Мал. 5.4.

Кінетична енергія коливальної системи (іон + гід­рат­на оболонка) залежить від частоти й амплітуди коливань ( ~ w ² A ²), величина амплітуди коливання А залежить від Е, w, маси системи та в’язкості середовища. Врахувавши, що кі­не­тична енергія одиниці об’єму рідини дорівнює сумі енер­гій усіх частинок об’єму, можна показати, що кількість теплоти, яка була виділена в одиниці об’єму за одиницю часу, визначається за формулою:

q ~ n× A ²(w) × w ² = k (w) × w ² × n× E ²,

де n – концентрація іонів, k (w) – коефіцієнт пропорційності. Iз цієї формули видно, що результуючий ефект нагрівання за­­ле­жить від частоти складним чином – при збільшенні w, з одного боку, збільшується q пропорційно квадрату частоти w ²; з другого боку, із збільшенням частоти зменшується ам­плі­­туда коливань і, як наслі­док, зменшується кінетична енер­гія. Якісний аналіз показує, що набуває макси­маль­не значення (мал. 5.4б) у деякому інтервалі частот [ w ₀± Δ w ].

Прогрів діелектрика (вважаємо, що молекули діелек­три­­ка мають власний дипольний момент Р = q · l). Полярні мо­ле­кули (молекули води, білків, ліпідів тощо) у змінному елек­тричному полі під впливом моменту сил М ~ РЕ здійс­нюють коливально-оберталь­ний рух відносно осі, яка проходить через центр маси молекули (див. мал. 5.4а).

Кінетична енергія системи у цьому випадку може бути оці­не­на за частотою обертання і моментом інерції молекули (точний розрахунок досить складний тому, що необхідно вра­­ховувати міжмо­лекулярні сили взаємодії). Приблизну ве­ли­чину для даного випадку можна оцінювати за струмами зміщення, які виникають у діелектрику за рахунок орієн­та­цій­них (коливально-обертальних) рухів диполя:

q = E× j_зм = k (w)× w× e ₀ × e× E ²,

де k – коефіцієнт пропорційності, тобто для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі конденсатора, величи­на q визначається за формулою (5.3).

Отже, прогрівання діелектрика буде залежати від амплі­ту­ди напруженості, діелектричних властивостей середовища та частоти. Кількісно залежність прогріву діелектрика від частоти описує крива, яка подібна до наведеної на мал. 5.4б, але максимум зміщений в бік більш високих частот.

Кількість виділеної теплоти в окремих структурах, ді­лян­ках тканини буде залежати від співвідношення об’ємів, які займають електроліти або дипольні діелектрики.

Мал. 5.5. Спрощена схема УВЧ-апарата.

Апарат для УВЧ-терапії. Спрощена схема приладу зо­бра­жена на мал. 5.5. Основні частини приладу: ламповий ге­нератор з контуром L_к, С_к, що налагоджений на частоту n = = 40.68 МГц, контур зворотного зв’язку L_оз для керування роботою ламп. Потужність електричних коливань регулюється на­пругою на аноді ламп (перемикач П – “потуж­ність” у бло­ці живлення (БЖ) змінює напругу на виході блоку живлення). При збільшенні анодної напруги зміню­єть­ся амплі­туда коливань у контурі генератора.

Завдяки індуктивному зв’язку електромагнітні коливан­ня через проміжний контур ПК передаються у контур паці­єн­та (L, С, С_е). Такий зв’язок забезпечує безпеку пацієнта по відношенню до низькочастотної напруги у колах генерато­ра УВЧ.

Контур пацієнта складається з котушки індуктивності L і змінної ємності С (перемикач – “налагодження”). В єм­ність контуру пацієнта входить також і міжелектродна єм­ність С_е. Зняття максимальної потужності з контуру генерато­ра досягається при виконанні умов резонансу, тобто при

L_k × C_k = L × (C + C_е).

