BioFizica Examen
Radiaţia Soarelui. Spectrul radiației Soarelui.
Cea mai puternică sursă de radiaţie termică, care condiţionează viaţa pe Pământ, este Soarele. Unele caracteristici ale soarelui: -anul „naşterii" circa 4,59 miliarde de ani în urmă. -diametrul ≈ 1,4· km. -masa soarelui ≈ 2·1030 kg. -densitatea medie 1,408·103 kg/m3. -acceleraţia gravitaţională 274 m/s2. Fluxul de radiaţie solară, ce revine la 1 m2 de frontieră a atmosferei, este de 1370 W, mărime numită constanta solară, iar la suprafaţa pământului ajunge numai 1000 W/m2.
Legea lui Stockes pentru luminescență. Spectrul de absorbție și spectrul de luminescență
Fenomenul fotoluminescenţei ca regulă se supune legii lui Stokes (1852), care are următorul enunţ: spectrul de luminescenţă în raport cu spectrul de excitare este deplasat în domeniul cu lungimi de undă mai mari.
Radiaţia Roentghen (X) de frînare. Spectrul radiației X de frânare.
Dacă vom cerceta spectrul de emisie a unui tub de raze X (Fig. 2), vom constata că el are forma unui fond continuu, pe care sunt suprapuse câteva maxime. Această compoziţie dublă corespunde unui dublu mecanism de producere: ionizant şi de frânare . Mecanismul de formare a RX de frânare Când un electron cu energia cinetică Ec trece în apropierea unui nucleu, sub acţiunea forţei de atracţie electrostatică, îşi schimbă direcţia şi este frânat, dând naştere unui foton de RX. Energia acestui foton: h niu = E(c jos) - E'(c jos)
Momentul dipolului moleculei de apă. Dependența densității apei de temperatură.
În stare lichidă apa este formată dintr-un amestec de molecule libere; monomeri; dimeri; tetrameri şi octameri . Procentul fiecărei dintre aceste fracţiuni depinde de temperatură. În intervalul de temperaturi 35 - 41 0C, în apă predomină dimerii şi ea are o activitate chimică ridicată. Devine explicabil faptul că, în decursul timpului, animalele homeoterme şi-au fixat temperatura normală a organismului în limitele intervalului menţionat. În soluţie moleculele de apă, având momente de dipoli permanenţi, se dispun în jurul ionilor. Astfel se formează structuri supra-moleculare, cu o simetrie sferică. Apa astfel legată poartă numele de apă de hidratare şi are proprietăţi net diferite de cele ale apei libere.Procesul poartă numele de hidratarea sau solvatarea ionilor. Spre deosebire de alte substanţe densitatea apei în stare solidă este mai mică decât în stare lichidă la 4°C.
Aparatul de electroforeză (pe hârtie).(CONTINUARE)
- fixând timpul final, se deconectează redresorul; - se scot benzile de hârtie de filtru din camera electroforetică, se aşază pe coala de hârtie de filtru şi se revelează cu soluţia colorant, folosind pentru aceasta bastonaşul de sticlă cu tampon de vată la un capăt. Pe fond alb apare electroforegrama alcătuită din două fâşii corespunzătoare fracţiunilor separate: albastru pentru ionii de fier şi portocaliu pentru ionii de cupru; - se determină l, măsurând distanţa parcursă de ioni de la locul depunerii până la mijlocul fâşiilor colorate; - se determină d, măsurând şi adunând lungimea benzii de sticlă organică cu înălţimile de la capetele ei până la nivelul soluţiei din cuve; - datele experimentale obţinute se introduc în tabelul 11.1.
Determinarea lungimii de undă, frecvenţei şi energiei unei cuante de radiaţie laser.
-Pe bancul optic , în suporturi speciale se instalează laserul,rețeaua de difracție și ecranul.După introducerea laserului se pune la punct sistemul optic.Distanța dintre rețea și ecran se stabilește astfel , încit pe ecran să se observe tabloul de interferență ce conține maximile de ordinele 1,2,3. -Cu ajutorul riglei se măsoară distanța L de rețea pînă la ecran și distanța S de la maximul central(n=0) pîna la maximul de ordinul I -Raportul S/L reprezintă valoarea numerică a tgØ.Unde Ø este unghiul de difracție pentru maximul de ordinul II.Folosind tabela funcțiilor trigonometrice se determină valoarea respectiva a sin Ø; -Din formula rețelei de difracție : λ=d/n*sinØ se determină lungimea de undă a radiației laser λ1=d*sinØ unde d este constanta rețelei de difracție. -Cunoscînd lungimea de undă sî viteza luminii (c=3*10^8 m/s) se determină frecvența radiației laser din relația : v1=c/ λ1. -Energia unei cuante a radiației laser cu He-Ne se determină din relația E1=h*v1(niu) , unde h-constanta lui Planck (h=6,62*10^-34 J*s); -Masurările menționate mai sus se repetă pentru maximele de ordinal II și de ordinal III
Momentele magnetice ale electronului. Frecvența Larmor. Proprietăţile magnetice ale substanţelor. Temperatura Cuire.(CONTINUARE)
Aceste substanţe se numesc feromagnetice şi sunt pe larg utilizate în practică. Pentru fiecare substanţă feromagnetică există o anumită temperatură, numită punctul Curie, la care proprietăţile feromagnetice complet dispar. Punctul Curie pentru fier este de 768 0C; pentru nichel - de 358 0C şi pentru cobalt - de 1000 0C.
Anatomia și fiziologia urechii. Recepția sunetului.
Anatomia si fiziologia urechii. Stabileste legătura dintre unda sonoră și SNC. Urechea este compusă din urechea externă, medie / int. Urechea interna e formata din pavilion, care capteaza undele sonore incidente, canal auditiv, care conduce energia sonica spre urechea medie. In canalul auditiv are loc prima amplificare a sunetului datorita fenomenului de rezonanta. Trecind prin canalul auditiv, undele sonore pun in miscare oscilatorie membrana timpanica aflata pe intrarea urechii medii. Urechea medie are o cavitate (15x5x2mm) in care se afla 3 oscioare, fiecare dintre ele cu o forma caracteristica: ciocanas, nicovala, scarita. Vibratiile membranei timpanice se transmit mai inti la ciocanas, apoi la nicovala si scarita, iar de acolo-la fereastra ovala. Oscioarele functioneaza ca o pirchie ce micsoreaza amplitudinea miscarii, marind forta. Prin aceasta se realizeaza a doua amplificare a sunetului. Urechea interna cuprinde organul de auz (cohleea) si aparatul vestibular, care este un organ de orientare spatiala si de mentinere a echilibrului, format din 3 canale semicirculare si vestibul.
Caracteristicele subiective și obiective ale sunetului. Limitele de percepere a sunetului. Câmpul auditiv. Curbe izosonice.
Caracteristicile sunetului. Analizatorul auditiv realizeaza corespondenta dintre lumea acustica fizica si lumea sanora perpetuala. 1. Inaltimea tonala are drept carespondent fizic frecventa fundamentala a semnalului acustic. Sunetele joase au frecvente mici, iar cele inalte- frecvente mari. 2. Taria sonora are drept corespondent obiectiv nivelul acustic. Sensibilitatea urechii nu e constanta in intreg domeniul al frecventelor audibile. Ea este maxima intre 2000-5000 Hz si descreste pentru frecvente mai mici si mai mari. Pentru a tine seama de sensibilitatea diferita a urechii in functie de frecventa, a fost necesar ntreducerea unei unitati de masura a tariei sonore(fonnul). Pragul de audibilitate pentru urechea normala este de 0 foni la orice frecventa, La 1000Hz, 1 fon=1dB. 3. Timbrul este o caracteristica a perceptiei sonore fiind expresia mai multor caracteristici fizice a sunetului, si anume: **compozitia spectrala a sunetului; **evolutia intensitatii la formare si la stingere.
Proprietăţile şi caracteristicile principale ale radiaţiei laser. Aplicaţia radiaţiei laser în cercetările biofizice şi practica medicală.
