Pole elektromagnetyczne:
W pustym kondensatorze natężenie pola E, po wypełnieniu do dielektrykiem wynosi Ed. Znając te dwie wartości można obliczyć przenikalność elektryczną ośrodka(εd).
εd=EdE
Polaryzacja:
Elektronowa (dipol indukowany) powstaje kiedy pole elektromagnetyczne wpływa na atom.
Orientacyjna (dipol trwały) pole elektromagnetyczne wpływa na cząsteczkę. Jest to tzw. polaryzacja orientacyjna
Jonowa pole elektromagnetyczne wpływa na jony w komórce.
Dipol elektryczny – polaryzacja orientacyjna:
Jest to układ dwóch różnoimiennych ładunków elektrycznych umieszczonych w pewnej odległości od siebie.
q(+)
q(-)
Opisywane jest przez wartość momentu dipolowego (p), który jest iloczynem ładunków (q) i odległości między nimi (l)
p=q∙l
Dielektryk polarny – polryzacja orientacyjna:
Jest to obiekt obdarzony trwałymi momentami dipolowymi.
Q-
Cząstki dielektryka umieszczone w polu elektrycznym układają się zgodnie z wektorem polaryzacji.
Q+
Moment dipolowy dielektryka to iloraz sumy momentów dipolowych wszystkich jego częstek (p) i jego objętości (v)
E
p=Σp∆v
Dipol chociaż nie posiada ładunku elektrycznego netto, może oddziaływać z zewnętrznym polem elektrycznym.
Siła (F) to iloczyn wartości ładunku (q) i pola elektrycznego (E)
F=q∙E
Pole elektryczne „porządkuje” kierunek i zwrot momentów dipolowych.
Zmienne pole elektryczne „wprawia w ruch” momenty dipolowe.
p
II
I
III
Poruszający się dipol przekazuje energię otoczeniu zwiększając jego temperaturę.
Stopień uporządkowania dipoli zależy od natężenia pola elektrycznego
W polaryzacji orientacyjnej cząsteczki mają swój moment dipolowy (p), a pole elektryczne (E) je porządkuje. Na moment dipolowy wpływa jeszcze przenikalność elektryczna próżni (ε0) i podatność elektryczna (ϰ).
p=ϰ∙ε0∙E
Inny sposób na wyrażenie momentu dipolowego jest iloczyn indukcji (D) i podatności elektrycznej (ϰ)
p=ϰ∙D
Indukcja elektromagnetyczna
Indukcja (D) to iloczyn przenikalności elektrycznej próżni (ε0) i pola elektrycznego (E)
D=ε0∙E
Podatność elektryczna
Podatność elektryczna (ϰ) to względna przenikalności elektrycznej (εr) minus 1.
ϰ=εr-1
Dla niezbyt silnych pól elektrycznych można zdefiniować ją jako iloraz liczby dipoli na jednostkę objętości (n0) i kwadratu momentu dipolowego (p) oraz 3 stałych Boltzmana (k) i temperatury (T)
ϰ=n0∙p23∙k∙T
Względna przenikalność elektryczna
Względna przenikalność elektryczna (εr) to iloraz przenikalności elektrycznej ośrodka (ε) i przenikalności elektrycznej próżni (ε0)
εr=εε0
Polaryzacja deformacyjna:
W wyniku oddziaływania pola elektrycznego następuje przesunięcie różnoimiennych elementów cząsteczki i nabywa ona właściwości dipolowych.
Wielkość momentu dipolowego zależy od natężenia pola elektrycznego (E) i polaryzowalności deformacyjnej (α)
p=α∙E
Deformacja może dotyczyć chmur elektronowych (αe) i przesunięcia atomów w cząsteczce (αa). Dlatego też polaryzowalność deformacyjna (α) to suma polaryzowalności elektronowej (αe ) i polaryzowalności atomowej (αa).
α=αe+αa
Istnieje zależność pomiędzy względną stałą przenikalności elektrycznej, a polaryzacją deformacyjną cząsteczki α
Zależność tą opisuje wzór Clausiusa-Mossottiego:
εr-1εr+2=13∙n0∙α
W polach stałych i zmiennych o niskiej częstotliwości średnia wartość momentu dipolowego polaryzacji orientacyjnej i deformacyjnej jest taka sama.
Moment dipolowy polaryzacji to iloczyn sumy polaryzacji deformacyjnej (α) i ilorazu kwadratu trwałego momentu dipolowego (poe) i 3 stałych Boltzmana (k) z temperaturą (T) oraz natężenia pola elektrycznego (E).
p=(α+poe23kt)∙E
Polaryzowalność orientacyjna zależy od częstotliwości pola elektrycznego.
1- suma momentów dipolowych polaryzacji
dipolowej, atomowej i elektronowej
pdip+pat+pel
2- suma momentów dipolowych polaryzacji
dipolowej i atomowej
pdip+pat
3 – jedynie polaryzacja elektronowa
pel
Zależność ta nosi nazwę dyspersji.
Różne tkanki wykazują różną zależność stałej elektrycznej ε od częstotliwości pola elektrycznego.
δ
1
Głębokość (δ) wnikania fali elektromagnetycznej do tkanki mięśniowej (1) i tłuszczowej (2) zależy od częstotliwości.
2
log v
Głębokość (δ) wnikania fali elektromagnetycznej do tkanek wraz ze wzrostem częstotliwości (v) maleje.
W celu ilościowego określenia pochłoniętej energii wyprowadza się współczynnik absorpcji właściwej
Współczynnik SAR to iloraz iloczynu przewodnictwa właściwego (σ) i kwadratu natężenia pola elektrycznego (E) oraz gęstości ośrodka (ρ)
SAR=σ∙E2ρ
Określa on ilość energii pochłoniętej przez jednostkę masy ciała, na jednostkę czasu.
teresawawa