Розв'язана задача по розподілу електромагнітного випромінювання всередині яєчників великої рогатої худоби. В результаті теоретичних досліджень, з використанням векторних потенційних полів і інтегральних формул теорії векторних полів, було отримано інтегральне рівняння. Рішення рівняння дозволило отримати формули для розрахунку середнього значення електричного поля всередині хворих яєчників. Середнє значення електричного поля необхідно для визначення біотропного параметрів при лікуванні запалень яєчників

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - Попрядухин В.С.


Analysis of the electric field distribution in the diseased ovaries of cows

This article is focused on solving the problem of the electromagnetic radiation distribution inside the ovaries of cattle. As a result of theoretical studies integral equation was obtained based on vector fields and integral formulas of vector field theory. Solving of the equation allowed to obtain formulas for the calculation of the electric field mean value inside of diseased ovaries. Mean value of the electric field is necessary for calculation of biotropic parameters for treatment of inflammation of ovaries


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва діє до: 2017
    Журнал: ScienceRise
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В ХВОРИХ НА яєчників КОРІВ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В ХВОРИХ НА яєчників КОРІВ»

    ?10. Прилад побутовий електричний панельний опалювальний i3 конвекцшнім ефектом «TermoPlaza» [Електронний ресурс]. - Termoplaza. Energy saving technologies. - Режим доступу: http://termoplaza.in.ua

    11. Терморегулятор Terneo RZ [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://hotcold.com.ua/sites/default/files/ inst_terneo_rz_ru_web.pdf

    12. Інструкція SAMSUNG AQ07UGFN - кондиціонер [Електронний ресурс]. - Режим достуш: http://manualbase.ru/ files / 5254_samsung-aq07ugfn.html

    Рекомендовано до публжацп докт. техн. наук Фроловим С. А.

    Дата надходження рукопису 24.11.2016

    Попов Сташслав Вячеславович, кандидат техшчніх наук, доцент, кафедра технології МАШИНОБУДУВАН-ня, Полтавський Нацонального техшчній ушверсітет iм. Юргя Кондратюка, пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, прикрашені, 36011 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Васильєв Анатолш Володимирович, кандидат техшчніх наук, доцент, кафедра технології машінобу-дування, Полтавський нацiональний технiчний ушверсітет iм. Юрiя Кондратюка, пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, прикрашені, 36011 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Васильєв Свгенш Анатолшовіч, кандидат техшчніх наук, доцент, кафедра будiвельних машин i обладнання, Полтавський нацюнальній технiчний унiверситет iм. Юрiя Кондратюка, пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, прикрашені, 36011 E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    УДК 621.374

    Б01: 10.15587 / 2313-8416.2017.86508

    АНАЛІЗ РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В ХВОРИХ НА яєчників КОРІВ

    © В. С. Попрядухин

    Розв'язана задача по розподілу електромагнітного випромінювання всередині яєчників великої рогатої худоби. В результаті теоретичних досліджень, з використанням векторних потенційних полів і інтегральних формул теорії векторних полів, було отримано інтегральне рівняння. Рішення рівняння дозволило отримати формули для розрахунку середнього значення електричного поля всередині хворих яєчників. Середнє значення електричного поля необхідно для визначення біотропного параметрів при лікуванні запалень яєчників

    Ключові слова: модель яєчників, розподіл електричного поля в яєчниках тварин, біотроп-ні параметри поля

    1. Введення

    Кризовий стан в тваринництві України характеризується спадом виробництва молока і м'яса за рахунок безпліддя маткового поголів'я корів. Основними післяпологовими хворобами у корів є акушерсько-гінекологічні хвороби, серед яких основне місце займає патологія гонад (яєчників). Основними хворобами яєчників у корів, найчастіше, зустрічаються: запалення яєчників (оваріо) -до 15%; гіпофункція яєчників до 30%; персистентного жовте тіло - до 90%; кіста яєчників - до 30%; атрофія яєчників - до 40%; склероз яєчників - до 10%, від числа безплідних корів. Захворювання корів хворобою яєчників тягне за собою зниження заплідненості корів на 17-40%, збільшення від отелення до плідного осіменіння на 40-60 днів, зменшення виходу приплоду і молочної продуктивності на 12-18% [1].