Coerenta - proprietatea colectiva a radiatiei, aceasta proprietate permite interactiunea intre pachetele de unde si conduce la aparitia fenomenelor de interferenta si difractie. Monocromaticitate - proprietatea de a avea o singura lungime de unda pentru toti fotonii constituenti. Directionalitate- proprietatea de a avea o directie bine stabilita, pentru fiecare fascicule laser dupa o anumita distanta. Stralucirea - proprietatea de a avea o densitate electrica mult superioara unei surse clasice de lumina.Interactiunea radiatiei laser cu substanta poate produce o serie de efecte care depind de frecventa si intensitatea energetica a radiatiei laser. Inca de la inceputul aparitiei sale laserul si-a gasit numeroase aplicatii care an de an cuprind noi domenii de activitate (meteorologie, prelucrarea si transmiterea informatiei, holografie,cibernetica etc.). totodata se observa o crestere tot mai insemnata a aplicatiilor laserului in in domeniul medico-biologic. In medicina introducerea laserului permite dezvoltarea unor tehnici medicale care sa inlocuiasca mai efficient tehnicile conventionale sau sa creeze noi modalitati de investigatie si tratament. Astfel, cu ajutorul unui dispozitiv laser care emite in infrarosu se pot face determinariale diferitor substante din singe fara sa se apeleze la recoltarea probelor sanguine.In chirurgie si microchirurgie laserul este folosit pentru tratarea glioamelor, la desprinderea unor tumori de la principalele vase de singe, la vaporizarea unor tumori din ventricule, la extirparea unor tumori cerebrale vascularizate intens, la excizia nevroamelor, la detasarea muschilor de os. Raza laser este folosita drept bisturiul classic, doar ca interventiile chirurgicale sunt nesingeroase si nu apar complicatii postoperatorii.In oftalmologie laserul este folosit in retinopatia diabetica ,la ocluzia vaselor retiniene, la prevenirea hemoragiilor, in chirurgia tumorilor pleoapei , la forme de cataracta si glaucom .Alte domenii in care se foloseste radiatia laser sunt, otorinolaringologia , dermatologia , ortopedia , traumatologie si terapie.
Structura atomului. Atomul lui Bohr.
Conform ipotezei lui De Broglie, oricărei particule cu masa m şi viteza v îi corespunde o lungime de undă asociată, care se determină din relaţia: lambda(d jos) = h/mv unde: h=6,62⋅10-34 J⋅s este constanta lui Planck. Electronii se rotesc în jurul nucleului pe orbite bine determinate.Modelul lui Bohr este un model simplu de atom cuantificat, considerat un sistem format din nucleu şi un electron, care se mişcă în jurul nucleului pe o orbită circulară. În cazul atomilor cu mai mulţi electroni, modelul lui Bohr nu mai poate explica spectrele mai complexe de emisie şi absorbţie ale acestora. În atomul cu mai mulţi electroni, aceştia acţionează nu numai cu nucleul ci şi între ei.Din această cauză expresia simplă a energiei nivelelor, dedusă pentru atomul de hidrogen şi atomii hidrogenoizi (He+; Li2+; Be3+):Pentru atomii cu mai mulţi electroni nu mai este corectă.Pentru atomii cu mai mulţi electroni, electronul periferic este atras de Z - sarcini pozitive şi cuantificarea energiei nivelurilor se realizează conform relaţiei:
Aspecte generale ale radiației termice.Radiația termică și caracteristicele acesteia.(CONTINUARE)
Corelaţia cantitativă dintre emisia şi absorbţia energiei electromagnetice a fost stabilită de către Kirchhoff în anul 1859. La temperatura constantă, raportul dintre densitatea spectrală a radianţei energetice şi coeficientul monocromatic de absorbţie este acelaşi pentru toate corpurile, inclusiv şi pentru cele absolut negre:
Corp absolut negru. Legile radiaţiei corpului absolut negru: Legea lui Stefan - Boltzmann și legea lui Wien.
Corpurile a căror coeficienţi de absorbţie sunt egali cu unitatea, pentru radiaţiile de orice lungime de undă, se numesc corpuri absolut negre Legea lui Stefan - Boltzmann: Radianţa energetică a corpului absolut negru este proporţională cu puterea a patra a temperaturii absolute. Legea lui Wien: lungimea de undă max , căreia îi revine valoarea maximă a densităţii spectrale a radianţei energetice a corpului absolut negru, variază invers proporţional cu temperatura absolută. lambda(max jos) = b/T - constanta lui Wien
Aspecte generale ale radiației termice.Radiația termică și caracteristicele acesteia.
Corpurile radiază unde electromagnetice ca rezultat al proceselor interatomice şi intermoleculare. Din toată diversitatea radiaţiilor electromagnetice, vizibile sau invizibile pentru ochiul omului, se poate evidenţia doar una, care este proprie tuturor corpurilor. Aceasta este radiaţia termică, emisă de toate corpurile a căror temperatură este mai mare decât 0 0K. La variaţia temperaturii corpului variază atât intensitatea, cât şi structura spectrală a radiaţiei termice. Numim flux () puterea medie a radiaţiei, exprimată în vaţi (W). Fluxul de radiaţie emis de 1 m2 de suprafaţă a corpului se numeşte radianţă energetică (Re), exprimată în W/m2. Capacitatea unui corp de a absorbi energia radiaţiilor electromagnetice se caracterizează prin coeficientul de absorbţie , egal cu raportul dintre fluxul de radiaţie absorbit şi fluxul de radiaţie incident:
Radiaţia X caracteristică. Spectrul radiației X caracteristice.
Când electronii puternic acceleraţi (de o tensiune V³31800 volţi) pătrund în atomii anodului, ei pot smulge electroni de pe nivelele profunde. De exemplu dacă un electron incident are o energie cinetică mai mare decât energia de ionizare a unui electron de pe pătura K, ultimul va fi expulzat. Atomul respectiv devenind excitat va reorganiza aranjarea electronilor. Când un electron de pe pătura L va ocupa locul liber de pe pătura K , se va emite un foton hν de RX. Radiaţia X formată, în rezultatul acestui mecanism, are spectru de linii, caracteristic atomilor anodului, de unde denumirea - raze X caracteristice (Fig. 2) Razele X caracteristice sunt utilizate în domeniul ştiinţific (cristalografie).
Fenomene bioelectrice. Relația lui Nernst. Modelul biopotențialului membranar a lui Nernst.
De o parte şi de alta a membranei celulare există o diferenţă de potenţial electric, generată de o repartiţie inegală a sarcinilor electrice. În stare staţionară, în aceste compartimente se stabileşte o relaţie bine determinată pentru toţi parametrii: potenţial electric, potenţial chimic, presiune, e.t.c, ceea ce defineşte echilibrul de membrană. În stabilirea echilibrului de membrană intervine o serie de factori, legaţi de caracteristicile membranei şi de particularităţile mediilor. Cel mai simplu model al sursei de biopotenţial membranar este elementul de concentraţie a lui Nernst (Fig.1). În el soluţiile ionice de diferită concentraţie a unei sări sunt separate de o membrană, care posedă permeabilitate diferită pentru cationi (Pk) şi anioni (PA). Ca urmare membrana devine polarizată. Stratul sarcinilor de partea soluţiei mai diluate are semnul ionului cu permeabilitatea mai mare. este prezentat cazul când : C1 < C2 şi Pk > PA Pentru fiecare categorie de ioni difuzibili, potenţialul electric de echilibru se defineşte ca diferenţa de potenţial pe partea interioară (Vi) şi partea exterioară (Ve) a membranei celulare.Valoarea potenţialului de echilibru (Veq) se determină din ecuaţia lui Nernst: V(eq jos) = V(i jos) - V(e jos) = - RT/ZF ln C(i jos) / C(e jos) unde: Z - sarcina ionului; F- numărul lui Faraday; Ci şi Ce - concentraţiile categoriei de ioni pe părţile respective ale membranei. Principalii ioni care intervin în echilibrul de membrană sunt: Na+, K+ şi Cl-. În tabelul 1 sunt date concentraţiile acestor ioni în mediile intra- şi extracelular, precum şi potenţialele de echilibru, calculate conform relaţiei lui Nernst, pentru axonul gigant de calmar. Principalii ioni care intervin în echilibrul de membrană sunt: Na+, K+ şi Cl-. În tabelul 1 sunt date concentraţiile acestor ioni în mediile intra- şi extracelular, precum şi potenţialele de echilibru, calculate conform relaţiei lui Nernst, pentru axonul gigant de calmar.
Ametropiile şi corecţia lor.
