Сокращение миллиампер: %d0%bc%d0%b8%d0%bb%d0%bb%d0%b8%d0%b0%d0%bc%d0%bf%d0%b5%d1%80 — с русского на все языки

Andrew G Davies

¹ Отделение биомедицинской визуализации, Университет Лидса, Великобритания

¹ Отделение биомедицинской визуализации, Университет Лидса, Лидс, Великобритания

² Отделение эпидемиологии и биостатистики, Университет Лидса, Лидс, Великобритания

³ Отделение кардиологии, Больница общего профиля Лидса, Лидс, Великобритания

Поступило 04.08.2016 г .; Пересмотрено Отредактировано 17 января 2017 г .; Принято Принято 24 января 2017 г.

Реферат

Цель:

Целью этого исследования было количественное определение снижения дозы облучения, вызванного одной только обработкой изображений для ангиограмм пациентов с чрескожным коронарным вмешательством (ЧКВ), без снижения требуемого воспринимаемого качества изображения. уверенно поставить диагноз.

Методы:

Дополнительные количества шума изображения были добавлены к пяти ангиограммам PCI, имитируя ангиограмму, полученную при соответствующих более низких уровнях дозы (снижение дозы на 10–89%). 16 наблюдателей с соответствующим опытом оценили качество изображения этих ангиограмм в 3 состояниях — без обработки изображений и с применением 2 различных современных алгоритмов обработки изображений. Эти алгоритмы используются в современных кардиологических рентгеновских системах и в рентгенологических системах предыдущего поколения.Порядковая регрессия, учитывающая случайные эффекты, и дельта-метод использовались для количественной оценки снижения дозы, возможного с помощью алгоритмов обработки, для эквивалентных показателей качества изображения.

Результаты:

Наблюдатели оценили качество изображений, обработанных с использованием современных технологий обработки изображений и обработки изображений предыдущего поколения с уменьшением дозы на 24,9% и 15,6% соответственно, как эквивалентные по качеству изображениям без улучшения. Снижение дозы за счет современной обработки изображений по сравнению с обработкой предыдущего поколения составило 10.3%.

Заключение:

Результаты демонстрируют, что статистически значимое снижение дозы может быть достигнуто без потери воспринимаемого качества изображения с использованием современных средств улучшения изображения; Самый последний алгоритм обработки оказался более эффективным в сохранении качества изображения при более низких дозах.

Достижения в знаниях:

Было показано, что улучшение изображения поддерживает воспринимаемое качество изображения при коронарной ангиографии при пониженном уровне дозы облучения с использованием компьютерного программного обеспечения для создания синтетических изображений из реальных ангиограмм, имитирующих снижение дозы.

ВВЕДЕНИЕ

Кардиологические интервенционные рентгеновские системы позволяют в реальном времени визуализировать движущееся сердце и коронарные артерии, что позволяет диагностировать и лечить ишемическую болезнь сердца, которая в настоящее время является наиболее распространенной причиной смерти во всем мире. ^1,2 Чрескожное коронарное вмешательство (ЧКВ) — это процедура под визуальным контролем, используемая для лечения ишемической болезни сердца. Коронарная ангиография играет ключевую роль в процедурах ЧКВ, и ангиограммы должны иметь достаточное качество изображения для уверенного клинического диагноза.

Дозы облучения пациентов от ЧКВ являются самыми высокими из любого рентгеновского обследования, ³ представляют риск стохастического и детерминированного радиационного вреда как для пациентов, так и для персонала. ^4–10 Количество операций ЧКВ в Великобритании выросло с 45 000 в 2002 г. до 96 000 в 2014 г .; это увеличение демонстрирует необходимость снижения дозы, используемой в процедурах ЧКВ, в соответствии с принципом «минимально разумно практичным». ^8,11,12 Настройки рентгеновской системы должны быть оптимизированы, чтобы использовать минимально возможное количество излучения для формирования изображения достаточного качества для диагностики.

Связь между дозой облучения пациента и качеством изображения сложна и зависит от энергетического спектра рентгеновского луча, интенсивности луча и габитуса тела пациента. Изменения энергии рентгеновского луча из-за изменений напряжения трубки (киловольт) и фильтрации луча могут существенно повлиять на качество изображения на единицу дозы облучения пациента. ^13,14 Выбрав более оптимальную энергию рентгеновского луча для данного размера пациента, можно снизить дозу облучения пациента при сохранении качества изображения.

Интенсивность рентгеновского луча, контролируемая длительностью рентгеновского импульса (миллисекунды) и током трубки (миллиампер), прямо пропорциональна дозе облучения пациента. Уменьшение дозы за счет уменьшения интенсивности луча увеличивает уровень шума в изображении. Учитывая пуассоновский характер статистики рентгеновских фотонов, шум пропорционален квадратному корню из интенсивности луча. В частности, увеличение дозы в четыре раза снижает вдвое уровень шума в изображении, пока энергия луча остается постоянной, тем самым улучшая качество изображения.

В последние годы была разработана новая технология цифровой обработки изображений, которая позволяет получать изображения при более низкой дозе, чем предыдущие методы рентгеновской визуализации, при сохранении диагностического качества изображений, представляемых пользователю. Достижения в области высокоскоростных вычислений позволяют выполнять обработку в реальном времени, тем самым повышая сложность алгоритмов обработки изображений, используемых в системах визуализации сердца, которые требуют отображения изображений с очень малой задержкой. Новые поколения кардиологических интервенционных рентгеновских систем имеют современные алгоритмы обработки изображений, которые адаптируются к содержанию изображения в реальном времени в соответствии с клинической задачей, выбранной пользователем.Эти новые системы предлагают снижение дозы на 50–75% по сравнению с оборудованием предыдущих поколений. ^15,16 Снижение дозы рентгеновского излучения достигается за счет пересмотра радиографических факторов для систем и, возможно, использования дополнительного использования спектральной фильтрации пучка. Это изменит как профиль энергии рентгеновского луча, так и интенсивность, падающую на пациента, что повлияет на дозу облучения пациента и качество записанного изображения. Использование обработки изображений может затем дополнительно улучшить качество отображаемого изображения, что позволит дополнительно снизить дозу, а алгоритмы, которые используются в современных системах визуализации сердца, являются сложными.Хотя точные детали алгоритмов не раскрываются производителями, основными элементами алгоритмов являются сочетание шумоподавления и повышения контрастности (повышения резкости). Изменение энергии луча может иметь положительное влияние на качество записанного изображения, а использование более оптимальных энергий луча для данного размера пациента может позволить качеству изображения упасть меньше, чем можно было бы ожидать при снижении дозы. Ни в одном из предыдущих исследований, в которых оценивалось общее снижение дозы рентгеновского излучения этих новых систем ^17–20 , не удалось оценить эффективность только алгоритмов обработки изображений, поскольку для этого требуется обработка одного и того же изображения с использованием разных алгоритмов. , функция недоступна в системах конечных пользователей.

Целью этого исследования было количественное определение снижения дозы, которому может способствовать только улучшение изображения при коронарной ангиографии у пациентов, перенесших ЧКВ, без снижения воспринимаемого качества изображения, необходимого для уверенной постановки диагноза.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ

Изображения пациентов

Ангиограммы пациентов были получены на системе интервенционной рентгеновской визуализации сердца Allura Xper FD10 (Philips Healthcare, Best, Нидерланды) во время обычных процедур ЧКВ в лаборатории катетеризации сердца в больнице общего профиля Лидса, Великобритания .В исследовательских целях производитель разрешил снимать ангиограммы до цифрового улучшения, обычно используемого в клинической практике. Для получения изображений использовался режим левой коронарной артерии со скоростью 15 кадров в секунду с фильтрацией спектрального луча 0,1 мм из меди и 1,0 мм из алюминия и с установленной сеткой антирассеяния.

Ангиограммы пяти пациентов после ЧКВ были анонимизированы для этого исследования; Комитет по этике исследований Национальной службы здравоохранения одобрил их использование для данного исследования. Пациенты были отобраны для получения диапазона индексов массы тела (ИМТ), представляющих размеры взрослых кардиологических пациентов (ИМТ 23–44 кг м ^–2 ).Ангиограммы были выбраны так, чтобы включать как левую, так и правую коронарные артерии, с углами наклона и поворота, обычно используемыми в клинической практике, как показано на рис.

Таблица 1.

Индекс массы тела (ИМТ) пациентов и углы проецирования изображения

Специальное программное обеспечение, созданное собственными силами с использованием MATLAB ^® (The Mathworks Inc., Натик, Массачусетс), было использовано для моделирования эффекта приобретения ангиограммы при постепенно более низких дозах (10–89%) путем добавления соответствующего количества компьютерного квантового цветного шума изображения, кадр за кадром, пиксель за пикселем. Программное обеспечение было откалибровано для режима визуализации, используемого для получения ангиограмм пяти пациентов, и подтверждено с использованием объективных и субъективных измерений качества изображения. ²¹ Два разных алгоритма обработки изображений были применены к этим изображениям сотрудниками Philips Healthcare (Бест, Нидерланды), в результате были получены три набора изображений (три состояния обработки): без обработки, с примененным алгоритмом A и с алгоритмом. B. подано. Алгоритм B используется для ангиографии на самой последней системе (или обновлении) кардиологической интервенционной рентгеновской системы, доступной от Philips Healthcare, системе AlluraClarity с ClarityIQ. Алгоритм A используется для ангиографии на системе интервенционного рентгена сердца предыдущего поколения от Philips Healthcare, системе Allura Xper.Из-за запатентованного характера методов обработки подробности о том, как работают алгоритмы обработки, были недоступны, но информацию об алгоритме B можно получить в режиме онлайн. показывает пример (Пациент 2) трех результирующих состояний обработки.

Один кадр ангиограммы пациента 4 (левая коронарная артерия) без обработки (a), алгоритм A (b) и алгоритм B (c).