    Проведений аналіз показує, що економічний збиток від цього захворювання складається з низькою молочної продуктивності, не до отримання телят, збільшення витрати сперми і ранньої вибракування худоби. Швидке і ефективне лікування патології яєчників великої рогатої худоби (ВРХ) найважливіша економічне завдання, як в м'ясної, так і в молочній промисловості [2].

    2. Літературний огляд

    У сучасних умовах для лікування яєчників корів використовуються антибіотики, гормони і інші хімічні препарати, які є малоефективними [3]. Антибіотики та інші медикаменти, потрапляючи в організм людини через молоко і м'ясо корів, пригнічують імунітет, уражають печінку і інші органи, що призводить до різних захв-

    ваниям. Тому немедикаментозне лікування яєчників у корів є актуальним завданням.

    Літературний аналіз показує, що лікування хвороб яєчників тварин можливо на основі застосування інформаційного електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону з певними біотропного параметрами [4]. Електромагнітне випромінювання при впливі на патологічні процеси в організмі тварин призводить до загибелі патогенних мікробів, зниження рецептор-ної чутливості, зменшення тривалості фази відновлення та інтеретіціального набряку, активізації регенеративних процесів, прискоренню і корекції гормональної та ферментативної систем, поліпшенню мікроциркуляції крові і лімфи [5].

    Встановити аспекти впливу електромагнітних полів, пов'язаних ні з потужністю впливу і поглиненої енергією, а з інформацією, закодованою біотропного параметрах ЕМП, можливо на основі теоретичних досліджень, які на цей момент відсутні [6]. В даний час також відсутній математичний аналіз узагальнених моделей гінекологічних органів тварин на математичному і системно - інформаційному рівнях [7].

    Проведений аналіз показує, що для створення електромагнітного методу лікування хвороб яєчників тварин необхідні дослідження з розподілу електричного поля в яєчниках при різних частотах випромінювання.

    3. Об'єкт, мета та завдання дослідження

    Об'єктом дослідження є процес взаємодії монохроматичного електромагнітного випромінювання з моделлю яєчників корів.

    Метою роботи є визначення резонансної частоти електромагнітного випромінювання для лікування захворювань яєчників.

    Для досягнення поставленої мети були поставлені такі завдання:

    1. Обгрунтувати модель яєчника тварин великої рогатої худоби.

    2. На основі методу об'ємних інтегральних рівнянь отримати вираз для напруженості електричного поля всередині яєчників тварин, як функції діелектричної проникності і частоти збуджуючої хвилі.

    4. Розподіл напруженості електричного поля в яєчниках корів

    При аналізі процесу впливу електромагнітного випромінювання на яєчники корови будемо вважати, що виконуються наступні основні припущення. По-перше, в якості електромагнітного випромінювання будемо розглядати лінійно поляризовану монохроматичну електромагнітну хвилю, що поширюється в середовищі, де розташовані яєчники. По-друге, яєчники корови модулюються сфероїді обертання, заповненими ізотропної середовищем з діелектричної проникністю ее0 і магнітною проникністю / і0 (е 0) і / і0 - діелектрична і магнітна проникності вакууму) (рис. 1).

    По-третє, будемо нехтувати частотної і просторової дисперсиями діелектричної проникності яєчників корови. Ці припущення є загальноприйнятими [8] і дозволяють строго в математичному відношенні сформулювати завдання про взаємодію електромагнітного випромінювання з яєчниками корів

    Введемо декартові х, у, г і циліндричну г, ф, г системи координат з осями г, що збігаються з віссю симетрії сфероида (модель яєчника, рис. 1).

