Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Робочий зошит

Скачати 108.38 Kb.

Робочий зошит




Скачати 108.38 Kb.
Дата конвертації22.04.2017
Розмір108.38 Kb.


Міністерство охорони здоров’я України

Національний медичний університет

імені О.О. Богомольця


РОБОЧИЙ ЗОШИТ

Для самостійної роботи студентів
Навчальна дисципліна «Медична і біологічна фізика»

Напрям

Спеціальність «Лікувальна справа», «Педіатрія», «Медико-профілактична справа», «Медична психологія», «Стоматологія»

Кафедра Медичної і біологічної фізики


Автори: О.В.Чалий, А.І. Єгоренков

Затверджено на засіданні кафедри від 31.08.2015 р., протокол № __1__

Розглянуто та затверджено: ЦМК з фіз.- хім. дисциплін

від « 1.09 » 2015 року, протокол № 1



Вступ. Метою робочого зошита є допомога у засвоєнні студентами основних понять теорія фізичних потенціалів на мембранах біологічних клітин, механізмів створення концентраційних потенціалів та методів вимірювання концентраційних потенціалів за допомогою фізичних приладів та електричних схем.
Електри́чна схе́ма - це технічний документ, що містить у вигляді умовних графічних зображень чи позначень інформацію про будову виробу, його складові частини та взаємозв'язки між ними, дія якого ґрунтується на використанні електричної енергії.
Кліти́на (лат. cellula - комірка) - структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, для якої характерний власний метаболізм та здатність до самовідтворення. Від середовища, яке її оточує, клітина відмежована плазматичною мембраною (плазмалемою).
З цією метою студентам запропоновано різні за складністю завдання. Критеріями оцінювання виконання вказаних завдань буде вміння студентів продемонструвати не лише розв’язання завдань зошита для самостійної роботи студента, але й практичних навичок вимірювання. Для правильного ведення зошита студентам пропонується детально розписувати всі етапи виконання завдань, особливо хід рішення задач.
Тема. «Вимірювання концентраційного потенціалу компенсаційним методом»

Термін «КОМПЕНСАЦІЯ»:

від лат. “compensatio” – врівноважувати, відшкодовувати.

У фізиці ( для даної роботи) – це геометричне складання

векторних фізичних величин одного типа ( наприклад силa струму, I ),

які можуть мати різний просторовий напрямок і давати в сумі нульове значення .

Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.

У медицині – це фізіологічна реакція організму на пошкодження,

що полягає у відшкодуванні функцій пошкоджених органом за рахунок

непостраждалих органів ( наприклад, гіпертрофія м'язової тканини

при пороках серцевого клапану).



У медичному праві –

це компенсація шкоди здоров’ю пацієнта у разі лікарської помилки.



Мета: вивчити природу виникнення концентраційного потенціалу на концентраційному елементі та виміряти різницю концентраційних потенціалів компенсаційним методом. Порівняти механізм виникнення концентраційного потенціалу, з одного боку, та різних типів потенціалів на мембрані біологічних клітин ( в першу чергу рівноважного потенціалу Нернста), з іншого боку.

Знати:

  • як створюються різн типи потенціалів на мембранах біологічних клітин,

  • чому и як виникає концентраційний потенціал при зануренні мідного електрода у розчин мідного купоросу CuSO4 ,

  • механізм «компенсації» фізичних величин (сили струму) при вимірюванні концентраційного потенціалу,

  • перелік факторів що створюють концентраційний потенціал,

  • фізичні фактори що впливають на значення концентраційного потенціалу та потенціалів на мембранах біологічних клітин,

  • механізм перерозподілу зарядів та створення електричного поля під час взаємодії електрода з розчином.

  • Як змінюється електричний опір провідника при збільшенні або зменшенні температури провідника, лінійних параметрів провідника

  • Принцип роботи рН-метра для вимірювання рівня концентрації іонів Н в розчинах ( наприклад у воді)


Вміти:

  • використовувати фізичні прилади для вимірювання концентраційного потенціалу,

  • збирати електричну схему компенсаційного методу вимірювання концентраційного потенціалу,

  • проводити розрахунки концентраційних потенціалів за допомогою теоретичних та експериментальних формул,

  • проводити математичні операції інтегрування при визначенні формули для концентраційного потенціалу,

  • проводити порівняння механізмів створення різних типів потенціалів розчинів ( на мембрані, для концентраційного елемента) ,

  • проводити розрахунки та аналіз похибки визначення потенціалів,

  • використовувати гальванометр для визначення напрямку та сили електричного струму