Диапазон смоделированных приращений снижения дозы (10–89%) был равномерно разделен на четыре группы, и одно приращение было случайным образом выбрано из каждой группы с помощью Microsoft Excel с выбранными приращениями, как показано на.показывает пример (Пациент 5) результирующего набора уровней доз. Это было выполнено, чтобы гарантировать, что разумное количество ангиограмм будет включено в оценку изображения, охватывая широкий диапазон приращений, , то есть , наблюдатель-доброволец мог реально оценить все изображения за 20–30 минут. Эти приращения были одинаковыми для всех трех наборов (состояний обработки) ангиограмм, чтобы гарантировать, что воспринимаемые различия в качестве изображения связаны исключительно с обработкой изображений.

Таблица 2.

Увеличение снижения дозы, моделируемое добавлением шума изображения

Пиковый ток трубки (миллиампер) и длительность рентгеновского импульса (миллисекунда), использованные для получения каждой из пяти исходных ангиограмм, были извлечены из цифровых изображений и сообщений в заголовке лекарственного препарата и использованы для расчета миллиампер-секунды (мАс). Затем рассчитывали mAs для ангиограмм с уменьшенной дозой, используя смоделированный процент снижения дозы. MAs использовали для расчета относительных сокращений дозы, допускаемых обработкой изображения, поскольку mAs прямо пропорционально дозе облучения, использованной для получения ангиограммы.Логарифм мАс [log (мАс)] использовался в статистических моделях для учета отношения половинной степени между отношением сигнал / шум и мАс из-за распределения Пуассона рентгеновских фотонов на основе метода Смедби и др. al. ²²

Оценка изображения

16 наблюдателей — 4 ученых-клинициста с 2–30-летним опытом визуализации сердца, 5 кардиологов с 10–15-летним опытом и 7 кардиологов с 5–20-летним опытом — приняли участие в исследовании. слепая оценка качества изображения.Комитет по этике исследований Университета Лидса одобрил исследование с участием наблюдателей. Всем наблюдателям были предоставлены информационные листы участника и дано письменное согласие, но они остались анонимными.

Оценка качества изображения проводилась в отчетном зале лабораторий катетеризации, где ангиограммы просматриваются на практике. Ангиограммы просматривали на медицинском мониторе RX340 EIZO RadiForce (EIZO Corporation, Япония), который располагался на расстоянии 1 м от наблюдателя для моделирования лаборатории катетеризации сердца.Специальная программа была создана в MATLAB ^® специально для этого исследования, чтобы предоставить графический пользовательский интерфейс с непрерывной шкалой оценок качества изображения. Каждый наблюдатель оценил все ангиографические последовательности в исследовании, хотя порядок просмотра для данного наблюдателя генерировался случайным образом.

Пять ангиограмм были случайным образом выбраны для обучения, чтобы наблюдатели могли ознакомиться с задачей оценки. ²³ После этого 18 последовательностей (по 3 последовательности от Пациентов 1 и 4 и 4 последовательности от Пациентов 2, 3 и 5, согласно) в 3 состояниях (без обработки, Алгоритм A и Алгоритм B), всего 54 последовательности были забиты.Ангиограммы показывались индивидуально, последовательность воспроизводилась в непрерывном цикле до тех пор, пока наблюдатель не оценил изображение; не было ограничений по времени. Наблюдателей попросили оценить прозрачность эпикардиальных сосудов и ответить на вопрос: «Насколько уверенно вы сможете идентифицировать поражение у этого пациента с ЧКВ?», Как если бы они были кардиологом, ставящим диагноз. Шкала непрерывной оценки варьировалась от «совсем нет» (0) до «достаточно, чтобы поставить диагноз» (0,5) до «очень уверенно» (1), и наблюдатели щелкали в любом месте по всей шкале; числовые значения были скрыты.54 последовательности, просмотренные 16 наблюдателями, дали в общей сложности 864 наблюдения.

Статистический анализ

Баллы наблюдателей анализировали с использованием Stata IC 13 (Stata Corporation, College Station, TX). Непрерывная шкала, используемая при оценке изображений, была отнесена к пятибалльной порядковой шкале; Порядковая шкала не использовалась для задания оценки, чтобы избежать ограничений, связанных с этим форматом шкалы. ²⁴ Баллы переводились в категории от одного («совсем нет») до пяти («очень уверенно») с интервалом в одну пятую непрерывной шкалы.Структура регрессии визуальной градации, которая использует порядковую логистическую регрессию со случайными эффектами, использовалась для анализа порядковых баллов ангиограмм и получения количественного значения снижения дозы, допускаемого обработкой изображений, как было выполнено Smedby et al. ²²

Программа обобщенных линейных латентных и смешанных моделей в Stata использовалась для проведения порядковой логистической регрессии, что позволило включить наблюдателей и пациентов в качестве случайных эффектов, поскольку они были выборками из большей популяции. ^22,25–27 Логарифм (мАс) и переменные состояния обработки изображения были классифицированы как фиксированные эффекты.

Относительное уменьшение в миллиампер-секундах (RR _мАс ) было рассчитано с использованием уравнения (1), где b и a — коэффициенты для состояния обработки и log (мАс), соответственно. ²² Результирующий RR _mAs количественно определял снижение дозы, возможное при переключении из одного состояния обработки изображения в другое, при сохранении воспринимаемого качества изображения и сохранении всех остальных настроек рентгеновского излучения постоянными.RR _мАс был рассчитан для трех парных сравнений современной обработки, обработки предыдущего поколения и отсутствия обработки.

RR _мАс = 1 — exp (- b / a ).

(1)

Дельта-метод был применен к результатам обобщенных линейных скрытых и смешанных моделей для расчета скорректированных стандартных ошибок для оценки RR _мАс . ^22,28

РЕЗУЛЬТАТЫ

По сравнению с отсутствием обработки оба алгоритма показали эквивалентное качество изображения при более низких дозах облучения.Эти результаты суммированы в. При переходе от режима без обработки к алгоритму A или алгоритму B значение RR _mAs (то есть степень снижения дозы, которая может быть применена при сохранении эквивалентного качества изображения) было значительным на уровне 15,6% (9,4%, 21,9%) и 24,9% (18,8%, 31,0%) соответственно (цифры в скобках — 95% доверительный интервал).

Таблица 3.

Сравнение двух алгоритмов обработки изображений без обработки

показывает модель регрессии и результаты дельта-метода при сравнении алгоритмов обработки изображений друг с другом. Для того же уровня входной дозы алгоритм B имел более высокую порядковую оценку, чем алгоритм A, что показано значением коэффициента 0,55. Относительное снижение дозы, вызванное переключением с алгоритма A на алгоритм B, было статистически значимым на уровне 10.3% (4,4%, 16,2%).

Таблица 4.

Сравнение двух алгоритмов обработки изображений

ОБСУЖДЕНИЕ

Обработка изображения Алгоритм B был более эффективным при сохранении качества изображения при более низких дозах, чем алгоритм A, i.е. , он позволяет использовать более низкие дозы, а алгоритм B является более поздним из двух алгоритмов, разработанным и выпущенным, что указывает на то, что производитель со временем улучшил свои алгоритмы улучшения изображения. Алгоритмы A и B (на момент написания) являются самым последним и предыдущим поколением алгоритмов, доступных от Philips Healthcare для получения кардиальных интервенционных рентгеновских изображений. К сожалению, конкретные операции алгоритмов являются собственностью и не доступны в открытом доступе или авторам, и поэтому невозможно предположить, как была достигнута улучшенная производительность.

Предыдущее исследование показало, что переключение с полной системы A на полную систему B (, т. Е. с учетом всех факторов, участвующих в снижении дозы) обеспечило уменьшение произведения доза-площадь на 76% для ангиографии пациентов, перенесших ЧКВ, с небольшое снижение качества отображаемого изображения по оценке 75 наблюдателей. Настоящее исследование демонстрирует долю этого 76% -ного снижения произведения дозы на площадь пациента, которое происходит только благодаря алгоритму улучшения изображения; остальное будет связано с изменениями в настройках рентгеновского снимка.

Насколько известно авторам, это первое исследование, в котором, насколько известно авторам, проводится количественная оценка снижения дозы, разрешенного только методами обработки изображений, с использованием изображений пациентов в рентгеновских снимках сердца. Предыдущие исследования количественно оценили снижение дозы, допускаемое интервенционной рентгеновской системой Philips AlluraClarity (которая включает алгоритм B) по сравнению с системой Philips Allura Xper (которая включает алгоритм A) в ряде приложений кардиологической и цифровой субтракционной ангиографии, демонстрируя значительные снижение дозы пациента. ^{17,18,20,29–31} Ни в одном из этих исследований не изучали вклад в снижение дозы отдельных факторов, обновленных в системе AlluraClarity, как это было завершено с обработкой изображений здесь.