Ємність терапевтичного контуру або контуру пацієнта (КП) змінюється при кожній процедурі (у поле конденсатора вводяться різні частини тіла пацієнта). Змінюючи величи­ну С, можна постійно підтримувати резонанс, при якому від­бувається максимальна передача електромагнітної енер­гії кон­туру тканинам пацієнта.

Ступінь налагодження терапевтичного контуру у резонанс з коливальним контуром генератора визначається за яскра­вістю лампочки або за відхиленням стрілки індикато­ра на панелі приладу.

Перемикачі керування потужністю (П – “потужність”), налагодження (С – “налагодження”), а також компенсатора падіння напруги кола живлення приладу (“мережа”), винесе­ні на передню панель приладу. Зміна положення перемика­ча ком­пенсатора змінює кількість витків у силовому транс­фор­ма­торі і, відпо­відно, напругу на виході блока живлен­ня.

5.3.3. Апарат для дарсонвалізації “Іскра-1”

Дарсонвалізація – лікувальний метод, який використовує імпульсні електромагнітні коливання високої частоти, а та­­кож низькочастотні електричні розряди, котрі супроводжу­­ють ці коливання.

Частота електромагнітних коливань при дарсонвалізації – 110 або 440 кГц.

Розрізняють два види дарсонвалізації: загальну та локаль­ну (місцеву). При загальній дарсонвалізації ЕМП діє на увесь організм пацієнта. Пацієнт знаходиться всередині соленоїда, який створює імпульсне високочастотне (100 або 440 кГц) магнітне поле. Частота проходження імпульсів – при­­близ­но 50 Гц. Отже, лікувальним (або фізичним) фактором при загальній дарсонвалізації є імпульсний високочастотний індукційний струм.

При локальній (місцевій) дарсонвалізації дії піддається тільки певна ділянка тканини. У цьому випадку діючими фак­торами є:

а) напруженість високочастотного електричного поля. Між електродами (або електродом і пацієнтом) утворюється високочастотне амплітудно-модульоване електромагнітне по­­­ле. Форма модуляції “дзвоноподібна”. Високочастотні ко­ли­вання (мал. 5.9) виникають на короткий проміжок часу (t = 0.5 мс). Період їх повторень – 20 мс (частота 50 Гц);

б) іскровий розряд (ІР). З наростанням амплітуди напруженності ВЧ-коливань у резонаторі зростає напруже­ність електричного поля між електродом та пацієнтом, вна­слі­­док чого виникає іонізований пробій у повітрі (іскровий роз­ряд). ІР є основним фактором, завдяки якому здійсню­єть­ся місцеве припікання шкіри чи слизових оболонок, а та­кож електростимуляція рецепторів, які знаходяться у полі дії іскри;

в) легкі аероіони, котрі утворюються у результаті іскро­во­­го розряду (озон, окиси азоту тощо).

Мал. 5.9. Спрощена схема приладу.

Спрощена схема апарата наведена нижче на мал. 5.9. Тут ГВЧ – генератор високої частоти, LC – контур генерато­ра (n = 110 кГц). Регулятор потужності (1) змінює напругу на екранній сітці лампи і, відповідно, струм через лампу, що призводить до зміни напруги у контурі (резонаторі). Саме це у кінцевому результаті і визначає потужність іскро­во­го розряду. Модулятор (2) виробляє низькочастотні ім­пуль­си (час­тота 50 Гц), які відкривають лампу на короткий час (част­ки мілісекунди), внаслідок чого у контурі виникають моду­льовані високочастотні згасаючі коливання. Резонатор скла­­дається з контура і високовольтної котушки індуктив­нос­­ті, яка з’єднана з електродом. Напруга у контурі – 1800 В, на котушці індуктивності – декілька десятків кВ (напруга такого порядку необхідна для виникнення іскри). Форма напруги у резонаторі наведена на мал. 5.10.