Defectele de vedere cauzate de incapacitatea ochiului uman de a se acomoda se numesc ametropii. Cele mai frecvente ametropii sunt miopia, hipermetropia şi prezbitismul (boala ochilor bătrâni). Ochiul miop are o convergenţă prea mare (este mai alungit decât cel normal), astfel încât focarul său imagine se află în faţa retinei. Defectul se corijează cu lentile divergente, sau cu sisteme optice centrate de lentile echivalente cu o lentilă divergentă, care să aibă focarul principal imagine in punctul remotum al ochiului miop. Ochiul hipermetrop este mai turtit decât cel normal, focarul său principal imagine este situat în spatele retinei. Defectul se corijează cu lentile convergente, care aduc imaginile pe retină. Lentila, sau sistemul optic centrat echivalent cu o lentila convergentă au focarul principal imagine in PR, astfel incat un fascicul de raze paralele incident pe sistemul format din lentila corectoare şi ochi devine un fascicul convergent.
Difracţia luminii. Reţeaua de difracţie.
Difractia luminii reprezinta fenomenul de ocolire aparenta a unui obstacol de catre o unda,cind dimensiunea obstaculului are acelasi ordin de marime cu lungimea de unda a undei incidente.*Directia printr-o fanta-o unda incidenta cu viteza v , frecventa niu , si lungimea de unda (lambda) , da nastere dupa trecere printr-o fanta,unei unde difractate,cu anumite proprietati.Potrivit principiului lui Hyugens,fiecare portiune a fantei se comporta ca un izvor de lumina.In acest fel,lumina dintr-o pozitie a fantei va interfera cu lumina dintr-o alta portiune a fantei,iar rezultatul va fi dependent doar de unghiul format. Este un fenomen complex, de compunere coerentă a radiaţiei provenită de la mai multe surse din spaţiu. În esenţă ea reprezintă ansamblul fenomenelor datorate naturii ondulatorii a luminii, fenomene care apar la propagarea sa într-un mediu cu caracteristici eterogene foarte pronunţate. Reteaua de difractie cuprinde un numar mare de fante paralele situate la distante egale. Este un sistem format dintr-un număr mare de fante realizate într-un plan opac, fante ce sunt identice, paralele, apropiate şi egal depărtate între ele. Practic reţeaua dedifracţie se obţine prin trasarea unui mare număr de zgârieturi pe o placă de sticlă, sau alt material transparent, pe metale. Rețeaua de difracție este formată din fante înguste, rectilinii, paralele, echidistante foarte apropiate.
Difuzia liberă. Legea lui Fick. Coeficientul de difuzie. Relaţia lui Einstein.
Difuzia reprezintă un transport de substanţă, între zone de concentraţie diferită sau potenţial electric diferit, datorită agitaţiei termice. În scopul vizualizării acestui fenomen, vom folosi o eprubetă, gradată şi situată vertical, care conţine o soluţie de eozină (substanţă de culoare roşie), în partea de jos şi apă pură, în partea de sus. Se va observa că moleculele de eozină treptat migrează din soluţie în apa pură. Fenomenul observat reprezintă o difuzie simplă (liberă), deoarece se realizează în lipsa intervenţiei forţelor fizice din exterior. Cantitativ difuzia, într-un mediu omogen, este descrisă de legile lui Fick. Înainte de a prezenta legile difuziei,este util de a difini termenii : flux şi gradient. Fluxul reprezintă cantitatea de substanţă, sarcină, energie etc, transportată printr-o suprafaţă în unitatea de timp. În cazul difuziei se utilizează: fie fluxul masic delta m/ delta t , fie fluxul molar delta v/ delta t. Prima lege a lui Fick:Masa de substanţă, ce difuzează normal printr-o suprafaţă oarecare, este proporţională cu aria suprafeţei, gradientul de concentraţie şi durata timpului.Prin urmare, legea lui Fick are următoarea expresie matematică: delta m = -D*S delta c^M/ delta x * delta t unde: D - coeficient de difuzie (m2∙s-1) S - aria suprafeţei de difuzie (m2) cM - concentraţia ponderală (kg/m3) Într-un mediu fluid coeficientul de difuzie se determină din relaţia lui Einştein: D = KT/f unde: f- un coeficient de frecare Pentru molecule (sau particule) sferice de rază r, care se deplasează într-un fluid cu viteza constantă V,forţa de frecare se determină din relaţia : F = 6*pi * randament *r*V D = KT/(6 pi randament r) Pentru molecule biologice coeficientul de difuziune normal are valoarea D=10-11 m2/s Legea a doua a lui Fick are următorul enunţ: Variaţia temporală a concentraţiei, în orice punct al soluţiei, este proporţională cu variaţia spaţială a gradientului de concentraţie:
Momentele magnetice ale electronului. Frecvența Larmor. Proprietăţile magnetice ale substanţelor. Temperatura Cuire.(CONTINUARE)
Direcţia acestui moment se determină după regula burghiului. Un moment magnetic este creat şi de microcurentul i, care rezultă din mişcarea electronului în jurul nucleului, fiind numit moment magnetic orbital unde: V- viteza liniară a electronului: r - raza orbitei S-a constatat că electronul realizează şi o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii, numită mişcare de spin (din engleză: spin = fus)Fig.5 Această mişcare reprezintă o sarcină electrică în deplasare,deci un microcurent, care asociază electronul cu un al doilea moment magnetic, numit moment magnetic de spin . După proprietăţile magnetice toate substanţele din natură se divizează în două clase: substanţe paramagnetice şi substanţe diamagnetice. Rolul principal al acestei divizări revine momentelor magnetice de spin ale electronilor. Paramagnetice sunt substanţele a căror atomi posedă moment magnetic permanent, deoarece o parte din momentele magnetice de spin ale electronilor din atom rămân necompensate (Fig.6) Aceste substanţe amplifică inducţia câmpului magnetic exterior. Ca exemplu, la ele aparţin: Pb; O2; Al Diamagnetice sunt substanţele atomii cărora sunt lipsiţi de moment magnetic permanent (toate momentele magnetice de spin sunt cuplate). Aceste substanţe atenuiază inducţia câmpului magnetic exterior. La ele aparţin Cu; N; H2O etc. Atât paramagnetismul cât şi diamagnetismul sunt manifestări slabe. Numai un grup mic de substanţe, din clasa celor paramagnetice, posedă proprietăţi magnetice pronunţate: fierul, cobaltul, şi nichelul.
Legea lui Stockes pentru luminescență. Spectrul de absorbție și spectrul de luminescență.(CONTINUARE)
Eczistă și abateri de la legea lui Stokes. La excitarea cu lumină monohromatică a moleculelor ce se găsesc de acum în stare excitată este posibilă luminescența, la care hn¢>hn; l¢<l. Așa fel de luminescență se numește antistokes
Momentele magnetice ale electronului. Frecvența Larmor. Proprietăţile magnetice ale substanţelor. Temperatura Cuire.
Este cunoscut că sarcinile electrice în mişcare creează câmp magnetic. Prin definiţie, moment magnetic al unui curent electric circular se consideră produsul dintre intensitatea curentului I şi suprafaţa S, limitată de circuit
Potentialul de acțiune a membranar. Propagarea potentialului de acțiune.
Excitabilitatea este o proprietate comună oricărei celule vii, însoţită de mai multe fenomene, printre care şi anumite manifestări electrice. Aspectul electric al excitaţiei constă în variaţia tranzitorie a potenţialului membranar ca răspuns la stimul, prin modificarea permeabilităţii membranei pentru diferite specii de ioni. Există 2 tipuri de răspuns electric al membranei la acţiunea unui excitant: - potenţial electronic - potenţial de acţiune (PA) Potenţialul electronic reprezintă răspunsul la stimuli slabi, aflaţi sub un anumit prag. Mecanismul generării PA este deosebit de complex, recunoscând mai multe faze
Electroforeza. Fortele care acţionează asupra unei particule încarcate în mişcare într-un mediu sub acţiunea uniu câmp electric.
Fenomenul electrocinetic, în care are loc mişcarea orientată într-un anumit mediu a particulelor încărcate electric, indiferent de provenienţa lor (ioni, particule coloidale, alte particule şi bule de gaz în suspensie etc.), sub acţiunea câmpului electric exterior, se numeşte electroforeză. Electroforeza a fost descoperită de F. Reiss în anul 1807. Deplasarea particulelor se datoreşte faptului că ele, absorbind sau adsorbind din jurul lor ioni, devin încărcate electric. În mod obişnuit prin electroforeză se înţelege migrarea particulelor coloidale purtătoare de sarcină electrică într-un câmp electric constant. Un caz particular al electroforezei prezintă separarea particulelor încărcate cu sarcină electrică de acelaşi semn, într-un câmp electric constant. Mărimea care se exprimă prin raportul dintre viteza mişcării orientate a unei particule încărcate într-un câmp electric şi intensitatea acestui câmp se numeşte mobilitatea particulei (M).