Программное обеспечение, которое добавляло имитацию шума к изображениям, позволило в этом исследовании использовать ангиограммы пациентов, поскольку удалось избежать этического барьера, связанного с многократным воздействием на одного и того же пациента рентгеновских лучей с разными дозами излучения. Альтернативой было бы использование статических неклинических изображений тестовых объектов или фантомов. ^32,33 Для этого исследования доступ к необработанным данным изображения требовался как для программного обеспечения моделирования шума, так и для методов. Совершенно очевидно, что моделируемые изображения точно представляют изображения с уменьшенной дозой; уменьшение экспозиции приводит к более низким уровням сигнала на детекторе (и увеличению шума), тогда как в смоделированных изображениях мощность шума увеличивается в изображениях, полученных при более высоких уровнях сигнала. Чистый эффект двух подходов должен быть одинаковым, если процессы являются линейными, что будет иметь место, если шум ограничен квантами ( i.е. зависит от сигнала). Экстремальные уровни снижения дозы на реальном изображении могут привести к значительным уровням электронного шума или шума квантования, которые не будут представлены в смоделированном изображении с уменьшенной дозой. Используемый алгоритм добавления шума был проверен с использованием порогового контраста и антропоморфных фантомов и оказался точным в диапазонах снижения дозы, использованных в этом исследовании. ²²

Наблюдатель (, т. Е. субъективно) оценки изображений, использованные с ангиограммами пациентов, дали клинически значимые результаты. ³⁴ Изменчивость наблюдателя учитывалась в статистическом анализе с использованием случайных эффектов. Используемый анализ был разработан специально для исследований субъективной оценки и позволил количественно определить RR _мАс только при обработке изображений. ²²

В этом исследовании варьировалось множество факторов, влияющих на качество изображения, включая характеристики пациента, (смоделированный) уровень дозы и состояние обработки изображения. Оценка изображения была разработана таким образом, чтобы включать ряд наблюдателей и ангиограммы, сохраняя при этом разумное время просмотра.Случайно выбранные приращения в четырех равномерно распределенных группах (вместо того, чтобы фиксировать приращения снижения дозы, которые находятся далеко друг от друга, т. Е. 25%, 50%, 75%), гарантировали, что были включены как широкий диапазон, так и непрерывный разброс уровней доз. Если бы использовался исчерпывающий список приращений снижения дозы, возможность просмотра добровольным наблюдателем всех изображений пяти пациентов и трех состояний обработки в течение реалистичного времени просмотра была бы незначительной, и, следовательно, небольшое количество наблюдателей, вероятно, был принят на работу.Более того, при оценке качества изображения было собрано 864 ответа наблюдателей, что является достаточным объемом данных, чтобы сделать надежные выводы. Выбор из пяти ангиограмм для включения в это исследование в сочетании с большим количеством наблюдателей является компромиссом, ограничивающим время, необходимое отдельному наблюдателю для завершения исследования в разумный период времени, при этом все же достигая большого количества наблюдений. Набор был выбран для включения ряда ИМТ, проекций и левой и правой коронарных артерий.Повторный запуск анализа с пациентом в качестве фиксированного эффекта не повлиял на результаты. Хотя пять случаев были разными, ограниченное количество случаев означало, что у нас не было возможности изучить влияние различий в случаях (например, чтобы увидеть, различалась ли производительность алгоритма у пациентов с более низким или более высоким ИМТ).

Четыре ангиограммы (снижение дозы <30%) не были доступны в обработанных состояниях во время этого исследования. В результате не было ангиограмм, отражающих диапазон снижения дозы на 10–29% для пациентов 1 и 4.Статистический анализ был повторен без указания диапазона 10–29% для всех пациентов, и выводы остались неизменными; снижение дозы оставалось статистически значимым.

В будущей работе можно использовать изложенные здесь методы для определения вклада только обработки изображений в снижение дозы при рентгеноскопии. При рентгеноскопии, которая также используется во время ЧКВ, используются более низкие дозы облучения и, соответственно, более низкое качество изображения, как правило, с другими алгоритмами обработки изображений, чем при ангиографии. ³⁵

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Статистически значимое снижение дозы может быть достигнуто только с помощью современного цифрового улучшения изображения без потери качества воспринимаемого изображения, и, следовательно, обработка изображения может играть ключевую роль в снижении дозы облучения пациента. Самый последний алгоритм обработки изображений сердца, протестированный в этом исследовании, оказался более эффективным в сохранении качества изображения при более низких дозах, чем алгоритм обработки изображений предыдущего поколения; тем не менее, оба позволили статистически значимое снижение дозы.Величина снижения дозы, разрешенная только за счет обработки, указывает на то, что снижение дозы в современных рентгеновских системах также должно быть достигнуто с использованием других факторов; например, использование более оптимальной энергии рентгеновского пучка или снижение качества отображаемого изображения.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Эта работа была поддержана Philips Healthcare (Best, Нидерланды).

БЛАГОДАРНОСТИ

Исследовательская группа хотела бы поблагодарить Эрика ван Дейка из Philips Healthcare (Нидерланды) за применение алгоритмов обработки изображений к изображениям, использованным в исследовании.Мы также хотели бы поблагодарить всех наблюдателей, участвовавших в исследовании, Ричарда Фелтбауэра за руководство и Майкла Луптона, ведущего рентгенолога катетерных лабораторий в больнице общего профиля Лидса, за его поддержку.

ССЫЛКИ

11. Людман П.Ф .; BCIS. Аудиторские отчеты по интервенционным процедурам для взрослых: годовой публичный отчет, январь 2014 г. — декабрь 2014 г. BCIS ; 2015.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Перевести микроампер [мкА] в миллиампер [мА] • Конвертер электрического тока • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

Конвертер длины и расстоянияМассовый конвертерКонвертер сухого объема и общих измерений при варке и конвертер работыПреобразователь мощностиПреобразователь силыКонвертер времениЛинейный конвертер скорости и скоростиКонвертер углового КПД, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы обмена валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер удельного ускорения Инерционный преобразователь Конвертер момента силы Преобразователь крутящего момента Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на массу) Конвертер удельной энергии, теплоты Co Конвертер температурного интервала (на объем) Конвертер температурного интервалаКонвертер температурного расширенияКонвертер теплового сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиПлотность тепла, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности потока теплаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер абсолютного коэффициента теплопередачи Конвертер массового расхода ) Конвертер вязкостиПреобразователь кинематической вязкостиПреобразователь поверхностного натяженияПроницаемость, проницаемость, проницаемость водяного параКонвертер скорости передачи водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаПреобразователь уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемПреобразователь яркостиКонвертер световой интенсивности и световой потокПреобразователь разрешения цифрового изображения Конвертер фокусного расстояния Оптическая сила ( Конвертер диоптрий) в увеличение (X )Преобразователь электрического зарядаПреобразователь линейной плотности зарядаПреобразователь плотности электрического зарядаПреобразователь плотности электрического токаПреобразователь линейной плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимости уровней в дБм, дБВ, ваттах и ​​других единицах измеренияПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляПреобразователь магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозыПреобразователь метрических префиксовКонвертер передачи данныхПреобразователь единиц типографии и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объёма древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

Чесменское сражение Ивана Айвазовского

Мы обязаны комфортом нашей повседневной жизни электрическому току. Он генерирует излучение в видимом спектре и не только освещает наши дома, но также готовит и разогревает пищу в различных электроприборах, таких как электрические плиты, микроволновые печи и тостеры.Поскольку у нас есть электричество, нам не нужно добывать топливо, чтобы зажечь огонь. Благодаря электричеству мы также можем быстро перемещаться по горизонтальной плоскости в поездах, поездах метро и высокоскоростных поездах, а также по вертикальным плоскостям на эскалаторах и лифтах. Мы обязаны теплом и комфортом в наших домах электрическому току, потому что он питает наши электрические обогреватели, кондиционеры и вентиляторы. Различные машины с электрическим приводом значительно упрощают нашу работу как в повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.Действительно, мы живем в эпоху электричества, потому что именно электричество позволяет нам использовать наши компьютеры, смартфоны, Интернет, телевидение и другие интеллектуальные электронные технологии. Учитывая, насколько удобно использовать электричество как форму энергии, неудивительно, что мы тратим столько усилий на ее выработку.

Может показаться необычным, но идея практического использования электричества впервые была воспринята некоторыми из наиболее консервативных членов общества — военно-морскими офицерами. В этом элитарном обществе было трудно продвигаться вверх, и столь же трудно было убедить адмиралов, которые начинали юнгой в эпоху парусного спорта, в необходимости перехода на бронированные боевые корабли с паровыми двигателями, но молодые офицеры предпочитали и поддерживали инновации.Благодаря успеху использования огневых кораблей во время русско-турецкой войны 1770 года, которая привела к победе в Чесменской битве, военно-морской флот начал рассматривать возможность модернизации систем защиты порта за счет использования старой береговой артиллерии в сочетании с военно-морскими минами, которые были новаторскими в то время.

Корабельная радиостанция, ок. 1910. Канадский музей науки и техники, Оттава

Разработка различных типов морских мин началась в начале XIX века, и наиболее успешные разработки включали автономные мины, активируемые электричеством.В 1870-х годах немецкий физик Генрих Герц разработал устройство для подрыва поставленных на якорь мин с помощью электричества. Одна из разновидностей этого устройства — морская рогатая мина — широко известна и часто появляется в исторических фильмах о войне. Его свинцовый «рог» имеет емкость с электролитом, который разрушается при контакте с корпусом корабля. Электролит питает простую батарею, которая, в свою очередь, подрывает мину.

Радиостанция Hudson’s Bay Company, ок. 1937. Канадский музей науки и техники, Оттава

Морские офицеры были одними из первых, кто оценил потенциал свечей Яблочкова, которые были первыми источниками электрического света.Они были далеки от совершенства, но излучали свет от электрической дуги и раскаленного добела положительного электрода, сделанного из угля. Они использовались для сигнализации поля боя и для освещения поля боя. Использование мощных прожекторов давало преимущество стороне, использовавшей их, для освещения поля боя в ночных боях или для передачи информации и координации действий различных военно-морских частей во время морских сражений. Прожекторы, используемые в маяках, улучшили навигацию в опасных прибрежных водах.

Вакуумная лампа, ок. 1921. Канадский музей науки и технологий, Оттава

Неудивительно, что военно-морской флот также был взволнован, чтобы адаптировать технологии, которые позволили беспроводную передачу информации. Большой размер первых передающих устройств не был проблемой для военно-морского флота, потому что на их кораблях было достаточно места для размещения этих удобных, но порой больших машин.

Электрическое оборудование использовалось для упрощения заряжания пушек на борту кораблей, в то время как силовые электрические механизмы использовались для вращения пушечных турелей и повышали точность и эффективность пушек.Телеграф машинного приказа позволял экипажу общаться и повышал его эффективность, что давало значительное преимущество в бою.

Одним из самых ужасающих способов использования электрического тока в военно-морском сражении было использование Третьим рейхом подводных лодок-рейдеров. Подводные лодки Гитлера, которые действовали с использованием тактики «Волчьей стаи», потопили многие транспортные конвои союзников. Известная история Convoy PQ 17 — один из примеров.

