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

43339. Проектування фундаментів під 9-поверхову блок секцію на 36 квартир 530.5 KB
  Результати лабораторних визначень фізикомеханічних характеристик цього ґрунту наведені в табл. Результати лабораторних визначень фізикомеханічних характеристик ґрунту № 102 Таблиця 3 № ґрунту Фізикомеханічні характеристики ґрунту ρs г см3 ρ г см3 W WL WP E МПа φ град. Остаточна назва ґрунту: суглинок твердий Визначаємо розрахункові характеристики ґрунту питому вагу {м с2 прискорення вільного падіння} кут внутрішнього тертя питоме зчеплення для розрахунків за Ію і ІІю групами граничних станів. Розрахункове значення...
43340. Розробка веб-сайту електронної бібліотеки 394.5 KB
  Завданням даної курсової роботи є розробка веб-сайту електронної бібліотеки. Веб-сайт повинен надавати можливість користувачам виконувати навігацію по категоріям та завантажувати необхідні їм книги. Також необхідний пошук по імені автора, назві книги та по опису. Для наповнення бібліотеки та редагування її вмісту необхідно реалізувати адміністративну частину сайту
43341. РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ ПО ЗНАХОДЖЕННЮ НАЙКОРОТШИХ МАРШРУТІВ НА ДТМ 871 KB
  Транспортні задачі, у яких вершинами графа є пункти, а ребрами – дороги (автомобільні, залізні й ін.) і/або інші транспортні (наприклад, авіаційні) маршрути. Інший приклад – мережі постачання (енергопостачання, газопостачання, постачання товарами і т.д.), у яких вершинами є пункти виробництва й споживання, а ребрами – можливі маршрути переміщення (лінії електропередач, газопроводи, дороги і т.д.).
43342. ШЛЯХИ УДОСКОНАЛЕННЯ ФОРМ ТА СПОСОБІВ ДІЛОВОГО СПІЛКУВАННЯ НА ПІДПРИЄМСТВІ 185.5 KB
  Але водночас безпосереднє спілкування заміняється опосередкованим що здійснюється засобами масової інформації а це веде до зростання відчуженості між людьми зниження рівня їх комунікабельності контактності а також емоційності. Тому роль слова у міжособистісній та діловій взаємодії людей має особливе значення а у зв'язку з цим зростає актуальність проблеми підготовки майбутніх фахівців до спілкування в нових умовах. Маючи низький рівень культури ділового спілкування співрозмовники нерідко ставляться до інших як до об'єктів яких не...
43343. Розрахунок розгалуженого електричного кола постійного струму 353.5 KB
  Остання цифра номера відповідає номеру схеми кола рис. ЧАСТИНА І Розрахунок розгалуженого електричного кола постійного струму Зміст завдання Для заданого електричного кола рис. 1 виконати наступне: накреслити початкову а також спрощену схеми на спрощеній схемі відсутні індуктивні і ємнісні елементи які не впливають на розподіл струмів у вітках кола постійного струму; скласти систему рівнянь для розрахунку кола за методом рівнянь Кірхгофа; визначити невідомі струми і напруги на елементах кола використовуючи методи контурних струмів і...
43344. Облік статутного капіталу підприємства 1.74 MB
  Вона має постійний характер та відрізняється, по-перше, свободою у виборі напрямів та методів діяльності, самостійністю у прийнятті рішень, по-друге, відповідальністю за прийняття рішень та їх виконання; по-третє цей вид діяльності не виключає ризику, збитків, й банкрутств
43345. Інформаційна база даних служби продажу залізничних білетів 1.3 MB
  База даних — це впорядкований набір логічно взаємоповязаних даних, що використовується спільно, та призначений для задоволення інформаційних потреб користувачів. У технічному розумінні включно й система керування БД.
43346. Створення інформаційної бази даних служби продажу залізничних білетів 1.19 MB
  Курсова робота з дисципліни Організація баз даних та знань на тему: Створення інформаційної бази даних служби продажу залізничних білетів Курсова робота студента 3 курсу групи КН48 Нестеренка М. Проектування інформаційної бази даних Створення реляційної моделі бази даних Створення бази даних