Graficul potențialului membranar de acțiune.
Formarea potenţialului de acţiune în fibra nervoasă nemielinizată AB este faza de prepotenţial - variaţia potenţialului de repaus care precede apariţia spike-ului (potenţial de vârf) BCD - spike-ul, apare numai atunci cînd stimulul depăşeşte nivelul pragului de excitaţie. Amplitudinea acestei variaţii nu depinde de intensitatea stimulului, dacă acesta a depăşit pragul de excitaţie, deci se supune legii „tot sau nimic". DE - postpotenţial negativ EF - postpotenţial pozitiv
Tensiunea superficială. Coeficient de tensiune superficială. Unităţile de măsură a coeficientului de tensiune superficială în sistemul de unităţi SI şi în practica medicală.
Fortele de tensiune superficiala iau nastere ca urmare a interactiunii moleculelor la frontiera dintre 2 faze, tinzind sa micsoreze suprafata interfetei. Pe fiecare portiune a conturului suprafetei libere, aceste forte actioneaza perpendicular pe contur si tangential la suprafata lichidului. Marimea fortei de tensiune superficiala, ce revine la o unitate de lungime a conturului suprafetei libere a lichidului este numita coeficient de tensiune superficiala σ : σ=F/l Coeficientul de tensiune superficiala se poate defini si prin relatia: σ=Δw/Δs, unde Δw- este variatia energiei libere; Δs- variatia suprafetei stratului interfazic. Rezulta ca valoarea coeficientului de tensiune superficiala este egala cu valoarea lucrului mechanic consumat pentru marirea suprafetei libere a lichidului cu o unitate. Unitatea de masura pentru coeficientul de tensiune superficiala este: -In SI: [σ]SI = N/m=J/m2 -In sistemul tolerat (CGS) [σ]CGS =dyn/cm
Interacțiunea radiațiilor electromagnetice cu materia.
Fotodetectorii Fotodetectorii sunt dispozitive dispozitive care transforma transforma un semnal luminos luminos in unul electric. Celula fotoelectrica este alcatuita alcatuita dintr-un tub vidat sau continand continand un anumit gaz inert la inert la presiune presiune redusa, care are in interior , care are in interior doi electrozi electrozi (catodul catodul si anodul). Sub actiunea actiunea radiatiilor radiatiilor electromagnetice electromagnetice fotocatodul fotocatodul emite electroni electroni care sunt antrenati antrenati in miscare miscare spre anod datorita datorita campului campului electric electric dintre anod si catod si sunt captati captati de acesta, determinand determinand aparitia aparitia unui curent electric electric ce se pate se pate masura cu ajutorul ajutorul galvanometrului galvanometrului G.
Potențial chimic și electrochimic
In functie de concentratia la care se afla, solvitul poseda o anumita energie potentiala, numit potential chimic - µk. El este atributul tuturor constituentilor dintr-o solutie si se determina din realatia: µkI=µ01+RT ln CM I (6) unde: I - componenta solvitului, CM I - concentratia molara, R- constanta universal a gazelor, T-temperature absoluta, µ01 - potentialul standart Intr-o solutie electrolitica exista si energie potential electrica, care pentru un mol de ioni se determina din relatia: µe K= VnF unde V- potentialul electronic in punctual dat, nvalenta ionului, F- numarul lui Faraday. Energia potentiala totala se numeste potential electrochimic (µe -K) si se determina din relatia: µe -K = µ0 + RT ln CM +- VnF Conform celor expuse mai sus, difuzia libera reprezinta transportul de substanta din zona cu potential electrochimic mai mare spre zona cu potential electrochimic mai mic.
Emisia spontană şi stimulată. Inversiunea populaţiilor.
Laser- amplificarea luminii prin emisia stimulata a radiatiei. Ca urmare a absorbtiei de energie un electron poate sa efectueze o tranzitie cuantica de pe un nivel de energie inferior pe un nivel de energie mai superior. Aceste stari se numesc stari metastabile si joaca un rol important in producerea fenomenului laser. Datorita unor cauze interne sau externe atomul se dezexcita electronul revenind pe nivelul energetic initial si emite un foton a carui energie este egala cu cea a fotonului absorbit. Daca electronul revine de la sine pe nivelul energetic initial fenomenul se numeste emisie spontana. Daca un astfel de electron este obligat sub actiunea unei cauze externe sa revina pe nivelul initial dupa un timp mai scurt atunci fenomenul se numeste emisie stimulata. Pentru a se produce fenomenul laser este nevoie sa existe un numar cit mai mare de atomi in stare energetica superioara, adica, este necesar sa se inverseze raportul numarului de atomi din sistem in favoarea celor excitati. Fenomenul prin care marea majoritatea a atomilor mediului activ laser se afla in stare energetica superioara se numeste inversiunea populatiilor.
Importanţa fenomenelor de tensiune superficială în practica medicală.
Lichidele biologice reprezintă soluții apoase saline , ce au coeficient de tensiune superficială mai mic decît al apei distilate.Coeficientul de tensiune superficială al serului sanguin la temperatura corpului este în jurul valorii de 67 dyn/cm.Valoarea normală este modificată de prezența unor substanțe sau procese patologice.O metodă rapidă de punere în evidență a prezenței sărurilor și acizilor biliari în urină este proba Hay.Determinarea se face presurînd pe suprafața urinei dintr-un pahar Berzelius un vîrf de cuțit de floare de sulf.Dacă floarea de sulf se umizește și cade la fund , prezența unor constituenți tensioactivi este neîndoielnică.Rămînerea la suprafață a florii de sulf indică absența acestora.
Fenomene fizice în care are loc polarizarea luminii. Dicroismul.
Lumina naturala poate fi polarizata prin reflexie, refractia, dubla refractie,interferenta. Reflexia luminii este fenomenul de schimbare a directiei de propagare a luminii la suprafata de separare a douг medii, lumina intorcindu-se in mediul din care a venit. Apare la suprafata de separare intre doua medii optice. Refractia luminii este schimbarea directiei luminii la trecerea dintr-un mediu transparent in altul. Birefringenta este dubla refractie Dicroismul este proprietatea unor substante birefringente de a absorbi o raza mai mult decit alta.
Luminescenţa.Tipuri de luminescenţâ. Fotoluminescenţa.
Luminescenţa reprezintă radiaţia suplimentară a corpului, în raport cu radiaţia lui termică la temperatura dată, care durează un timp mult mai îndtlungat decît perioada undelor de lumină. Radiaţia termică, în domeniul vizibil, are loc când temperatura corpului radiant este de câteva sute sau mii de grade, pe când luminescent el poate fi la orice temperatură. Din acest motiv, luminescenţa deseori este numită radiaţie rece. Luminescenţa poate fi clasificată după tipul de excitare: -ionoluminescenţa, excitată de ioni -catodoluminescenţa, excitată de electroni -radioluminescenţa, --------de radiaţie nucleară -rentgenoluminescenţa,----de raze X -fotoluminescenţa,-----------de radiaţie optică -chemiluminescenţa,---------de reacţii chimice. Luminescenţa organismelor legată de procesele vitale se numeşte bioluminescenţă. Ea se observă la unele bacterii, ciuperci,insecte, licurici. Fotoluminescenţa, la rândul său, se clasifică în fluorescenţă (de scurtă durată) şi fosforescenţă (de lungă durată). După mecanismul proceselor elementare,sunt atestate fotoluminescenţe: de rezonanţă, spontană, stimulată şi de recombinare. Actul iniţial al fotoluminescenţei este excitarea atomului sau moleculei cu un foton din exterior. În cel mai simplu caz atomul, revenind în starea iniţială, radiază un foton de luminescenţă identic celui incident
Mobilitatea ionilor. Unităţile de măsură a mobilităţii în sistemul de unităţi SI şi practica medicală.
M = v/E Mobilitatea particulei este o mărime numeric egală cu viteza mişcării ei uniforme, sub influenţa câmpului electric a cărui intensitate este unitară.
Membrane artificiale Utilizarea membranelor artificiale în medicină la dializă. Rinichiul artificial.