Drummondville Радиопередатчик, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

Британский флот смог получить несколько машин Enigma, используемых немцами для кодирования сообщений, и им удалось взломать их код с помощью Алана Тьюринга, известного как отец современные вычисления.Союзники перехватили радиосвязь немецкого адмирала Карла Деница, и с этой информацией смогли использовать прибрежные военно-воздушные силы, чтобы загнать в угол Волчью стаю и отбросить ее к берегам Норвегии, Германии и Дании. Благодаря этому с 1943 года рейды ограничились короткими.

Беспроводной телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

Гитлер планировал добавить к своим подводным лодкам ракеты Фау-2, чтобы их можно было использовать для атаки на восточное побережье США.Однако быстрое продвижение союзников на Западном и Восточном фронтах помешало ему сделать это.

Современный флот сложно представить без авианосцев и атомных подводных лодок. Они питаются от ядерных реакторов, которые сочетают в себе технологии 19 века на основе пара, технологии 20 века на основе электричества и ядерные технологии 21 века. Энергетические системы атомных подводных лодок вырабатывают достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить потребности большого города в энергии.

В дополнение к использованию электричества, которое мы уже обсуждали, недавно военно-морской флот начал рассматривать другие применения электричества, такие как использование рельсотрона. Рельсотрон — это электрическая пушка, которая использует снаряды кинетической энергии, которые обладают огромным разрушительным потенциалом.

Джеймс Клерк Максвелл. Статуя Александра Стоддарта. Фото Ad Meskens / Wikimedia Commons

Немного истории

С развитием надежных источников энергии для постоянного тока (DC), таких как гальваническая батарея, созданная итальянским физиком Алессандро Вольта, многие выдающиеся ученые по всему миру начали исследовать свойства электрический ток и вызываемые им физические явления, а также его практическое использование в науке и технике.«Звездный список» ученых включает Георга Ома, который вывел закон Ома для описания поведения электрического тока в основной электрической цепи; немецкий физик Густав Кирхгоф, разработавший расчеты для более сложных электрических цепей; и французский физик Андре Мари Ампер, открывший закон, описывающий свойства замкнутого контура, на который действует магнитное поле и через него проходит электрический ток. Этот закон известен теперь как круговой закон Ампера. Независимая работа английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и русского ученого Генриха Ленца завершилась открытием закона джоулева нагрева, который количественно определяет тепловой эффект электрического тока.

Хендрик Антун Лоренц, картина Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925) в 1916 году.

Работы Джеймса Клерка Максвелла были посвящены дальнейшему исследованию свойств электрического тока и заложили основу современной электродинамики. Теперь эти работы известны как уравнения Максвелла. Максвелл также разработал теорию электромагнитного излучения и предсказал многие явления, такие как электромагнитные волны, радиационное давление и другие. Позже существование электромагнитных волн было экспериментально доказано немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем.Его работы по отражению, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн были использованы при изобретении радио.

Жан-Батист Био (1774–1862)

Несколько экспериментальных работ французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара о проявлении магнетизма в присутствии электрического тока, обобщенных в законе Био – Савара, и исследованиях блестящего французского математика Пьера-Симона Лапласа, который обобщил приведенные выше экспериментальные результаты в виде математической абстракции, впервые установил связь между двумя сторонами одного явления и положил начало изучению электромагнетизма.Гениальный британский физик Майкл Фарадей продолжил их работу и открыл электромагнитную индукцию. Современная электротехника построена на работах Фарадея.

Физик из Нидерландов Хендрик Лоренц внес ценный вклад в объяснение природы электрического тока. Он разработал классическую теорию электронов и предположил, что атомы состоят из более мелких заряженных частиц и что свет является результатом колебаний этих частиц. Он также вывел уравнение для описания силы, действующей на движущийся заряд изнутри электромагнитного поля.Эта сила известна как сила Лоренца.

Определение электрического тока

Электрический ток можно определить как упорядоченное движение заряженных частиц. Учитывая это определение, электрический ток измеряется количеством заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за заданную единицу времени.

I = q / t , где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, а I — электрический ток в амперах.

Другое определение электрического тока зависит от свойств проводников и описывается законом Ома:

I = В / R , где В, — напряжение в вольтах, R — сопротивление в Ом. , I — ток в амперах.

Электрический ток измеряется в амперах (A) и единицах, производных от них, таких как наноампер (одна миллиардная часть ампера, нА), микроампер (одна миллионная часть ампера, мкА), миллиампер (тысячная часть ампера, мА). ), килоампер (тысяча ампер, кА) и мегаампер (миллион ампер, МА).

В СИ единицей измерения электрического тока является

[А] = [C] / [s]

Поведение электрического тока в различных средах

Алюминий является очень хорошим проводником и широко используется в электропроводке.

Электрический ток в твердых материалах, включая металлы, полупроводники и диэлектрики

При рассмотрении электрического тока мы должны учитывать среду, которая его переносит, в частности, заряженные частицы, присутствующие в материале или веществе в текущем состоянии.Этот материал или вещество может быть твердым, жидким или газообразным. Уникальным примером различных состояний вещества является монооксид дигидрогена или оксид водорода, известный нам просто как вода. Мы можем увидеть его твердым, если посмотрим на лед из морозильника, который мы сделали для охлаждения напитков — большинство из них основаны на воде. С другой стороны, при приготовлении чая или растворимого кофе мы используем кипяток. Если бы мы подождали, пока вода закипит, прежде чем налить ее в чайник, мы бы увидели «туман», выходящий из носика чайника — этот туман состоит из капель воды, образовавшихся из газообразного состояния воды (пара), которое выходит из носика и контактирует с холодным воздухом.

Существует еще одно состояние вещества, известное как плазма. Низкотемпературная плазма составляет верхние слои звезд, ионосферу Земли, пламя, электрическую дугу и вещество внутри люминесцентных ламп, и это лишь несколько примеров. Трудно воссоздать высокотемпературную плазму в лаборатории, поскольку для этого требуются чрезвычайно высокие температуры, превышающие 1 000 000 К.

Эти высоковольтные выключатели состоят из двух основных компонентов: размыкающих контактов и изолятора, соединяющего два провода вместе.

По своей структуре твердые материалы можно разделить на кристаллические и аморфные. Первые имеют структурированную кристаллическую решетку. Атомы и молекулы такого вещества образуют двух- или трехмерные кристаллические решетки. Кристаллические твердые тела включают металлы, их сплавы и полупроводники. Мы можем легко визуализировать кристаллические твердые тела, представляя снежинки, которые представляют собой кристаллы уникальной формы. Аморфные вещества не имеют кристаллической решетки. Диэлектрики обычно аморфны.

В нормальных условиях электрический ток течет через твердые тела благодаря движению свободных электронов, которые становятся несвязанными в результате отрыва валентных электронов от атома. Мы также можем разделить твердые тела в зависимости от характера потока электричества внутри них на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов определяются на основе дискретной электронной зонной структуры. Это зависит от ширины запрещенной зоны, в которой нет электронов.Изоляторы имеют самую широкую запрещенную зону, которая иногда может достигать 15 эВ. Изоляторы и полупроводники не имеют электронов в проводящем промежутке при температуре абсолютного нуля, но при комнатной температуре будут некоторые электроны, которые были удалены из валентных зон из-за тепловой энергии. В проводниках, таких как металлы, зона проводимости перекрывается с валентными зонами. Вот почему даже при абсолютном нуле существует большое количество электронов, и это все еще верно, когда температура повышается до точки плавления.Эти электроны позволяют электрическому току проходить через материал. Полупроводники имеют небольшую ширину запрещенной зоны, и их способность проводить электричество во многом зависит от температуры, излучения и других факторов, таких как присутствие примесей.

Трансформатор с ламинированным сердечником. По бокам хорошо видны стальные листы двутавровой и Е-образной формы.

Сверхпроводники создают особые условия для электрического тока. Это материалы с нулевым сопротивлением прохождению электрического тока.Электроны проводимости этих материалов образуют группы частиц, которые связаны друг с другом за счет квантовых эффектов.

Как следует из названия, изоляторы плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания электрического тока между проводящими поверхностями из разных материалов.

В дополнение к электрическому току, протекающему по проводникам, когда магнитное поле постоянное, когда магнитное поле переменное, его изменения вызывают явление, известное как вихревые токи, которые также называются токами Фуко.Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем сильнее вихревые токи. Они не текут по определенному маршруту, но вместо этого они текут в замкнутых контурах в проводнике.

Вихревые токи вызывают скин-эффект, который представляет собой тенденцию протекания переменного электрического тока (AC) и магнитного потока в основном вдоль поверхностного слоя проводника, что приводит к потере энергии. Чтобы уменьшить эти потери на вихревые токи в сердечниках трансформаторов, их магнитные цепи разделены. Это делается путем наложения слоев тонких стальных изолированных пластин, которые образуют сердечник трансформатора.

Хромированная пластиковая лейка для душа

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости могут в определенной степени проводить электрический ток при приложении к ним электрического напряжения. Жидкости, проводящие электрический ток, называются электролитами. Электрический ток переносится положительно и отрицательно заряженными ионами, известными соответственно как катионы и анионы, которые присутствуют в жидкости из-за электролитической диссоциации. В электролитах ток течет из-за движения ионов по сравнению с током, возникающим из-за движения электронов в металлах.Этот ток в электролитах характеризуется перемещением вещества к электродам и образованием новых химических элементов вокруг электродов или отложением этих новых веществ на электроде.

Это явление легло в основу электрохимии и позволяет количественно определять эквивалентный вес различных химических веществ. Это позволило превратить неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать химические источники энергии в виде первичных (или одноразовых) и аккумуляторных батарей и топливных элементов.Это, в свою очередь, позволило совершить скачок в развитии технологий. Просто заглянув под капот вашего автомобиля и изучив автомобильный аккумулятор, вы сможете увидеть результаты десятилетий работы исследователей и инженеров.

