок хлопают в ладоши Крякрякря Ставят руки к груди и разводят в стороны. Прыгает козлёнок Хлопают в ладоши Ме – ме ме Ставят руки на пояс наклоняются вперёд А за ним ягнёнок Хлопают Бе – бе – бе приседают Вот мы на зарядке Хлопают Раз дватри Прыгают на месте Все вокруг стараются Хлопают Спортом занимаются Шагают на месте Эстафета Собери букву По команде: Марш первый учащийся с мячом в руках бежит к обручу. Звуковая разминка...
54072. Логопедичне заняття. Осіння лісова галявина 210.5 KB
  Логопедичне заняття Вид. Виховувати вміння слухати вказівки логопеда. Логопед. Діти а зараз давайте пограємо в гру З якого дерева листочок Логопед показує дітям листочок а діти називають.
54073. Звук "ш". Лісова школа (Старша логопедична група) 1.38 MB
  Формувати в малят уявлення про навчання в школі ознайомити із звуком ш акустичною характеристикою; закріпити вміння ділити слова на склади визначати звук який найчастіше звучить у вірші аналізувати слово з допомогою звукових фішок пригадувати слова зі звуком ш ; узгоджувати числівники з іменниками в орудному відмінку; розвивати фонематичні процеси слуховий контроль. Обладнання: фішки для звукового аналізу шишкикартинки картинки з предметами у множині іграшка Лунтик...
54074. Логопедичні міні-заняття як дієва форма корекційно-розвивальної роботи з дітьми дошкільного віку 196 KB
  Наприклад вправа Хто летить хто не летить Учительлогопед промовляє вірш а діти пантомімою зображують: Хто летить хто не летить. Так швиденько покажіть Хто летить хто не летить. Летить летить воронаЛетить летить корова Летить летить шпак Летить летить грак. Летить летить горобчик.
54075. ЛОГОПЕДИЧНА РОЗВАГА «СВЯТО БЕРЕЖЛИВОСТІ» 140 KB
  Закріпити словник споріднених слів гончар гончарство гончарський гончарний гончарня; уточнити та розширити словник антонімів чистий брудний святковий буденний повсякденний натуральна природна штучна однотонна різнокольорова теплий холодний літній зимовий новий старий рвати штопати бруднити ...
54076. Подорож Кораблем Часу. Логопедична розвага 127.5 KB
  Логопедична розвага Подорож Кораблем Часу Мета: узагальнити знання дітей про пори року вчити описувати їх; уточнити та закріпити словник синонімів омонімів та прислів’я; розвивати фонематичний слух вміння утворювати присвійні прикметники від іменниківназв диких звірів вміння ділити слова на склади підбирати слова з певною кількістю складів; удосконалювати навички звукового аналізу і синтезу слів; продовжувати розвивати дрібну моторику рук вміння працювати як правою так і лівою...
54077. Использование вектора на логопедических занятиях 216 KB
  Для пропедевтики оптической дисграфии в первую очередь необходимо использовать задания, направленные на развитие зрительно-пространственных представлений и зрительно-моторных координаций.
54078. Взаємозв’язок логопеда та родини у корекційно-відновлювальній роботі з дітьми логопатами 32.5 KB
  Одне з важливих завдань професійної діяльності вчителя логопеда дитячого дошкільного навчального закладу є залучення батьків до проведення роботи із дітьми – логопатами по закріпленню засвоєного матеріалу на корекційно відновлювальних заняттях. Оволодіння дитиною мови успішно йде тоді коли з ним займаються не тільки в дошкільному закладі але і в сім'ї: Передумовою ефективного залучення сімейного оточення до корекції звуковимови у дітей є чітко організована взаємодія логопеда з батьками регулярна...
54079. Зима 36.5 KB
  Матеріали: дзеркала на кожну дитину вітрячки сніжинки ілюстрації зими сніжинки чарівна паличка мікрофон предметні картинки музика Моцарта п’єса Сніжинки музика до пісні Сніжокпушокавтор не відомий бубон Хід заняття. Сніжинки. Логопед торкається паличкою до кожної дитини повідомляє що вони тепер сніжинки. А тепер мої сніжинки давай подорожувати та про зиму розповідати.