Додаткова література

1. Биофизика / Под ред. Ю.А. Владимирова - М.: Медицина, 1983.

2. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. - М: Висшая школа, 1996.

3. Чальш А.В. Неравновесньїе процессьі в физике и биологии. - К.: Наукова думка, 1997.

4. Чалий О.В. Синергетичні принципи освіти та науки. - К.: Віпол, 2000.

Завдання для самостійної роботи і перевірки кінцевого рівня знань

Після вивчення теоретичного матеріалу слід ознайоми­тись з еталонами розв'язку задач і виконати завдання для перевірки кінцевого рівня знань.

Типові задачі з еталонами розв'язків

Задача 1

Маємо 2 молекули в об'ємі, який розділений напів­проникною перегородкою. Намалювати можливі конфігу­рації в цій системі. Знайти: а) число мікростанів, тобто термодинамічну ймовірність; б) ентропію; в) ймовір­ність (частоту появи) кожної з конфігурацій.

Розв 'язок

Можливі конфігурації для системи з 2 молекул в заданому об'ємі представлені нарис. 5.12.

Рис. 5.12. Можливі конфігурації для молекул а і б в об'ємі з напівпроникною перегородкою.

Число мікростанів (термодинамічна ймовірність) дорів­нює

- для першої конфігурації

- для другої конфігурації

- для третьої конфігурації

Ентропія кожної з конфігурацій дорівнює

Ймовірність (частота появи) кожної з конфігурацій до­рівнює

Задача 2

Узагальнити закон Ома в диференціальній формі на випадок, коли в системіє ще й градієнт концентрації числа частинок.

Розв 'язок

Закон Ома в диференціальній формі має вигляд де - густина електричного струму; - коефіцієнт електро­провідності; - напруженість електричного поля.

Оскільки напруженість зв'язана відомим співвідношен­ням з градієнтом потенціалу електричного поля то закон Ома набуває такого вигляду:

Згідно з лінійним законом термодинаміки необернених процесів, в присутності градієнта концентрації числа части­нок маємо таке узагальнення закону Ома в диферен­ціальній формі:

де - кінетичний коефіцієнт, що відповідає за перехрес­ний процес появи додаткового внеску велектричний струм за рахунок градієнта концентрації числа частинок.

Завдання для перевірки кінцевого рівня знань

1. Записати зміну ентальпії через зміну внутрішньої енергії, об'єму і тиску. Розглянути окремий випадок ізобарної системи.

2. Записати зміну вільної енергії Гіббса через зміну ентальпії, температури і ентропії. Розглянути окремий випадок ізотерміч­ної системи.

3. В об'ємі, що розділений напівпроникною перегородкою, знахо­диться молекули. Знайти число мікростанів (термодина­мічну ймовірність) і ймовірність (частоту появи) кожної з конфігурацій.

4. Знайти ентропію кожної з конфігурацій для задачі 3.

5. В об'ємі, що розділений напівпроникною перегородкою, знахо­диться молекули. Знайти число мікростанів (термодина­мічну ймовірність) і ймовірність (частоту появи) кожної з конфігурацій.

6. Знайти ентропію кожної з конфігурацій для задачі 5.

7. В об'ємі, що розділений напівпроникною перегородкою, знахо­диться молекули. Знайти число мікростанів (термодина­мічну ймовірність) і ймовірність (частоту появи) кожної з конфігурацій.

8. Знайти ентропію кожної з конфігурацій для задачі 7.

9. Написати вираз для потоку частинок при наявності різниці концентрації і температури. Розглянути окремий випадок відсут­ності потоку частинок у такій системі.

10.Написати вираз для потоку частинок при наявності різниці концентрації і тиску. Розглянути окремий випадок відсутності потоку частинок у такій системі.

11.У системі є два градієнти (температури і концентрації) і два потоки (частинок і тепла). Записати відповідні лінійні закони і принцип симетрії кінетичних коефіцієнтів для такої системи.