Автомобильный аккумулятор, установленный в 2012 году Honda Civic

Многие производственные процессы, зависящие от протекания электрического тока в электролитах, могут придать привлекательный вид конечному продукту (например, хромовое и никелевое гальваническое покрытие) и защитить объекты от коррозии.Электроосаждение и электротравление — фундаментальные процессы в современной электротехнике при создании различных электронных компонентов. Эти процессы очень часто используются, например, в микропроизводстве, и количество электронных компонентов, производимых с использованием этих технологий, достигает десятков миллиардов в год.

Электрический ток в газах

Поток электрического тока в газах зависит от количества в нем свободных электронов и ионов. Из-за большего расстояния между частицами газа по сравнению с жидкостями и твердыми телами молекулы и ионы в газах обычно проходят большие расстояния, прежде чем столкнуться.Из-за этого протекание электричества в газах в нормальных условиях затруднено. То же верно и для смесей газов. Примером смеси газов является воздух, который в электротехнике считается хорошим изолятором. В обычных условиях многие другие смеси газов также являются хорошими изоляторами.

Неоновая лампа для проверки отвертки показывает, что присутствует напряжение 220 В.

Поток электричества в газах зависит от различных физических факторов, таких как давление, температура и компоненты, составляющие эту смесь.Кроме того, ионизирующее излучение тоже играет роль. Например, газ может проводить электричество, если его облучают ультрафиолетовым или рентгеновским излучением, если на него воздействуют катодные или анодные частицы или частицы, испускаемые радиоактивным веществом, или даже если температура этого газа высока.

Когда энергия поглощается электрически нейтральными атомами или молекулами газа и когда образуются ионы, этот эндотермический процесс называется ионизацией. Когда энергия достигает определенного порога, электрон или группа электронов преодолевают потенциальный барьер и покидают атом или молекулу, становясь, таким образом, свободными электронами.Атом или молекула, которую оставили электроны, тоже больше не нейтральны, они заряжены положительно. Свободные электроны могут присоединяться к нейтрально заряженным атомам или молекулам и образовывать отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут забирать обратно отрицательно заряженные электроны при столкновении с ними и, таким образом, снова становиться нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Когда электрический ток проходит через газ, его состояние изменяется. Это приводит к сложной зависимости между электрическим током и напряжением, которая более или менее регулируется законом Ома, но только при малых электрических токах.

Электрические разряды в газах могут быть как несамостоятельными, так и самоподдерживающимися. Несамостоятельные разряды создают электрический ток, который возможен только при наличии внешних ионизирующих факторов. Когда они отсутствуют, электрический ток через газ не течет. С другой стороны, во время самоподдерживающихся разрядов электрический ток поддерживается из-за ионизации нейтральных атомов и молекул в газе, которые были ускорены электрическим полем при столкновении со свободными электронами и ионами.В этих условиях электрический ток возможен даже без внешних ионизирующих факторов.

Вольт-амперные характеристики бесшумного разряда

Когда разность потенциалов между анодом и катодом мала, несамостоятельный разряд называют тихим или таунсендовским. С увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Сначала это увеличение пропорционально напряжению (участок OA на вольт-амперной характеристике бесшумного разряда), но постепенно скорость нарастания замедляется (участок AB на графике).Когда все оторвавшиеся частицы, которые высвободились в результате процесса ионизации, движутся к катоду и аноду одновременно, увеличения тока не происходит (участок BC на графике). Если напряжение снова увеличивается, ток также увеличивается, и бесшумный разряд становится несамостоятельным лавинным зарядом. Примером несамостоятельного разряда является тлеющий разряд в газоразрядных лампах высокого давления различного назначения.

Когда несамостоятельный разряд трансформируется в самостоятельный разряд, электрический ток увеличивается (точка E на кривой).Этот момент известен как электрический пробой.

Электронная фотовспышка с ксеноновой трубкой (красный прямоугольник)

Все различные типы зарядов, описанные выше, являются стационарными или установившимися разрядами. Их свойства не зависят от времени. Помимо этих разрядов, существуют также нестабильные разряды, которые обычно возникают в очень неравномерных электрических полях, например, на заостренных или искривленных поверхностях проводников или электродов. Существует два типа неравномерных разрядов: коронный разряд и искровой разряд.

Ионизация при коронном разряде не вызывает электрического пробоя. Этот разряд вызывает повторяющийся процесс запуска несамостоятельного разряда в небольшом ограниченном пространстве вокруг проводника. Хорошим примером коронного разряда является свечение в воздухе вокруг антенн, громоотводов или линий электропередач высоко над землей. Коронный разряд вокруг линий электропередач вызывает потерю энергии. Раньше это сияние было знакомо мореплавателям — свечение вокруг мачт кораблей было известно как св.Элмо огонь. Коронный разряд используется в лазерных принтерах и копировальных аппаратах. Он генерируется устройством, создающим коронный разряд, металлической струной, к которой приложено высокое напряжение. Коронный разряд ионизирует газ, который, в свою очередь, ионизирует светочувствительный барабан. В этом случае полезен коронный разряд.

По сравнению с коронным разрядом электростатический разряд вызывает электрический пробой. Это похоже на прерывистые светлые нити, которые разветвляются и заполнены ионизированным газом. Они появляются и исчезают, производя большое количество тепла и света.Типичным примером естественного электростатического разряда является молния. Электрический ток в нем может достигать десятков килоампер. Прежде чем может произойти молния, необходимо создать нисходящую группу лидеров, известную как лидер или искра. Вместе со ступенчатым лидером он создает выстроенный строй. Молния обычно состоит из множественных электростатических разрядов в нисходящей формации лидера для разряда отрицательной молнии «облако-земля». В электронных вспышках в фотографии используется мощный электростатический разряд.Разряд здесь образуется между электродами импульсной лампы из кварцевого стекла, заполненного смесью благородных ионизированных газов.

Когда электрический разряд сохраняется в течение длительного периода времени, он называется электрической дугой. Электрическая дуга используется в дуговой сварке, которая является незаменимой технологией в современном строительстве, используется для возведения стальных конструкций различного размера и назначения, от небоскребов до авианосцев и автомобилей. Электрическая дуга используется не только для соединения материалов, но и для их резки.Разница между этими двумя процессами заключается в силе используемого тока. Сварка происходит при относительно более низких токах, в то время как для резки требуются более высокие токи электрической дуги. Само порезание происходит при удалении расплавленного металла, и для его удаления используются разные методы.

Еще одно применение электрической дуги в газах — газоразрядные лампы, которые отгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (в этих условиях обычно используются натриевые лампы).Металлогалогенные лампы, которые заменили лампы накаливания в автомобильных фарах, также используют эту технологию.

Электрический ток в вакууме

Вакуумная трубка в передающей станции. Канадский музей науки и техники, Оттава

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только в том случае, если свободные носители тока, такие как электроны или ионы, генерируются посредством термоэлектронной эмиссии, фотоэлектрической эмиссии или других способами.

Подобные телекамеры использовались в 1980-х годах.Канадский музей науки и техники, Оттава

Основным методом получения электрического тока в вакууме с использованием электронов является термоэлектрическая эмиссия электронов металлами. Когда электрод нагревается (он называется горячим катодом), он испускает электроны в трубку. Эти электроны вызывают прохождение электрического тока, пока присутствует другой электрод (называемый анодом), и пока между ними существует определенное напряжение требуемой полярности. Такие вакуумные лампы называются диодами и проводят электрический ток только в одном направлении.Они блокируют ток, если есть попытка заставить ток течь в обратном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) посредством процесса выпрямления. Это делается системой диодов.

Если рядом с катодом добавить дополнительный электрод, известный как сетка, мы получим устройство, называемое триодом, которое значительно усиливает даже небольшие изменения напряжения в управляющей сетке относительно катода. В результате это изменяет ток и напряжение на нагрузке, которая последовательно подключена к вакуумной трубке, относительно источника питания.Эта система, называемая усилителем, используется для усиления различных сигналов.

Использование электронных ламп с большим количеством управляющих сеток, таких как тетроды, пентоды и даже пятиэлектродные преобразователи с семью электродами, было революционным в создании и усилении радиосигналов и позволило создать современные системы радио- и телевещания.

Современный видеопроектор

Исторически радио было разработано первым, потому что было относительно легко разработать методы преобразования и передачи относительно низкочастотных сигналов, а также разработать схему для приемных устройств, которые могут усиливать и смешивать радиочастоты для их преобразования. в акустический сигнал посредством процесса демодуляции.

Когда было изобретено телевидение, электронные лампы, называемые иконоскопами, использовались для испускания электронов за счет фотоэлектрического эффекта падающего на них света. Дальнейшее усиление сигнала производилось ламповым усилителем. Для просмотра захваченного и переданного изображения использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые также были электронными лампами. В ЭЛТ изображение создавалось на экране путем обратного преобразования сигнала. Это было сделано путем ускорения электронов до высокой скорости с помощью одной (или трех для цветного телевидения) электронных пушек в сильном электрическом поле.Поле создавалось приложением большого напряжения между катодом электронной пушки и анодом ЭЛТ. Пучки высокоскоростных электронов направлялись на экран, покрытый флуоресцентным материалом, и с него излучался видимый свет. Изображение было создано двумя взаимно синхронизированными системами: одна считывала сигнал с иконоскопа, а другая выполняла растровое сканирование. Первые электронно-лучевые трубки были монохромными.

Сканирующий электронный микроскоп SU3500. Департамент материаловедения и инженерии.Университет Торонто

Вскоре после этого было разработано цветное телевидение. Иконоскопы в цветном телевидении были гибридными системами, которые реагировали только на свет определенного цвета, будь то красный, синий или зеленый. Цветные люминофорные точки электронно-лучевых трубок телевизора излучали свет за счет электрического тока, создаваемого электронной пушкой. Они реагировали на ударяющие по ним ускоренные электроны и излучали свет определенного цвета и яркости. Были использованы специальные теневые маски, чтобы лучи каждой цветной электронной пушки попадали на точки люминофора правильного цвета.

