Cílem předmětu je seznámení se základními pojmy teorie elektromagnetického pole. Po prostudování modulu by měl student být schopen orientovat se v základní terminologii elektrotechniky, řešit elementární úlohy z elektro/magnetostatického pole, stacionárního a kvazistacionárního pole a měl by znát základní principy šíření elektromagnetických vln.
Uvaţujeme-li rezistor jako krychli tkáně délky umístěnou mezi dvěma deskami
kapacitoru, pak pld elektrické pole tepelného šumu
mV
d
fTk
dd
v
E rms
kT /020,0
2 2
1
(2.
Pole tkáni vyvolané teplem
Existují přirozené zdroje elektrického šumu, které jsou neodstranitelné, nejdůleţitější nich dobře
známý tepelný šum, který objevil experimentálně Johnson Bellových laboratořích.
Vypočtená intenzita elektrického pole tepelného šumu přibliţně tisicínásobkem vnitřního
elektrického pole odhadnutého pro pole způsobené proudem silnoproudého vedení a
čtyřicetinásobkem elektrického pole působícího přímo bosého poutníka kráčejícího kolejích. Jestliţe buňce existuje proces, který filtruje frekvence
obsaţené tepelném šumu tak, šířka frekvenčního pásma menší, například Hz, pak se
mohla brát úvahu jen indukovaná pole uvnitř tohoto frekvenčního pásma; ovšem třeba si
uvědomit, taková frekvenční filtrace zeslabovala stejně pole působící vnějšku jako pole
vyvolané tepelným šumem. Spád napětí Purkyňových buňkách vláknech srdečního svalu zhruba 0,09
V typický pokles potenciálu membránách nervových buněk 0,95 Pro membránu tlustou 5
mm jsou přirozeně vyskytující elektrická pole přibliţně rovná 107
V/m tedy šest sedm
řádů větší neţ našich krajních, nejméně příznivých případech.Vliv prostředí elektromagnetické pole
91
průměrem vytvořila buněčné membráně elektrické pole Emem intenzitě kolem 0,057
V/m. Tento šum
vzniká rezistoru důsledku brownovského pohybu elektronů iontů.127)
Tento výsledek naprosto obecný byl experimentálně potvrzen pro frekvence počínaje téměř od
nuly oblast centimetrových milimetrových vln. K
indukování polí buňkách rovných polím vyvolaným tepelným šumem bylo potřeba vnější
elektrické pole intenzitou MV/m pole, při kterém začíná vzduchu tvořit koronový
výboj. Například šumové pole podle
rovnice (2.
K výsledku získanému rovnice (2. Nezáleţí příliš tom, který těchto konkrétních případů pouţije; maximální
hodnoty polí indukovaných membránách budou řádově rovné V/m nejméně příznivých
uvaţovaných případech. Podobné hodnoty magnetického pole naměřily trati, kde pouţívá
frekvence Hz.
Ačkoliv pole vyvolané tepelným šumem klesá druhou odmocninou objemu, skutečnosti
právě pole šumu, které významně uplatňuje uvnitř objemu buňky.128) nutné srovnat polem indukovaným prostřednictvím Faradayova efektu ve
smyčce obvodem nikoli něčem, (2r)3/2
krát menší.128)
Měrný odpor 1/ pro tkáň přibliţně m; nabývá pro objem krychle velikosti buňky
hodnoty kolem m; pro energii kT byla teplotu dosazena teplota těla, pro šířku frekvenčního
pásma hodnota 100 Hz. Nejsilnější magnetická pole, kolem frekvencí indukovala pole Eint 515 V/m
a Emem 1,5 V/m. Rozměry tvary buněk ovšem
.128) nutné přičinit dvě poznámky:
Šířka frekvenčního pásma není přesně známa. Člověk takovém poli doslova svítil.
Robert Adair pouţil Nyquistův vztah odhadu neodstranitelných polí buňce vznikajících důsledku
tepelného šumu.
Naproti tomu mají pole nevodivých buněčných membránách vznikající přirozenými procesy těle
intenzity 107
V/m. Kvantitativní teorii tepelného
šumu formuloval jako první Harry Nyquist, kdyţ ukázal, střední kvadratická hodnota napětí na
rezistoru intervalu frekvencí šířkou určena vztahem
fTkRv 42
(2