Membranele artificiale,selectiv-permeabile, cum sunt cele din celofană, sau din diferite materiale plastice, îşi găsesc numeroase aplicaţii în cercetările ştiinţifice şi practica farmaceutică. Punctul comun al tuturor acestor materiale este că ele sunt substanţe poroase, care permit trecerea micromoleculelor şi reţin macromoleculele. Drept criteriu în definirea unei macromolecule se acceptă masa moleculară, care convenţional trebuie să depăşească 5000 daltoni (D). 1D = 1,6∙10^-27 kg În practica medicală, de exemplu, pe larg este folosită membrana artificială pentru dializă. Procedura dializei are principiul funcţionării rinichiului artificial şi permite de a purifica, peste fiecare 2-3 zile, sângele pacientului cu insuficienţă renală. Dispozitivul utilizat reprezintă un sistem de tuburi capilare, cu pereţi membranari, prin care în timpul procedurei circulă permanent sângele. Pe lângă aceste tuburi, în direcţie opusă, circulă lichidul de dializă. Membrane echivalente cu membrana de dializă, pot fi utilizate pentru purificarea soluţiilor ce conţin particule de diferite dimensiuni, în cercetările fizico-chimice şi farmaceutice.
Difuzia prin membrane artificiale. Membrane pentru dializă.
Membranele artificiale,selectiv-permeabile,cum sunt cele din celofană, sau din diferite materiale plastice, îşi găsesc numeroase aplicaţii în cercetările ştiinţifice şi practica farmaceutică. Punctul comun al tuturor acestor materiale este că ele sunt substanţe poroase, care permit trecerea micromoleculelor şi reţin macromoleculele. În practica medicală, de exemplu, pe larg este folosită membrana artificială pentru dializă. Procedura dializei (Fig. 2) are principiul funcţionării rinichiului artificial şi permite de a purifica, peste fiecare 2-3 zile, sângele pacientului cu insuficienţă renală. Dispozitivul utilizat reprezintă un sistem de tuburi capilare, cu pereţi membranari, prin care în timpul procedurei circulă permanent sângele. Pe lângă aceste tuburi, în direcţie opusă, circulă lichidul de dializă.Schema de principiu a unui dispozitiv,pentru realizarea procedurii de dializă,precum şi mecanismul de purificare a sângelui sunt redate în Fig. 2 şi 3. Membrane echivalente cu membrana de dializă, pot fi utilizate pentru purificarea soluţiilor ce conţin particule de diferite dimensiuni, în cercetările fizico-chimice şi farmaceutice.
Construcţia polarimetrului. Polarimetria.
Metoda de analiza cantitativa si calitativa a diferitor substante optic active prin folosirea luminii polarizate se numeste polarimetrie. Polarimetria este bazata pe masurarea ungiului cu care o anumita cantitate de substanta optic activa roteste planul luminii polarizate. Aparatele utilizate pentru masurarea unghiului de rotire al planului de vibratie a luminii polarizate se numesc polarimetre. Cel mai simlu polarimetru consta din doi nicoli identici polarizatorul P si analizatorul A. substanta optic active se introduce in tubul T. Rotirea analizatorului care este necesara pentru obtinerea aceluiasi cimp, care a fost stabilit in lipsa substantei, ne da unghiul cu care substanta optic active a rotit planul de polarizare a luminii polarizate. Deoarece nicolii sunt costisitori in unele polarimetre in calitate de polarizator se folosesc polaroizii.
Avantagele utilizarii analizei fotoluminescenții în medicină.
Metoda de cercetare a diferitor obiecte,bazata pe luminiscenta lor se numeste analiza luminiscenta. Se cerceteaza luminiscenta proprie a obiectului iar in cazul cind obiectul nu este luminescent se cerceteaza luminiscenta luminuforului care se prelucreaza preventiv obiectul. Este folosita pe larg in diagnosticarea diferitor maladii de piele,in criminalistica si alte domenii.Sta la baza microscopului luminiscient. Terapia cu diode luminiscente (LEDT) este o forma de fototerapie care implica aplicarea unei lumini monocromatice peste tesut biologic pentru a declansa un efect biomodulativ in interiorul tesutului.
Apa. Compoziţia şi structura moleculei de apă.
Molecula de apă H2O se consideră o asociere a unui ion O- şi a doi ioni H+. Fiecare legătură O-H+ reprezintă dipol electric. Aceşti dipoli au momente egale după modul. Dacă aranjarea lor ar fi liniară, momentul rezultant al moleculei ar fi egal cu zero. Însă, argumentele obţinute experimental au confirmat că molecula de apă are caracter dipolar permanent. Rezultă că structura moleculei de apă trebuie să fie triunghiulară. Mărimea unghiului format de legăturile covalente OH şi OH s-a determinat prin metoda de difracţie cu raze X. μ- Momentul dipolului electric μ = ql 1,84 debye(D); 1D = 3,336×10-30 C·m)
Inregistrarea potenșialului de acșiune la cordul de broască.
Organismele vii conţin o cantitate considerabilă de apă în care sunt solvite săruri minerale. În aceste condiţii, mediile biologice sunt bogate în ioni - purtători de sarcini electrice. Bioelectrogeneza (geneza biologică de potenţiale electrice) este legată de diferenţa de potenţial electric între faţa interioară şi cea exterioară a membranei celulare. Aceste diferenţe de potenţial sunt de ordinul 50-100 mV, potenţialul fiind negativ în interior faţă de exteriorul membranei celulare. Potenţialul transmembranar este cauzat de diferenţele de concentraţie intra şi extracelulară a ionilor Na+, K+ şi Cl - . Aceste diferenţe de concentraţii se datorează activităţii pompei de sodiu-potasiu şi în măsură mai mică datorită echilibrului Donnan.
Formula lui Bernoulli. Utilizarea ei la sistemul vascular. Presiunea sângelui circulant (dinamică și medie).
P + (ro*niu^2)/2 + ro*g*h = const Această relaţie reprezintă ecuaţia lui Bernoulli unde: P-presiunea statică; - presiunea dinamică - presiunea hidrostatică Presiunile statică, dinamică şi totală pot fi uşor măsurate cu un dispozitiv simplu, numit cateterul dublu a lui Pitto. Acest dispozitiv deseori este utilizat şi pentru determinarea vitezei de curgere a fluidului. Pentru orişice lichid, inclusiv şi sângele există o anumită valoare a vitezei υkr,începând cu care viteza laminară trece în mişcare turbulentă. Viteza particulelor în acest caz se schimbă haotic, straturile se amestecă- apar vîrtejuri locale. Turbulenţa în mare măsură duce la mărirea rezistenţei hidrodinamice a lichidului ce curge. Pentru efectuarea măsurărilor, manşeta se înfăşoară în jurul braţului, între umăr şi cot. La început diferenţa dintre presiunea aerului din manşetă şi cea atmosferică este egală cu zero, prin urmare manşeta nu comprimă braţul şi artera. Pe măsura pompării aerului în manşetă, creşte presiunea exercitată de aceasta, asupra arterei humerale şi la un moment dat, opreşte curgerea sângelui. Aceasta are loc atunci, cînd presiunea aerului în manşetă, indicată de manometru, este mai mare decât presiunea arterială. Deschizând încet robinetul, se ajunge la momentul cînd presiunea aerului din manşetă devine egală cu cea sistolică - sângele capătă posibilitatea să treacă prin lumenul mic al arterei, curgerea devenind turbulentă. În timpul măsurării presiunii, medicul punând stetoscopul pe arteră, ascultă tonurile şi zgomotele caracteristice, de care este însoţit acest proces. Prelungind micşorarea presiunii în manşetă se ajunge la momentul restabilirii curgerii, în regim laminar (dispare zgomotul curgerii turbulente). Presiunea, indicată de manomentru, în acest moment, se consideră egală cu presiunea arterială diastolică.
Determinarea coeficientului de vâscozitate prin metoda lui Ostwald. Deducerea formulei de lucru, utilizând legea lui Poiseuille.
Poiseuille a stabilit că volumul de lichid V scurs într-un interval de timp t este dat de relația : πr4Δp/8ηl * t. Fie t timpul de curgere al lichidului cercetat si t0 - de curgere al apei distillate. Deoarece lungimea si raza capilarului precum si volumele scurse V si V0 are loc relatia: πr4Δp/8ηl * t= πr4Δp/8η0l * t0 Simplificind, obtinem: Δp t/η=Δp0t0/ η0 Curgerea lichidului se face sub presiunea exercitata de greutatea proprie a coloanei de lichid, deci rezulta: ΔP=pgh ΔP0=p0gh unde h este inaltimea coloanei. Inlocuind, obtinem: p g h t/ η = p0 g h t0/ η0, de unde η/η0 = p/p0 * t/t0 Valoarea lui η poate fi usor calculata dupa formula : η= η0pt/ p0t0
Pompajul fotonic.Volumul substanţei active ca rezonator. Mecanismul de funcţionare a laserului cu gaz.