Современные технологии теле- и радиовещания используют более современные материалы на основе полупроводников, которые потребляют меньше энергии.

Одним из широко используемых методов получения изображения внутренних органов является рентгеноскопия. Катод испускает электроны, которые разгоняются до такой скорости, что при попадании на анод они генерируют рентгеновское излучение, которое может проникать в мягкие ткани человеческого тела. Рентгенограммы дают врачам уникальную информацию о состоянии костей, зубов и некоторых внутренних органов и даже могут помочь определить такие заболевания, как рак легких.

Лампа бегущей волны С-диапазона. Канадский музей науки и техники, Оттава

В общем, электрические токи, образованные движением электронов в вакууме, находят широкое применение. Вакуумные лампы, ускорители частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, генераторы вакуума высокой частоты, такие как лампы бегущей волны, клистроны и резонаторные магнетроны, — это лишь некоторые из примеров того, как мы используем этот тип электрического тока. Следует отметить, что именно магнетроны нагревают и готовят пищу в микроволновых печах.

Недавней очень ценной технологией, использующей электрический ток в вакууме, является осаждение тонких пленок в вакууме. Эти пленки выполняют декоративную или защитную функцию. Материалы, используемые в этой технике, — это металлы, их сплавы и их соединения с кислородом, азотом и углеродом. Эти пленки либо изменяют, либо сочетают в себе электрические, оптические, механические, магнитные, каталитические и связанные с коррозией свойства поверхности, которую они покрывают.

Для получения комплексного соединения пленки используется технология ионно-лучевого осаждения.Некоторыми примерами этой технологии являются катодно-дуговое напыление и его коммерческий вариант мощного импульсного магнетронного распыления. В конце концов, это электрический ток , который создает пленочное покрытие на поверхности благодаря ионам.

Ионно-лучевое распыление создает пленки из нитридов, карбидов и оксидов металлов, которые обладают необычайным набором механических, теплофизических и оптических свойств, включая твердость, долговечность, электро- и теплопроводность и оптическую плотность.Другим способом добиться этих результатов невозможно.

Электрический ток в биологии и медицине

Имитация операционной в Институте знаний Ли Ка Шинг, Торонто, Канада. Пациенты-роботы-манекены, которые могут моргать, дышать, плакать, истекать кровью и моделировать болезни, используются для обучения

Понимание поведения электрического тока внутри биологических систем дает биологам и врачам мощный инструмент для исследований, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, независимо от их структуры.

При рассмотрении того, как электрический ток проходит через биологический объект, мы должны учитывать состояние клеток этого объекта. В этом отношении клеточная мембрана является важной структурой, которую необходимо учитывать. Это внешний слой каждой клетки, который защищает клетку от негативного воздействия окружающей среды за счет избирательной проницаемости для различных веществ. Другими словами, он пропускает одни вещества, а другие останавливает. С точки зрения физики, мы можем рассматривать эту мембрану как эквивалентную схему, которая состоит из параллельного соединения конденсатора с несколькими цепями, которые имеют последовательное соединение между источником электрического тока и резистором.Благодаря такой структуре электропроводность этого биологического объекта зависит от частоты приложенного напряжения и типов напряжения.

Трехмерное изображение волоконных путей, соединяющих различные области мозга. Это изображение было получено с использованием метода неинвазивной диффузионной тензорной визуализации (DTI)

Биологическая ткань состоит из клеток, внеклеточной жидкости, кровеносных сосудов и нервных клеток. При подаче электрического тока нервные клетки возбуждаются и посылают сигналы о сокращении или расслаблении мышц и кровеносных сосудов животного.Следует отметить, что течение электрического тока в биологических тканях нелинейно.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект является серия экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он пропустил электрический ток по нервам лягушачьей лапы, и это вызвало сокращение мышц и движение ноги. В 1791 году его открытия были описаны в отчете об электрических силах в движении мышц.Долгое время в учебниках явление, открытое Гальвани, именовалось гальванизмом. Даже сейчас этот термин иногда используется для обозначения определенных процессов и устройств.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году британский хирург и врач Ричард Кейтон и русский врач Василий Данилевский независимо друг от друга показали, что мозг может генерировать электричество. Другими словами, они обнаружили ионный ток, протекающий в мозгу.

Биологические объекты могут генерировать не только микротоки, но также значительные напряжения и токи в рамках своего повседневного функционирования.Задолго до работ Гальвани британский биолог Джон Уолш доказал электрическую природу защитной системы электрического луча. Шотландский хирург и физиолог Джон Хантер подробно описал механизм, с помощью которого электрические лучи генерируют электричество. Результаты их исследования были опубликованы в 1773 году.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это неинвазивный метод, который позволяет врачам измерять активность мозга, обнаруживая изменения в кровотоке.

Современная медицина и биология используют различные методы исследования. живые организмы, которые включают как инвазивные, так и неинвазивные методы.

Классическим примером инвазивного метода является исследование крыс, которые бегают по лабиринту или выполняют другие задания с имплантированными в их мозг электродами.

С другой стороны, неинвазивные методы — это такие широко известные методы диагностики, как электроэнцефалография и электрокардиография. В этих процедурах электроды, контролирующие электрические токи в головном мозге или сердце, используются для измерения на коже человека или животного под наблюдением. Чтобы улучшить контакт с электродами, на кожу наносят физиологический раствор, поскольку он является хорошим электролитом и может хорошо проводить электрический ток.

Помимо использования электрического тока для исследований и наблюдения за состоянием различных химических процессов и реакций, одним из наиболее эффективных способов использования электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда изображается как «перезапуск» сердца, которое уже остановилось. работающий.

Тренировочный автоматический внешний дефибриллятор (AED)

Действительно, запуск кратковременного импульса значительной величины может иногда (но очень редко) перезапустить сердце. Однако чаще используются дефибрилляторы, чтобы скорректировать аритмическое биение сердца и вернуть его к норме.Хаотические аритмические сокращения известны как фибрилляция желудочков, и поэтому устройство, которое возвращает сердце в норму, называется дефибриллятором. Современные автоматизированные внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем рассчитывать силу тока, необходимую пациенту, на основе этих факторов. Во многих общественных местах теперь есть дефибрилляторы, и медицинское сообщество надеется, что эта мера предотвратит множество смертей, вызванных дисфункцией сердца пациента.

Медработники обучены определять физиологическое состояние сердечной мышцы по электрокардиограмме и быстро принимать решения о лечении, намного быстрее, чем это могут сделать автоматические внешние дефибрилляторы, доступные для населения.

Отдельно стоит упомянуть об искусственных кардиостимуляторах, контролирующих сердечные сокращения. Эти устройства имплантируются под кожу или под грудную мышцу пациента и передают импульсы электрического тока напряжением около 3 В через электрод в сердечную мышцу.Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут проработать 6–14 лет, прежде чем потребуется их замена.

Характеристики электрического тока, его генерация и использование

Электрический ток характеризуется его величиной и типом. В зависимости от его поведения типы электрического тока делятся на постоянный ток или постоянный ток (он не меняется со временем), гармонический ток (он изменяется случайным образом со временем) и переменный ток или переменный ток (он изменяется со временем в соответствии с определенной схемой, обычно это регулируется периодическим законом).Для некоторых задач требуется как постоянный, так и переменный ток. В данном случае мы говорим об переменном токе с постоянной составляющей.

Термоядерный реактор Токамак де Варенн. Варенн, Квебек, 1981. Канадский музей науки и техники, Оттава

Исторически первый трибоэлектрический генератор электрического тока, машина Вимшерста, создавала его, натирая шерстью кусок янтаря. Более совершенные генераторы того же типа теперь называются генераторами Ван де Граафа — они названы в честь изобретателя самой ранней из этих машин.

Как мы уже говорили ранее, электрохимический генератор был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта. Этот генератор получил дальнейшее развитие в современных сухих аккумуляторных батареях, аккумуляторных батареях и топливных элементах. Мы до сих пор используем их, потому что это очень удобные источники энергии для всех видов устройств, от часов и смартфонов до автомобильных аккумуляторов и аккумуляторов электромобилей Tesla.

В дополнение к генераторам постоянного тока, описанным выше, существуют также генераторы, использующие ядерное деление изотопов, известные как атомные батареи, а также магнитогидродинамические генераторы, которые сегодня имеют очень ограниченное применение из-за их низкой мощности и технических ограничений. их конструкции и по ряду других причин.Тем не менее генераторы радионуклидов используются в энергонезависимых системах, например, в космосе, в автономных подводных аппаратах и ​​гидроакустических станциях, в маяках, внутри маяковых буев, а также в Арктике и Антарктике.

Коммутатор в мотор-генераторной установке, 1904. Канадский музей науки и техники, Оттава

В электротехнике генераторы делятся на генераторы постоянного и переменного тока.

Все эти генераторы работают благодаря электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году.Фарадей построил первый униполярный генератор малой мощности, который генерировал постоянный ток. Что касается первого генератора переменного тока, то история гласит, что он был описан Фарадею в 1832 году в анонимном письме, подписанном как «П. М. » После публикации этого письма Фарадей через год получил еще одно, в котором он благодарил и предлагал усовершенствовать конструкцию, добавив стальное кольцо для переноса магнитного потока магнитных полюсов катушек. Однако неясно, соответствует ли эта история действительности.

В то время применение переменного тока еще не было найдено, поскольку все практические применения электричества в то время требовали постоянного тока, включая ток, используемый в минной войне, электрохимии, недавно разработанном электротелеграфии и первых электродвигателях.Вот почему многие изобретатели сосредоточились пока на улучшении генераторов постоянного тока, изобретая для этого различные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, которые нашли практическое применение, был магнитоэлектрический генератор, созданный немецким и российским исследователем Морицем фон Якоби, работавшим в России с 1835 по 1874 год. Его использовали минные отряды ВМФ Российской армии для воспламенения взрывателей. морских мин. Улучшенные генераторы этого типа используются и по сей день для активации мин, и их часто можно увидеть в фильмах о Второй мировой войне, где партизаны или диверсанты используют их для взрыва мостов, схода с рельсов поездов и других подобных приложений.