Основні поняття теми: концентраційний потенціал, концентраційний елемент, рівноважний потенціал Нернста, потенціал Доннана, дифузійний рівноважний потенціал, водний розчин власної солі, рівняння Фіка, потік іонів, градієнт потенціалу, соляний місток, електрорушійна сила, компенсаційний метод вимірювання електрорушійної сили концентраційного елемента, метод вимірювання потенціалу біологічних мембран ( patch-clamp), реохорд, закон Ома, падіння напруги, сила струму, електричний опір провідника, гальванометр.
Концентраці́йний елеме́нт (англ. concentration cell) - гальванічний елемент, в якому перетворення хімічної енергії в електричну досягається внаслідок різниці концентрацій речовини біля двох електродів елемента.
Спад напру́ги - різниця потенціалів між кінцями ділянки електричного кола, в якому протікає електричний струм.
Водний розчин - розчин, який складається з води, розчиненої речовини та продуктів їхньої взаємодії - гідратованих (сполучених з молекулами води) йонів.
Електрорушійна сила - кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.
Си́ла електри́чного стру́му (сила струму або просто струм) - кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина I = Δ q Δ t }} , яка відповідає кількості заряду ( Δ q ), що проходить через перетин провідника за час Δ t , розділеному на цей проміжок часу.
Компенсаці́йний ме́тод вимі́рювання (англ. compensating measuring method) або нуль-ме́тод (англ. null point method of measurement) або ме́тод зрівнова́ження з регульо́ваною мі́рою - метод прямого вимірювання з багаторазовим порівнянням вимірюваної величини та величини, що відтворюється мірою, яка регулюється, до їх повного зрівноваження.

Рекомендована література

1. Медична та біологічна фізика: підручник для студентів вищих медичних(фарм.) навчальних закладів/(О.В. Чалий, Я.В. Цехмістер, Б.Т. Агапов та ін.); за ред.. проф. О.В. Чалого. –Вінниця : Нова Книга, 2013. – С.12-26.

2. Медична і біологічна фізика. Підручник для студентів вищих навчальних закладів освіти ІІІ-ІV рівнів акредитації/ За ред. О.В.

Навча́льний заклад (осві́тній заклад) - організація, що на постійній і безперервній основі здійснює освітній процес з метою навчання, виховання, розвитку і самовдосконалення особистості.
Чалого. – К.: Книга плюс, 2005. – 760 с.

3. Лопушанський Я.Й. Збірник задач і запитань з медичної і біологічної фізики: навчальний посібник /видання 3-є.

Навчальний посібник - видання, яке частково доповнює або замінює підручник у викладі навчального матеріалу з певного предмета, курсу, дисципліни або окремого його розділу, офіційно затверджений як такий.
 Вінниця: Нова Книга, 2010. – С.8-14.

4. Медична і біологічна фізика. Практикум, Київ, Книга – плюс, 2003.

5. Ремизов А.М. и др.. Медицинская и биологическая физика, М.: Дрофа, 2008.

6. Ремизов А.М., Максина А.Г. Сборник задач по медицинской и биологической физике, М.: Дрофа, 2001

7. Біофізика (за ред. П.Г.Костюка), ВПЦ Київський університет, 2008.

8. Ремизов А.М. и др.. Медицинская и биологическая физика, М.: Дрофа, 2008.

9. Владимиров Ю.А. и др.. Биофизика, М.: Медицина, 1983.


Питання для теоретичного опрацювання:

1. Будова біологічних мебран. Фізичні та динамічні властивості мембран.

2. Пасивний транспорт (дифузія).

Пасивний транспорт речовини - це вирівнювання концентрації, відбувається без участі енергії.
Рівняння Фіка.

3. Дифузія речовин через мембрану. Проникність мембран.

4. Електродифузійне рівняння Нернста-Планка. Рівняння Теорелла.

5. Концентраційний елемент

6. Рівноважні потенціали (потенціал Нернста, дифузійний потенціал, доннанівський потенціал, стаціонарний потенціал).

7. Компенсаційний метод вимірювання потенціалу.

8. Закон Ома

9. Залежність електричного опору від фізичних характеристик електричного провідника температури середовища

10. Визначення похибок вимірювання експериментальних даних.
Завдання для самостійного опрацювання теми:

Завдання 1. Вказати ( з поясненням ), які елементи та блоки схеми вимірювання концентраційного потенціалу ( див. мал.) є необхідними для процедури вимірювання, а яки є додатковими ( не є необхідними) ?


Завдання 2.

Зробить пояснення: Які процеси відбуваються між електродом та розчином (див. мал. «а»: потік Фс та ) і які рівняння описують такий процес ?



Завдання 3

Зробить пояснення: Яку функцію у схемах вимірювання концентраційного потенціалу компенсаційним методом виконує соляний місток (CM) заповнений агар-агаром з розчином КС1 ( див. мал. «б») ?





Завдання 4.

Задача: Яке співвідношення концентрацій розчинів CuSO4 було у схемі концентраційного елемента, якщо значення концентраційного потенціалу дорівнює “– 50 мВ” ?
Завдання 5

Зробить пояснення: Щоб сталося у створенні концентраційного потенціалу, якщо замість мідного електроду С2 або С1 ( див. мал. «б») використовувався електрод з іншого металу ?