Pompajul fotonic reprezinta procesul prin care are loc trasmiterea de energie necesara pentru realizarea inversiunii populatiilor.Realizarea pompajului fotonic se poate face pe diferite cai:fotonica,electrica sau chimica.Sursa de energie care permite excitarea atomilor se numeste sursa de pompaj.Dupa obtinerea inversiuneii populatiilor,drept initiator al procesului de emisie stimulata poate servi chiar unul din fotonii emisi de un atom excitat al mediului activ laser,care stimuleaza producerea altor fotoni.Pentru a evita pierderea spre exteriorul mediului activ a primilor fotoni stimulati si totodata pentru a lungi traiectoria acestora prin mediul activ,se impune existenta unei cavitati rezonante,care obliga fotonii sa ramina un timp mai indelungat in multimea de atomi excitati ,asigurind astfel o amplificare a radiatiei. Pentru a obtine inversiunea populatiilor , deseori in calitate de mediu activ laser,este folosit un amestec a doua gaze.Pompajul fotonic se realizeaza prin descarcarea electrica in amestec.In laserul cu heliu-neon rolul gazului de baza apartine atomilor de neon , iar rolul gazului adaugat atomilor de heliu.Prin ciocnire are loc transferul de energie de la atomi de heliu la atomii de neon.Tranzitiile stimulate in cavitatea rezonanta produc fasciculul laser.Ferestrele Brewster joaca un rol deosebit in constructia laserelor cu gaz , asigurind : * evitarea pierderilor energetice ale radiatiei la iesirea si intrarea in tubul de descarcare electrica; *polarizarea fasciculului laser intr-un anumit plan;*schimbarea tubului de descarcare electrica;
Biopotențialul membranar de repaos. Schema de înregistrare a potentialului membranar.
Potenţialul membranar de repaus este reprezentat de pozitivarea externă şi negativarea internă a membranei şi este generat de: - migrarea lentă şi în mod deosebit pasivă a K + din interiorul celulei - unde se găseşte în concentraţie mai mare, la exteriorul acesteia şi - influxul Na+ şi Cl- care, aflându-se în densităţi mult crescute în spaţiul extracelular, au tendinţa de a migra în interiorul celulei. Potenţialul membranar de repaos poate fi măsurat foarte simplu cu ajutorul unui milivoltmetru şi a doi electrozi.
1. Disocierea moleculei de apă. Noţiune de pH. Valoarea pH-lui pentru diferite lichide biologice.
Prin noțiunea de pH se exprimă cantitativ aciditatea (sau bazicitatea) unei substanțe, pe baza concentrației ionilor numiți hidroniu H3O+. Pentru soluțiile foarte diluate se consideră că pH-ul nu mai este egal cu concentrația hidroniului, ci cu concentrația molară a soluției. H2O → H+ + OH- H+ + H2O → H3O+ Hidroniu La 25 °C [H+]=[OH-]=10-7 mol/l pH=-lg[H+] la 25 °C pH=7 soluţie neutră pH=7 soluţie bazică pH>7 soluţie acidă pH<7
Dispozitive de polarizare. Prisma Nicol (nicolul). Polaroidul.
Prisma Nicol- Cristal de spat de Islanda. Cristalul se taie dupa diagonala mica, si fetele se lipesc cu balsam de Canada. Prin difractie apar doua raze polarizate cu planele de vibratie. -Raza ordinara se supune legii refractiei -Raza extraordinara nu se supune legii refractiei Balzamul Canadian are pentru raza extraordinara un indice de refractie apropiat cu spatul de Islanda, si ea va trece putin schimbata prin Nicol. Raza ordinara sufera reflexie totala in Prisma Nicol. Polaroidul- pelicula transparenta de celuloid cu un numar mare de cristale mici orientate de substanta anizomorfadicroica care polarizeaza lumina si absoarbe raza ordinara.
Rezistența vasculară.
Rezistenta vasculara se calculeaza, prin analogie cu legea lui Ohm ca fiind raportul dintre diferenta presionala ce realizeaza deplasarea unui anume volum sangvin în unitatea de timp si respectivul debit sangvin: R = delta p / Q unde delta p reprezinta diferenta presionala masurata în mm Hg, R reprezinta rezistenta vasculara, iar Q reprezinta debitul sangvin în l/minut. Acest raport este înmultit în mod obisnuit cu 80 (79,9) pentru a exprima rezultatele în dyne/sec cm^-5.
Momentul magnetic al nucleului. Rezonanţa magnetică nucleară.
Rezonanța Magnetică Nucleară, RMN, este o tehnică spectroscopică nucleară foarte des folosită în chimie, chimie fizică,medicină nucleară, biofizică și inginerie nucleară pentru determinarea structurii diverșilor compuși chimici, în biochimie pentru determinarea structurii proteinelor fiind singura tehnică destinată determinării structurii proteinelor în soluție (condiții mult mai apropiate de cele native) sau în imagini diagnostice medicale sau radiologice pentru determinarea caracteristicilor fizico-anatomice a unor organe sau țesuturi. De la bun început trebuie specificat faptul că în RMN experimentele se realizează pe nucleii atomilor și nu pe electronii acestora, deci informația furnizată se referă la poziționarea spațială a acestor nuclei în compusul chimic studiat. Acești nuclei au o proprietate intrinsecă numită spin dar pentru a explica fenomenologia care se ascunde în spatele acestei tehnici trebuie să ținem cont de următoarele considerente fizice: · Orice sarcină electrică în mișcare generează în jurul său un câmp magnetic. Același lucru se întâmplă și în cazul nucleilor (sarcini electrice pozitive) când, datorită rotației în jurul propriilor axe, se generează un câmp magnetic caracterizat printr-un moment magnetic μ, proporțional și de sens opus cu spinul nucleului I. În RMN nucleii de interes sunt acei nuclei care au valoarea I=1/2 (1H, 13C, 15N, 19F, 31P). · Dacă așezăm un nucleu atomic într-un câmp magnetic extern Bo, atunci vectorul moment magnetic va putea fi paralel (I=+1/2) sau antiparalel (I=-1/2) cu direcția acestui câmp. Trebuie specificat faptul că energia sistemului antiparalel este mai mare decât energia sistemului paralel, iar această diferență este direct proporțională cu valoarea câmpului Bo (ΔE=μB/I). · Dacă iradiem nucleul cu un câmp de radiofrecvențe RF pe o direcție transversală câmpului constant Bo, acest câmp transportând o energie egală cu ΔE, atunci nucleul (spinul) se va excita trecând din starea de energie +1/2 în starea de energie -1/2 caracterizată prin energie mai mare. · Dar cum în condiții naturale, orice sistem fizic tinde spre o stare de energie cât mai mică acest nucleu se va relaxa revenind la starea +1/2 și emițând un alt câmp de radiofrecvențe din a cărui parametri (frecvență) se obțin informații despre natura nucleului (poziția în moleculă, respectiv tipul). v0= W(0 jos) / 2pi se numeste frecventa Larmour. Sub actiunea Radiatiei electromagnetice de radio fotonii carora poseda energia E=hטּ0 unde טּ0 corespunde frecventei Larmour au loc 2 fenomene. · Un numar considerabil cu spin parallel absorbind energia fotonilor incidenti sufera o inversiune de spin si trec in orientarea antiparalela. · Miscarea de precesie a tuturor protonilor se efectueaza in aceeasi faza.Asta si este fenomenul de rezonanta. Peste un scurt timp dupa introducerea RMN in arsenalul diagnostic al medicinii contemporane termenul nuclear a fost exclus pentru a nu produce asociatia cu arma nuclear.actualmente in literature medicala mondiala e folosit termenul tomografie de rezonanta magnetic (TRM). (pag 164).
Fenomene capilare. Formula lui Laplace. Embolia gazoasă.
Ridicarea lichidului aderent si coborarea lichidului neaderent intr-un tub capilar are loc sub actiunea presiunii suplimentare create de suprafata curba a meniscului. Valoarea acestei presiuni depinde de raza de curbura r a meniscului si de tensiunea superficiala a lichidului, conform formulei lui Laplace: ΔP=2 σ / r Daca in lichidul din capilar se afla o bula de gaz si presiunile la capetele capilarului sunt egale, atunci sunt egale si razele celor 2 curburi. Prin urmare si presiunile suplimentare sunt egale. Cind o presiune din exterior pune lichidul in miscare are loc modificarea ambelor meniscuri. Rezultanta acestor presiuni se opune presiunii din exterior. La un numar n de bule de gaz aceasta presiune poate deveni egala cu valoarea presiunii din exterior sint in rezultat curgerea prin capilare se va stopa. Cind mai multe bule de gaz nimeresc in capilarele sistemului vascular sangvin se formeaza embolia gazoasa.