Линза лазера с приводом компакт-дисков

С тех пор ведущие инженеры соревновались друг с другом в улучшении генераторов переменного и постоянного тока, создав окончательное противостояние между двумя титанами современной области производства электроэнергии, с Томасом Эдисоном из General Electric на одном с другой стороны, Никола Тесла из Westinghouse. Победил больший капитал, и технологии Tesla для генерации, транспортировки и преобразования переменного тока стали наследием американского общества. Это дало значительный толчок развитию экономики США и вывело страну на лидирующие позиции в мире.

В дополнение к способности производить электричество для различных нужд, которая зависела от преобразования механического движения в электричество благодаря обратимости электрических машин, стала реальностью еще одна возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение. Это было сделано с помощью электрических двигателей, работающих на постоянном и переменном токе. Можно сказать, что эти типы машин являются одними из наиболее широко используемых технологий, и они включают стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы коммерческих машин и станков, а также бытовые устройства и электронику.Благодаря этим устройствам мы научились выполнять различные задачи, такие как резка, сверление и формование. Благодаря этим технологиям мы также используем оптические диски, такие как компакт-диски и жесткие диски, в наших компьютерах — без них мы не смогли бы создать миниатюрные прецизионные электродвигатели постоянного тока.

Помимо привычных нам электромеханических двигателей, ионные двигатели также работают за счет электрического тока. Эти двигатели используют принцип движения за счет испускания ускоренных ионов данного вещества.В настоящее время они используются в космосе в основном для вывода на орбиту небольших спутников. Весьма вероятно, что будущие технологии 22-го века, такие как фотонные лазерные двигатели, которые все еще разрабатываются и которые будут вести наши межзвездные корабли на скоростях, приближающихся к скорости света, также будут зависеть от электрического тока.

Аналоговый мультиметр со снятой верхней крышкой

Генераторы постоянного тока можно также использовать для выращивания кристаллов для электронных компонентов.Этот процесс требует дополнительных стабильных генераторов постоянного тока. Такие прецизионные твердотельные генераторы электрического тока называются стабилизаторами тока.

Измерение электрического тока

Следует отметить, что устройства для измерения электрического тока, такие как микроамперметры, миллиамперметры и амперметры, сильно отличаются друг от друга в зависимости от их конструкции и принципов измерения, которые они используют. К ним относятся амперметры постоянного тока, амперметры переменного тока низкой частоты и амперметры переменного тока высокой частоты.

Измерительные механизмы этих устройств можно разделить на подвижную катушку, подвижное железо, подвижный магнит, электродинамические, индукционные, термоанемометрические и цифровые амперметры. Большинство аналоговых амперметров включает подвижную или неподвижную раму с намотанной катушкой и неподвижными или подвижными магнитами. Благодаря такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему, которая представляет собой последовательное соединение катушки индуктивности и резистора с конденсатором, подключенным параллельно им. Из-за этого аналоговые амперметры недостаточно чувствительны для измерения высокочастотного тока.

Подвижная катушка с иглой и спиральными пружинами измерителя, использованная в аналоговом мультиметре выше. Некоторые люди по-прежнему предпочитают аналоговые мультиметры, которые практически не изменились с 1890-х годов.

Основное измерительное устройство амперметра состоит из миниатюрного гальванометра. Его диапазоны измерения создаются за счет использования дополнительных шунтирующих резисторов с малым сопротивлением, и это сопротивление ниже, чем у обычного гальванометра. Таким образом, используя одно устройство в качестве основы, можно создавать различные измерительные устройства для измерения токов с разными диапазонами, включая микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Обычно при электрических измерениях важно поведение тока. Он может быть измерен как функция времени и иметь разные типы, например постоянный, гармонический, гармонический, импульсный и т. Д. Его величина характеризует способ работы электронных схем и устройств. Идентифицируются следующие значения тока:

• мгновенное,
• размах амплитуды,
• среднее,
• среднеквадратичная амплитуда.

Мгновенный ток I _i — значение тока в любой момент времени.Его можно просмотреть на экране осциллографа и измерить для каждого момента времени, глядя на осциллограф.

Размах амплитуды тока I _м — наибольшее мгновенное значение тока за данный период времени.

Среднеквадратичное значение амплитуды тока I находится как квадратный корень из среднего арифметического квадратов мгновенных токов для периода формы сигнала.

Все аналоговые амперметры обычно измеряют среднеквадратичное значение амплитуды тока.

Среднее значение тока — это среднее значение всех значений мгновенного тока за время измерения.

Разница между максимальным и минимальным значением электрического тока называется размахом сигнала.

В наши дни для измерения электрического тока широко используются мультиметры и осциллографы. Оба этих устройства предоставляют информацию не только о форме , тока или напряжения, но и о других важных характеристиках сигнала.К ним относятся частота периодических сигналов, и поэтому важно знать предел частоты измерительного устройства при измерении электрического тока.

Измерение электрического тока с помощью осциллографа

Проиллюстрируем сказанное выше серией экспериментов по измерению активных и пиковых значений тока синусоидального и треугольного сигналов. Мы будем использовать генератор сигнала, осциллограф и мультиметр.

Схема эксперимента 1 показана ниже:

Генератор сигналов FG подключен к нагрузке, которая состоит из мультиметра (MM), соединенного последовательно с шунтом Rs и нагрузочным резистором R.Сопротивление шунтирующего резистора R _s составляет 100 Ом, а сопротивление нагрузочного резистора R — 1 кОм. Осциллограф ОС подключен параллельно шунтирующему резистору R _s . Номинал шунтирующего резистора выбирается из условия R _s << R. Проводя этот эксперимент, помним, что рабочая частота осциллографа намного выше рабочей частоты мультиметра.

Test 1

Подаем на нагрузочный резистор синусоидальный сигнал частотой 60 Гц и амплитудой 9 В.Современные осциллографы имеют очень удобную кнопку Auto Set, которая позволяет отображать любой измеренный сигнал, не касаясь других органов управления осциллографа. Нажимаем кнопку Auto Set и наблюдаем за сигналом на экране, как на иллюстрации 1. Здесь диапазон сигнала составляет около пяти больших делений, а значение каждого деления составляет 200 мВ. Мультиметр показывает значение электрического тока как 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичную амплитуду на резисторе как U = 312 мВ. Среднеквадратичное значение тока на резисторе R _s можно определить по закону Ома:

I _RMS = U _RMS / R = 0.31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

, что соответствует значению 3,1 мА на мультиметре. Обратите внимание, что диапазон тока в нашей цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов и мультиметра, равен

I _PP = U _PP / R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Мы знаем, что пиковый и фактические значения электрического тока и напряжения отличаются в √2 раза. Если мы умножим I _RMS = 3,1 мА на √2, мы получим 4,38. Удвоим это значение — получим 8.8 мА, что очень близко к измеренному осциллографом току (8,9 мА).

Test 2

Теперь уменьшим генерируемый сигнал вдвое. Диапазон сигнала на осциллографе также уменьшится примерно вдвое (463 мВ), а мультиметр покажет значение, которое также примерно уменьшено вдвое и составляет 1,55 мА. Определим значение активного тока на осциллографе:

I _RMS = U _RMS / R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что примерно такое же значение, которое показывает мультиметр (1 .55 мА).

Test 3

Теперь увеличим частоту генератора до 10 кГц. Изображение на осциллографе изменится, но диапазон сигнала останется прежним. Значение на мультиметре уменьшится — это связано с диапазоном частот мультиметра.

Test 4

Давайте снова воспользуемся начальной частотой 60 Гц и напряжением 9 В, но изменим форму сигнала на генераторе с синусоидальной на треугольную. Диапазон сигнала на осциллографе остается прежним, но значение на мультиметре уменьшается по сравнению со значением тока, которое он показал в тесте 1.Это потому, что среднеквадратичное значение тока изменилось. Осциллограф показывает приведенное значение среднеквадратичного напряжения, измеренного на резисторе R _s = 100 Ом.

Меры безопасности при измерении электрического тока и напряжения

Пьедестал для самостоятельной камеры с телесуфлером и тремя мониторами для домашней видеостудии

• При измерении тока и напряжения мы должны помнить, что в зависимости от того, насколько безопасно здание, например, относительно малое напряжение 12–36 В может быть опасным и даже опасным для жизни.Поэтому крайне важно соблюдать следующие меры безопасности.
• Не измеряйте токи, если для измерения требуются специальные навыки (например, измерение токов в цепях с напряжением выше 1000 В).
• Не измеряйте токи в труднодоступных местах и ​​на высоте.
• При измерении токов в жилой распределительной сети используйте специальные средства защиты, такие как резиновые перчатки, коврики или ботинки.
• Не используйте сломанные или поврежденные измерительные приборы.
• При использовании мультиметров убедитесь, что установлены параметры измерения и правильный диапазон измерения.
• Не используйте измерительный прибор со сломанными зондами.
• Тщательно следуйте инструкциям производителя по использованию измерительного прибора.

Эту статью написал Сергей Акишкин

У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

Радиографическая плотность | Рентгенологическое изображение | Курс непрерывного образования

Рентгенологическая плотность отражается темнотой рентгенографического изображения. В обычной пленочной рентгенографии это называется «пропускаемой плотностью», потому что это мера света, проходящего через пленку. В цифровых изображениях это относится к тому, насколько общая гистограмма изображения смещена в сторону нижних уровней серого. ^{3, 6-8}

Есть общие факторы, которые влияют на рентгенографическую плотность обычной пленки и цифрового рецептора или пластины, а есть другие факторы, которые зависят от природы рецептора.Мы будем обсуждать только общие факторы, которые связаны с воздействием и предметом, и мы будем рассматривать одну переменную за раз, сохраняя другие переменные неизменными.

