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.

Окрім теплового впливу на тканини, електричне УВЧ-по­ле чинить високоефективну специфічну дію на зміни пев­них біохімічних процесів у клітині за рахунок коливальної і ко­ли­вально-обертальної дії на молекулярні структури, що в кінцевому результаті призводить до змін швидкості метабо­ліч­них реакцій і функцій клітинних структур і органів у ці­ло­му.

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.