Importanţa luminii polarizate în cercetările biologice şi practica medicală.
Se utilizeaza la determinarea activitatii optice a albumunei din serul sangvin,cu scopul de a diagnostica cancerul,sau in clinica practica la determinarea concentratiei glucozei si albuminei in urina la bolnavii de diabet. Se utilizeaza pentru determinarea izotropiei si anziotropiei optice a diferitor elemente histologice precum si la verificarea lor: lame osoase,fibre de colagen,cromatina,fibre nervoase,fibre mielinice,cartilaje osoase. Actualmente in laborator se pot obtine subst optic active in afara actiunii organizmelor,numai prin fotosinteza in lumina circulara polarizata.
Conductivitatea soluțiilor. Determinarea conductivitâţii soluţiilor cu ajutorul punţii Colhrausch.
Soluţiile electrolitice sunt bune conductoare de curent electric. Rezistenţa electrică a unei soluţii electrolitice cu rezistivitatea r se determină din relaţia: R=ro l/S unde :S - suprafaţa electrozilor în m2 l - distanţa dintre electrozi în m r - rezistivitatea în W×m Conductivitatea electrică este mărimea inversă a rezistivităţii şi se exprimă prin relaţia: X=1/ro Se mai foloseşte şi unitatea Siemens m^(-1) Electroconductivitatea soluției poate fi determinată cu ajutorul formulei Kolrauș, știind mobilitatea cationilor U+ și anionilor U - (pentru electrolitul ce constă din două tipuri de ioni) cu valența Z. X=FC^M*Z*alpha(M(+ jos) + M(- jos)) C^М- concentrația molară F - numărul lui Faradai=96500 Кл/кмоль Conductivitatea soluției poate fi determinată experimntal utilizând schema electrică numită Puntea Kohlrausch. Conductivitatea soluţiilor poate fi determinată experimental, utilizând schema electrică ,numită puntea lui Kohlrausch. Unde: R - rezistenţa soluţiei din cuva de măsurare. R1 şi R2 - rezistenţe variabile;R3 - rezistenţă cunoscută.Schema este alimentată cu curent electric alternativ de 1000 Hz, pentru a evita polarizarea electrozilor.Variind mărimea rezistenţelor R1 şi R2 puntea se echilibrează- galvanometrul semnalizează lipsa curentului.
Transportul activ. Pompa de Na+- K+.
Transportul moleculelor şi ionilor contra gradientului electrochimic, realizat de celulă din contul energiei proceselor metabolice, se numeşte transport activ. De exemplu, la om în repaus circa 30-40% din energia proceselor metabolice este cheltuită pentru asigurarea transportului activ. Complexele enzimatice care efectuează transportul activ se numesc pompe de transport activ. Există diverse sisteme de transport activ, însă cel ami răspândit, prezent la toate celulele vertebratelor, este pompa de Na+ - K+. Pompa de sodiu-potasiu este de o mare importanţă fiziologică. Gradientul ionilor de Na+ şi K+ controlează volumul celulelor, determină excitabilitatea nervilor şi muşchilor. Date recente confirmă că pompa de Na+- K+ poate funcţiona în câteva regimuri. Ea poate transporta ionii de potasiu şi sodiu în raporturi 1:1, 1:2, 1:3, 2:3, şi în sfârşit pot fi transportaţi ionii de Na+, în lipsa transportului ionilor K+. Este necesar de menţionat că sistemele de transport activ reprezintă cel mai efectiv mecanism, care determină permeabilitatea selectivă a membranelor celulare.
Transportul pasiv prin membrană. Transportul facilitat.
Transportul pasiv reprezintă mișcarea moleculelor prin peretele celular în direcția gradientului de concentrație. Pentru acest tip transport se folosește energia cinetică și entropia moleculelor în mișcare, astfel că pentru realizarea sa celula nu folosește o sursă de energie propriu-zisă, cum este în cazul transportului activ. Cele patru tipuri principale de transport pasiv sunt difuziunea, difuziunea facilitată, filtrarea și osmoza. Tipuri de transport pasiv: -presupune transportul in virtutea unor gradiente pina se instaleaza starea de echilibru. -se desfasoara in ambele sensuri,gradientul de concetratie stabilind marimea difuziunii nete. Mulţi factori nutritivi necesari celulei, fiind molecule hidrofile relativ mari, nu pot traversa membrana prin difuzie simplă. În acest caz se apelează la un transport mediat de molecule transportoare, mecanism numit difuzie facilitată. Molecula transportoare recunoaşte molecula pentru care este specifică şi o introduce în celulă sub acţiunea gradientului electrochimic. Există mai multe modele de transport facilitat, unul dintre care, numit modificare conformaţională
Fenomene bioelectrice. Relația lui Nernst. Modelul biopotențialului membranar a lui Nernst. (CONTINUARE)
Un echivalent reprezintă cantitatea de substanţă care conţine NA sarcini electrice elementare. Potenţialul membranar rezultant (Vm) se determină din relaţia lui Goldman: unde: [ ] - concentraţia; P - permeabilitatea membranei.
Unde sonore. Parametrii undelor sonore. Analiza Fourie.
Unde sonore.Sunetele reprezinta unde mecanice longitudinale, care se transmit prin mediile materiale. Undele sonore nu se propaga in vid. Petru sunetele percepute de ureche omului banda de frecvente este de la 16-20Hz. Frecventa (v) este caracteristica sursei sonore independent de mediu, pe cind lungimea de unda, care depinde de viteza sunetului, variaza in functie de mediu. In baza teoriei lui Fourier: orice miscare periodica poate si caonsiderata ca superpozitia unui numar finit sau infinit de miscari sinusoidale de diverse amplitudini, frecvente carora sunt multiple ale frecventei fundamentale. Intr-un anumit complex se disting: -o miscare oscilatorie periodica ne sinusoidala; -un sunet fundamental de frecventa V; -un anumit numar de armonice cu frecvente mai mari, multiple frecventei V
Aspecte generale ale radiației termice.Radiația termică și caracteristicele acesteia.(CONTINUARE)
Unde: el este densitatea spectrală a radianţei energetice a corpului negru. Această lege, matematic, poate fi exprimată şi prin relaţia:
Scara radiaţiilor electromagnetice. Lumina nepolarizată şi plan polarizată.
Undele electromagnetice ale caror lungimi de unda sunt cuprinse intre 10 nm si 10^6 nm alcatuiesc spectrul optic,o portiune mica din acest spectru 400nm-760nm perceputa de ochiul omului reprezinta spectrul vizibil sau lumina,care poate fi de mai multe tipuri: Lumina nepolarizata- lumina in care oscilatia si directia vectorului P se afla intr-un plan perpendicular pe planul de propagare. Lumina planpolarizata- lumina in care oscilatiile tuturor vectorilor de lumina au loc numai in plane paralele.
Substanţe optic active. Unghiul de rotire specifică.
Unele substante, datorita prezentei unuia sau a mai multor atomi de C asimetrici, poseda proprietatea de a roti planul de polarizare a luminii incidente. Astfel de substante se numesc substante optic active. Dava planul se roteste spre dreapta substanta se numeste dextrogira, daca roteste spre stinga se numeste levogira. []este unghiul de rotire specifica a substantei optic active, care se determina conventional la temperatura de 20 0C si pentru lungimea de unda ?=589.4 nm(linia galbena D a flacarii de sodiu) si se noteaza astfel[ ] . Unghiul de rotire specifica [?] a substantei optic active depinde de natura substantei, de temperatura ei si de lungimea de unda a luminii ce trece prin ea.