Изменение мА и времени экспозиции

При увеличении мА или времени экспозиции количество рентгеновских фотонов, генерируемых на аноде, линейно увеличивается без увеличения энергии пучка. Это приведет к большему количеству фотонов, достигающих рецептора, и это приведет к общему увеличению плотности рентгенографического изображения (Рисунок 2). ^{2, 4, 6, 9}

Изменение кВп

При увеличении кВп увеличивается количество и энергия рентгеновских фотонов, генерируемых на аноде. Это приведет к тому, что большее количество фотонов с более высокими энергиями достигнет рецептора, и это приведет к общему увеличению плотности рентгенографического изображения в большем масштабе при увеличении мА или времени экспозиции (Рисунок 3). ^{2-4, 8}

Изменение расстояния от источника до объекта

Когда расстояние от источника до объекта увеличивается, интенсивность рентгеновского луча уменьшается по закону обратных квадратов.Это приведет к уменьшению интенсивности луча, достигающего объекта, и это приведет к уменьшению плотности изображения (Рисунок 4). ^{5-7, 10, 11}

Толщина абсорбера

Когда толщина поглотителя увеличивается, количество поглощаемых фотонов увеличивается, что приводит к меньшему количеству фотонов, достигающих рецептора. Это приведет к уменьшению плотности изображения (Рисунок 5). ^{3, 7 10, 11}

(PDF) Влияние киловольта, миллиамперных секунд и размера фокусного пятна на качество изображения.

2

Peer Review

RADIOLOGIC TECHNOLOGY, май / июнь 2014 г., том 85, номер 5

млн лет назад, Hogg, Norton

Обычно считается, что использование пятна с малым фокусом

лучше, чем с большим фокусом. пятно при визуализации

конечностей, потому что костные трабекулярные узоры

можно разрешить более четко за счет минимизации геометрической нерезкости

. Геометрическая нерезкость является основным источником

ухудшения пространственного разрешения в системах CR, а

зависит от 3 параметров: размер фокусного пятна (FS), расстояние от объекта

дистанция (SID).Отношения между этими геометрическими параметрами

могут быть связаны уравнением

геометрическая нерезкость = (FS × OID) / (SID — OID).

Чем меньше размер фокусного пятна, тем лучше пространственное разрешение

.2

Исследования Горхэма и Бреннана не показали существенной разницы в качестве изображения

между маленькими

и большими размерами фокусного пятна на рентгенограммах голеностопных и коленных суставов

или для рентгенографии грудного и поясничного отделов позвоночника.6

Результаты Platin et al совпадают с выводами

Gorham and Brennan.7 Platin et al продемонстрировали, что

клиническое значение различного размера фокального пятна

незначительно при рентгенографии зубов для диагностики автомобиля. е. Напротив, в некоторой литературе предполагается, что использование малого размера фокусного пятна

может улучшить разрешение изображения при маммографии

.8,9,10 Однако размер фокусного пятна

равен 0.1 мм, используемый в маммографических устройствах для увеличения —

меньше, чем размер фокусного пятна, обычно используемый в обычных рентгеновских трубках

. Следовательно, результаты маммографии

, связанные с размером фокального пятна, могут не иметь отношения к большинству диагностических визуализационных исследований

.

Качество изображения также зависит от ориентации пациента

относительно рентгеновской трубки, поскольку эффективный размер фокусного пятна

изменяется в направлении анод-катод

.Кац и Николофф обнаружили, что ухудшение пространственного разрешения

по этой оси может достигать как

, так и 75% .11

Хотя теория предполагает, что небольшое фокусное пятно

может улучшить качество изображения, чрезмерное использование маленького

фокальных пятен могут сократить срок службы лампы. Малый размер фокусного пятна

приводит к меньшей целевой области, а тепло, генерируемое

в результате взаимодействия тормозного излучения, рассеивается на небольшой площади

.Это может увеличить тепловую нагрузку на трубку

и потенциально сократить срок ее службы.2, 12

Рентгенологи должны уравновесить технические факторы, влияющие на качество изображения, с необходимостью подвергать

пациентов как можно меньшему облучению. для достижения приемлемого качества изображения

. Основная цель этого исследования

состояла в том, чтобы изучить влияние киловольта,

миллиампер-секунд и размера фокального пятна на качество изображения рук задне-переднего (ПА)

с использованием антропоморфного фантома.

Под качеством воспринимаемого изображения понимается качество изображения

, оцениваемое по зрительным и когнитивным системам человека, а не

, а не физическим показателям, таким как отношение сигнал / шум.

Воспринимаемое качество изображения клинически реалистично.

Методы

Получение изображений

Визуализацию проводили с использованием высокочастотного генератора

Wolverson (Wolverson X-Ray Ltd) с

стандартной рентгеновской трубкой Varian 130 HS (накопление тепла)

(Varian Medical Systems) ).Все изображения были получены

с использованием одного и того же рецептора изображений Agfa CR 24 × 30 см

(Agfa HealthCare). Рецептор изображения был обработан

с использованием дигитайзера Agfa CR 35-X. Было выполнено стандартное оборудование

, и результаты составили

, соответствующие спецификациям производителя.13 Морфический фантом руки антропо-

(непрозрачный фантом RSD PIXY)

был размещен в наклонных положениях PA, а рентгеновский снимок

был коллимирован, чтобы включить интересующую область.14

Положение рецептора изображения и размер коллимации

были отмечены таким образом, чтобы положение рецептора изображения и ограничение col-

могли сохраняться для всех экспозиций. Экспериментальная установка

показана на рисунке 1.

Всего было получено 70 изображений; 35 изображений имели малый размер фокусного пятна

(0,6 мм) и 35 изображений имели большой размер фокусного пятна

(1 мм) на расстоянии 100 см от источника до приемника изображения

при различных значениях киловольт и миллиампер-секунд

.В клинической практике Соединенного Королевства 70 кВ и

1 мА являются общими факторами воздействия для изображения руки в косой области

и поэтому использовались в качестве базового уровня

для исследования влияния манипулирования параметрами получения

на качество воспринимаемого изображения. Для первого эксперимента

киловольт было изменено с 40 кВ до 120

кВ, увеличиваясь с шагом 5 кВ, в то время как миллиампер-

пересекунд оставалось постоянным на уровне 1 мАс.Для второго эксперимента

миллиампер-секунды были изменены

с 0,4 мАс до 5,6 мАс, а напряжение в киловольтах оставалось постоянным

при 70 кВ.

Теория, полученная на основе исследования изображений на пленке

предполагает, что видимое изменение плотности может быть воспринято

Рациональный подход — UC Davis

TY — JOUR

T1 — Снижение дозы в педиатрической КТ

T2 — Рациональный подход

AU — Бун, Джон M

AU — Джерати, Эстелла М.

AU — Зайберт, Дж. Энтони

AU — Вуттон-Горжес, Сандра Л.

PY — 2003/8/1

Y1 — 2003/8/1

N2 — НАЗНАЧЕНИЕ: Определение факторов, зависящих от размера техники для детской компьютерной томографии (КТ) с использованием физически измеренных объективных данных. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Шесть фантомных цилиндров (диаметром 10-32 см) сканировали с помощью клинического многодетекторного строчного компьютерного томографа. Шум ТТ был статистически охарактеризован для коэффициентов техники ТТ от 80 до 140 кВп и от 10 до 300 мАс.Измерения дозы проводились с каждым фантомом. Разбавленный йод и контраст тканей определялись компьютерными расчетами, подтвержденными данными измерений. Данные о дозе, шуме и контрасте были подобраны на компьютере, и были вычислены факторы детской компьютерной томографии (миллиампер-секунды), необходимые для поддержания отношения контраст / шум (CNR). РЕЗУЛЬТАТЫ: По сравнению с эталонным цилиндрическим животом взрослого человека диаметром 28 см, CNR поддерживался на постоянном уровне у педиатрических пациентов диаметром 25, 20 и 15 см, соответственно, при значениях миллиампер-секунд 0.Использовались значения 557, 0,196 и 0,054 миллиампер-секунды для взрослых. Соответствующие дозы были снижены до 0,642, 0,287 и 0,090 от дозы для взрослых диаметром 28 см соответственно. Методы компьютерной томографии для исследования педиатрических голов размером 15 и 13 см, соответственно, могут включать использование значений 0,572 и 0,366 миллиампер-секунд по сравнению с теми, которые используются для исследования стандартной головы взрослого человека диаметром 17 см. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: На основе данных физических измерений были составлены технические схемы компьютерной томографии для педиатрических исследований брюшной полости и головы; использование этих таблиц позволит снизить дозу облучения детей при сохранении CNR.

AB — ЦЕЛЬ: Определение технических факторов, зависящих от размера, для детской компьютерной томографии (КТ) с использованием физически измеренных объективных данных. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Шесть фантомных цилиндров (диаметром 10-32 см) сканировали с помощью клинического многодетекторного строчного компьютерного томографа. Шум ТТ был статистически охарактеризован для коэффициентов техники ТТ от 80 до 140 кВп и от 10 до 300 мАс. Измерения дозы проводились с каждым фантомом. Разбавленный йод и контраст тканей определялись компьютерными расчетами, подтвержденными данными измерений.Данные о дозе, шуме и контрасте были подобраны на компьютере, и были вычислены факторы детской компьютерной томографии (миллиампер-секунды), необходимые для поддержания отношения контраст / шум (CNR). РЕЗУЛЬТАТЫ: По сравнению с эталонным цилиндрическим животом взрослого человека диаметром 28 см, CNR поддерживался на постоянном уровне у педиатрических пациентов диаметром 25, 20 и 15 см, соответственно, при значениях миллиампер-секунд 0,557, 0,196, и 0,054 миллиампер-секунды для взрослых. Соответствующие дозы были снижены до 0.642, 0,287 и 0,090 дозы для взрослых диаметром 28 см соответственно. Методы компьютерной томографии для исследования педиатрических голов размером 15 и 13 см, соответственно, могут включать использование значений 0,572 и 0,366 миллиампер-секунд по сравнению с теми, которые используются для исследования стандартной головы взрослого человека диаметром 17 см.