12.Записати у загальному вигляді лінійний закон для густини електричного струму через мембрану. Взяти до уваги, що з обох сторін мембрани різні концентрації і потенціали електричного поля.

РОЗДІЛ 6.ОПТИЧНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ МЕДИКО-БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

"А если это так, то что єсть красота, И почему ее обожествляют люди? Сосуд она, в котором пустота. Или огонь, мерцающий в сосуде. "

М. Заболоцький

Оптичні методи знаходять дуже широке використання в теоретичній і практичній медицині. Мікроскопи, рефракто­метри, поляриметри, нефелометри, концентраційні колори­метри, спектрофотометри, лазери - це далеко не повний перелік оптичних приладів, що застосовуються в клініках, санітарно-епідеміологічних станціях, лабораторіях медико-біологічного профілю.

В широкому розумінні оптика - це наука про світло та його взаємодію з речовиною. Оптика вивчає не тільки видиму частину спектра електромагнітних хвиль тобто світло у вузькому значенні цього терміну, але й більш короткі електромагнітні хвилі - ультрафіолетове випромінювання та більш довгі електромагнітні хвилі - інфрачервоне випромі­нювання Інколи до оптичного випромінювання відносять навіть м'яке рентгенівське випромінювання та радіохвилі мілі­метрового діапазону.

Оптику умовно поділяють на геометричну, фізичну та фізіологічну.

Геометрична оптика вивчає закони поширення світла з урахуванням відбивання і заломлення світлових пучків на межах різних середовищ, пояснює умови формування оптичних зображень і нехтує такими поняттями, як довжина електромагнітної хвилі і відповідно явищами інтерференції, дифракції, дисперсії.

Фізична оптика, що вивчає природу світла та світлових явищ, у свою чергу, поділяється на окремі розді­ли: хвильова оптика, яка досліджує такі явища, як інтерфе­ренція, дифракція, дисперсія та інші, де проявляється хвильова (електромагнітна) природа світла; квантова опти­ка, яка вивчає явища, в яких проявляється квантова природа світла та нелінійний характер взаємодії оптичного (зокрема, лазерного) випромінювання з речовиною; такі розділи фі­зичної оптики, як кристалооптика, металооптика, опто­електроніка, магнітооптика, електрооптика тощо.

Фізіологічна оптика має своїм предметом дослідження зорового сприйняття (саме ця мета найкраще відповідає семантиці грецького терміну - наука про зір). Фізіологічна оптика вивчає роботу зорового аналізатора від процесів, що відбуваються в сітківці ока, до процесів формування зорових зображень в головному мозку.

Різноманітні зв'язки між природними явищами створю­ють внутрішню красу науки, пізнання якої є велика насолода для кожної людини, особливо для її творців. Водночас розвиток науки завжди проходив і проходить через "проби та помилки". Нільс Бор сказав якось, що спеціаліст - це той, хто знає типові помилки своєї професії і вміє їх уникнути. Оптика (може, як жодний з інших розділів фізичної науки) наводить дуже багато прикладів людських драм та щасливих осяянь вчених, що її створили.

Якщо у когось з студентів-медиків можуть виникнути сумніви щодо необхідності вивчення оптичних явищ, досить згадати велику кількість оптичних приладів, що використовуються в медицині і які згадувалися вище. Без цих приладів, так само як і без розуміння досить складних процесів, що відбуваються в біологічних об'єктах під дією оптичного випромінювання, неможлива плідна робота сучасного лікаря.

Один з творців операційного числення (є в математиці такий розділ, за допомогою якого можна розв'язувати диференціальні рівняння, переводячи їх з "простору оригіналів", де вони задані, у так званий "простір зображень", де ці рівняння стають алгебраїчними) Хевісайд говорив: "Чи стану я відмовлятися від свого обіду тільки тому, що я не повністю розумію процес травлення?". Нехай ця фраза надихне шановних читачів на уважне вивчення цього розділу, присвяченого оптичним методам дослід­ження медико-біологічних систем.