1. Metode de determinare a coeficientului de tensiune superficială:
a)metoda desprinderii inelului- deducerea formulei de lucru; Fie un inel de metal pentru care lichidul cercetat este aderent. Inelul se aduce in contact cu suprafata libera a lichidului; la inel adera un strat subtire de lichid, asupra caruia actioneaza fortele superficiale, care se compun intr-o rezultanta Ft Luind in consideratie faptul ca stratul mentionat are 2 suprafete, forta rezultanta a tensiunii superficiale se determina din relatia: Ft = 2 π r1 σ + 2 π r2 σ = 2 π σ (r1+r2) unde: σ-coeficientul de tensiune superficiala; r1 - raza interioara a inelului; r2 - raza exterioara a inelului; Pentru ca sa desprindem inelul de pe suprafata lichidului, trebuie sa actionam cu forta F: F=Ft Determinind aceasta forta, cu ajutorul unei balante de torsiune si tinind cont de relatia de mai sus, obtinem formula: σ = F/ π (d1+d2) unde d1 si d2 sunt diametrele respective ale inelului. b)metoda ruperii picăturilor (metoda stalagmometrică)-deducerea formulei de lucru. O picatura de lichid de masa m se va desprinde de gura capilarului daca greutatea picaturii devine egala cu forta de tensiune superficiala: G=F sau mg= σ l -mg=2 π r σ , unde r-raza raza capilarului, l=2 π r - lungimea conturului gurii capilarului. Daca notam cu M masa lichidului si cu n numarul picaturilor de masa m putem scrie: M=m.n. Masa unei picaturi se poate exprima in functie de densitatea p si volumul V al lichidului: M=p Vèm n= p V, deci m= p V/n Inlocuind pe m din ultima relatie, obtinem: p V/n . g = 2 π r σ Pentru solutia de referinta vom avea: p 0V/n 0 . g = 2 π r σ 0 , unde σ 0 - coeficientul de tensiune superficiala al apei distilate; V-volumul lichidului; p 0 - densitatea apei distilate; n 0 - nr. picaturilor de apa distilata. Impartind ultimele 2 relatii, obtinem: p n 0 / p 0 n = σ/ σ 0 Relatia din care se poate exprima coeficientul de tensiune superficiala a solutiei: σ = σ 0 . n0p / np0 Stalagmometrul Traube reprezinta un capilar fixat vertical intr-un stativ. Portiunea de mijloc a capilarului reprezinta un rezervor cu volumul V, delimitat cu un reper superior A si unul inferior B. La extremitatea superioara se gaseste atasat un tub de cauciuc, cu ajutorul caruia se aspira lichid in stalagmometru.
Producerea şi emisia radiaţiei X. Tubul lui Coolidge.
În anul 1895, savantul german Roentgen a descoperit o radiaţie extrem de penetrantă. Pentru a sublinia natura necunoscută a acestei radiaţii, la momentul descoperirii, savantul a numit-o raze X. Printr-o serie de experienţe s-a constatat că această radiaţie este de natură electromagnetică, cu lungimea de undă de ordinul 10-10 m. În prezent sunt bine cunoscute nu numai natura, ci şi modul de producere, proprietăţile, interacţiunea cu materia, domeniile de utilizare, însă denumirea tradiţional a rămas aceiaşi - raze X (R. X). Pentru a produce raze X trebuie ca electronii puternic acceleraţi să bombardeze un corp metalic.Schema de principiu a dispozitivului de bază, utilizat în acest scop, este reprezentată în Fig. 1. Electronii sunt emişi de filamentul catodului încălzit de curentul Ic de câţiva amperi şi acceleraţi spre anod de o diferenţă de potenţial V de zeci de kV. însă denumirea tradiţional a rămas aceiaşi - raze X Deplasarea electronilor de la catod spre anod corespunde unui curent de direcţie inversă, cu intensitatea i de câţiva miliamperi, numit curent anodic.Marimea acestui curent pentru tubul dat depinde de temperatura filamentului şi de diferenţa de potenţial . Când electronii puternic acceleraţi (de o tensiune V³31800 volţi) pătrund în atomii anodului, ei pot smulge electroni de pe nivelele profunde. De exemplu dacă un electron incident are o energie cinetică mai mare decât energia de ionizare a unui electron de pe pătura K, ultimul va fi expulzat. Atomul respectiv devenind excitat va reorganiza aranjarea electronilor. Când un electron de pe pătura L va ocupa locul liber de pe pătura K , se va emite un foton hν de RX.
Apa grea (D2O) şi apa tritiată (T3O). Proprietâțile apei H2O şi D2O
În ceea ce privește acțiunea biologică a apei grele, s-a observat că începând de la o anumită concentrație, încetinește fenomenele metabolice.Se observa o inhibare a diviziunii celulare, a transportului activ și a concentrației musculare.Generează modificări profunde în funcția miocardului, ridică pragul de excitabilitate.Toate aceste fenomene își găsesc explicație dacă se presupune că în procesele energeticii celulare, posibil în sinteza ATP, protonul foacă un rol deosebit, ce nu poate fi îndeplinit de neuron. Mikhail Shchepinov, fost om de știință al Universitîții Oxford, crede că apa grea modificată protejeaza organismul împotriva chemicalelor periculoase, cunoscute sub denumirea de radicali liberi.Se știe că acestea contribuie la apariția cancerului și a Parkinson-ului. Cercetările specialistului sunt bazate pe experimente desfășurate pe viermi și pe insecte.Viermii au devenit cu zece la suta mai longevivi, iar drosophila și-a prelungit viața cu 30 la suta în urma consumării apei grele.El consideră că consumul de apă grea ne-ar prelungi viețile cu până la 10 ani.
Radiaţia Roentghen (X) de frînare. Spectrul radiației X de frânare.(CONTINUARE)
În dependenţă de distanţa traectoriei electronilor de la nucleu (care poate fi oricare) energia fotonilor de frânare variază de la 0 până la Emax ( când toată energia cinetică a electronului incident este comunicată fotonului de RX), formând un spectru continuu.
Clasificarea radiațiilor electromagnetice și caracteristicele acesteia
În funcție de frecvența sau lungimea de undă cu care radiația se repetă în timp, respectiv în spațiu, undele electromagnetice se pot manifesta în diverse forme. Spectrul radiațiilor electromagnetice este împărțit după criteriul lungimii de undă în câteva domenii, de la frecvențele joase spre cele înalte: radiațiile (undele) radio microunde radiații infraroșii, radiații luminoase, radiații ultraviolete, radiații X (Röntgen), radiații "γ" (gamma - literă greacă). Undele radio - se folosesc și pentru transmiterea semnalelor de televiziune, pentru comunicații prin satelit și telefonie mobilă. Microundele sunt folosite atât în comunicații cât și în cuptorul cu microunde, care se bazează pe absorbția relativ puternică a radiațiilor de această frecvență în apă și materiile vegetale și animale. Undele milimetrice se folosesc de exemplu în astronomie. Undele terahertziene au început abia de curând să fie cercetate și folosite în aplicații practice. Radiația (lumina) infraroșie este foarte utilă în analize fizico-chimice prin spectroscopie. De asemenea ea se mai utilizează pentru transmiterea de date fără fir dar la distanțe mici, așa cum este cazul la aproape toate telecomenzile pentru televizoare și alte aparate casnice. Lumina vizibilă este cel mai la îndemână exemplu de unde electromagnetice. Radiația (lumina) ultravioletă este responsabilă pentru bronzarea pielii. Razele X (sau Röntgen) sunt folosite de multă vreme în medicină pentru vizualizarea organelor interne. În fine, razele gamma se produc adesea în reacții nucleare.
Transportul pasiv prin membrană. Transportul facilitat.(CONTINUARE)
În raport cu difuzia simplă, difuzia facilitată are următoarele particularităţi: -are proprietatea de saturaţie; fluxul de substanţă, odată cu creşterea concentraţiei, creşte numai până la o anumită limită, când toate moleculele transportoare sunt deja ocupate. - 1difuzie simplă; 2- difuzie facilitată - când transportorii deservesc diferite substanţe, substanţa cu coeficient de permeabilitate mai mare împiedică transportul substanţei cu coeficient de permeabilitate mai mic. -există substanţe, care formează compuşi stabili cu moleculele transportoare, blocând în acest fel difuzia facilitată. Difuzia facilitată Mulţi factori nutritivi necesari celulei, fiind molecule hidrofile relativ mari, nu pot traversa membrana prin difuzie simplă. În acest caz se apelează la un transport mediat de molecule transportoare, mecanism numit difuzie facilitată. Molecula transportoare recunoaşte molecula pentru care este specifică şi o introduce în celulă sub acţiunea gradientului electrochimic. Există mai multe modele de transport facilitat, unul dintre care, numit modificare conformaţională. În raport cu difuzia simplă, difuzia facilitată are următoarele particularităţi: -are proprietatea de saturaţie; fluxul de substanţă, odată cu creşterea concentraţiei, creşte numai până la o anumită limită, când toate moleculele transportoare sunt deja ocupate.