Завдання 6.

Задача: Для гі­гантсь­ко­го ак­со­ну каль­ма­ра значення мембранного потенціалу Нернста для іонів К приблизно “-90 мВ”. Яке співвідношення концентрації іонів К було при цьому ?

Завдання 7 (з елементами практичного вимірювання за наведеним графіком)

На мал. вказана залежність потен­ці­а­лу спокою гі­гантсь­ко­го ак­со­ну каль­ма­ра від концент­ра­ції іонів K в позаклітин­но­му середовищі (звертаємо увагу, що вісь «Х» відображена у вигляді логарифмічної функції від концентрації іонів: ln [ К ]e ).

Логари́фм (від грец. λόγος - «слово», «відношення» і грец. ἀριθμός - «число») - математична операція, обернена піднесенню до степеня.
За допомогою графічного вимірювання та розрахунків за формулою Нернста визначити у скільки разів зменшується вказаний потенціал спокою, якщо концентрація іонів K в позаклітин­но­му середовищі збільшується в 2 рази по відношенню до значення концентрації [К ]1 у точці з’єднання експериментального та теоретичного графіків ( див. малюнок, для розрахунків використовуйте масштаб: ln [ К ] 1 = 5 см) ?





Завдання 8

Зробить пояснення: Чим принципово відрізняються два рівняння ( див. рівняння а, в ), що описують потенціали на мембранах біологічних клітин ?

А) в)

Завдання 9.

Задача: В скільки разів буде відрізнятися значення потенціалів Нернста для іонів Ca2 та іонів Na при умові однакових співвідношень концентрацій ?
Завдання 10.

Зробить перелік змінних фізичних факторів, що впливають на чисельне значення концентраційного потенціалу ( див. формулу)





Завдання 11.

Задача: У скільки разів змінюється значення концентраційного потенціалу, якщо температура розчину збільшується від 20 до 40 0С ( тобто в 2 рази ) ?

Завдання 12.

Задача: У скільки разів змінюється електричний опір провідника, якщо площа його поперечного перерізу ( S )зменшується в 3 рази ?
Диференціа́льний пере́різ розсі́яння - це відношення числа частинок, розсіяних в тілесний кут d Ω до потоку частинок, які падають на мішень та до величини тілесного кута, густина ймовірності розсіяння в даний тілесний кут.


Завдання 13.

Задача: У скільки разів змінюється електричний опір ( R ) реохорда схеми вимірювання концентраційного потенціалу (див. схему вимірювання) при збільшенні температури провідника реохорда на 10 0С

Завдання 14.

Задача: У скільки разів змінюється значення концентраційного потенціалу (див. формулу) при вимірюванні компенсаційним методом якщо співвідношення концентрацій С1 / C2 = const, a діаметр провідника реохорда збільшується в 2 рази ?



Завдання 15.

Задача: Під час вимірювання концентраційного потенціалу компенсаційним методом експериментально визначається таке положення повзунка “В” реохорда ( див. схему вимірювання), що відповідає значенню «0» сили струму по шкалі гальванометра “G” (див. схему). Повна довжина “АС” реохорда 100 см. На скільки відсотків змінюється опір RAB, якщо вказане положення повзунка “B” відповідає 70 % від довжини АС ?



Завдання 16 ( підвищеної складності)

Зробить пояснення: Яка експериментальна методика відображена на схемах (див. схему вимірювання) ? Значення якої фізичної величини вимірюється за допомогою вказаної схеми ?





Завдання 17 (підвищеної складності)

На мал. наведено проста схема рН-тестера, що використовується для визначення рівня концентрації іонів Н розчинів. Зробити перелік та призначення відомих вам фізичних елементів вказаної схеми приладу.





Завдання 18

Зробить пояснення до вказаних у таблиці фізичних величин ( назва, одиниці вимірювання, метод / засіб вимірювання), що потрібні для визначення концентраційного потенціалу компенсаційним методом ( див.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.
таблицю) ?






,

,

,

,



,

,

T,К

1




























2




























3




























Се­ред­­нє





























Завдання 19

Зробить пояснення до вказаної формули: Для розрахунків якої величини використовується вказана формула та які величини складають праву частину формули ?




Завдання для СРС



Тема практичного заняття


Аудиторна самостійна робота студента


Час підготовки студента до заняття (год.)

Форми позааудиторної самостійної роботи

Обов’язкові і однакові для всіх студентів

За вибором студента

Вимірювання концентраційного потенціалу компенсаційним методом

Знаходження значення концентраційного потенціалу компенсаційним методом

3,4

Розв’язування завдань, прикладів, запропонованих студентам у зошиті, оформлення робочого зошита для самостійної роботи студента

Розв’язування завдань, прикладів, які не подані в даному зошиті з літературних джерел за вибором студента


Скачати 108.38 Kb.