    Мал. 1. Електродинамічна модель яєчника корови

    Лінійно поляризовану монохроматичну електромагнітну хвилю, що поширює в загальному випадку в напрямку, який не збігається з жодною з осей декартової системи координат х, y, z можна представити у вигляді

    Eпад = E0 (cos а1ёх + cos Реу + cos 81ez j x

    xe

    k (x cos + y cos у2 + z cosy3 JiOJt

    - E / \

    H "" "= W (cos a2ex + cos? 2ey + cos S2ez J:

    W

    yik (x cos Yi + y cos у2 + z cos Уз ^ J-irnt

    (1)

    Тут а1, / 31,81 і А2, Р2,82 - кути, які вказують

    орієнтацію вектора Епад і Нпад відповідно, а в1, в2, в3 - кути орієнтації напрямку поширення хвилі,

    W =

    Мо

    W - хвильовий опір середовища, в якій знаходяться яєчники, е1е0 - діелектрична проникність цього середовища, до = юУ1е1е0 ^ 0 - хвильове число, ю - кругова частота хвилі, Е0 - амплітуда хвилі.

    В результаті дифракції хвилі (1) на яєчнику корови виникає вторинне електромагнітне поле (поле дифракції) з векторами напруженостей

    електричного і магнітного полів E ±, H ± (знак +

    відповідає полю всередині яєчника, а знак полю поза яєчника). Це поле повинно задовольняти однорідної системи рівнянь Максвелла як всередині яєчника, так і поза.

    rotE = ikWH. Тут введені позначення

    'E + + Eпад, p eQ

    E =

    E_ + Eпад, p € Q

    (9)

    rotE ± = ia>jU0 H ±

    rotH_ = -ias1s0 E_,

    rotH + = -irnss0E +, divE ± = 0, divH ± = 0.

    (2)

    (3)

    Крім рівнянь (2), (3) поле дифракції має задовольняти граничним умовам на поверхні яєчників, а поза яєчників - умові випромінювання [8].

    Граничні умови на поверхні яєчників складаються в безперервності тангенціальних компонент поля до цієї поверхні:

    E + E ™ = E +

    H + H ™ = H +

    (4)

    (5)

    Вимога, щоб поле Н_, е_ задовольняло

    умові випромінювання, полягає у виконанні наступних співвідношень [9]:

    (

    iimr

    r ^ да

    iimr

    r ^ да

    dE_ 8r

    \

    8H-8r

    -ikE-

    -ikH

    = 0,

    = 0,

    (6)

    (7)

    - (2 2 2 \ '/ 2 де г = 1 х + у + г I .

    Як випливає із загальних теорем електродинаміки [8] завдання (1) - (7) має єдине рішення. Побудова цього рішення, в загальному випадку, можливо тільки за допомогою чисельних методів [9]. Однак, при певних припущеннях можна отримати для розрахунку напруженості електричного поля формулу, як функції діелектричної проникності і частоти збуджуючої хвилі.

    Для розподілу електричного поля всередині яєчників корів, отримаємо інтегральне рівняння еквівалентне завданню (1) - (7). З цією метою скористаємося уявленнями для електромагнітного поля за допомогою векторних потенційних функцій і інтегральними формулами теорії векторних полів [10].

    нехай 0> позначає область простору, яку займає яєчниками. Рівняння (2), (3) представимо в наступному вигляді:

    - ik - -

    rotH = - E + j,

    W

    (8)

    H =

    J = i

    H ++ Hпад, p eQ

    H- + H1 ™, p € Q

    WW (e-Su) E +, p e Q,

    (10)

    (11)

    p € Q,

    k = ayJele0 ^ 0, W = I ^ 0 - хвильове число і віл-

    нове опір середовища, де поширюється збудлива хвиля, р = (х, у, г ^) = (г, ф, г) - точка

    простору.

    Рівняння (8), (9) можна розглядати як неоднорідні рівняння Максвелла в однорідному середовищі з діелектричної проникністю е1е0 і магнітної

    проникністю / і0, а векторну функцію у вважати щільністю струму заданого в області Q .

    Припустимо, що величина у (11) відома. Тоді рішення рівнянь (8), (9) задовольняють умові випромінювання (6) і (7), можна уявити за допомогою векторної потенційної функції Г за відомими формулами [10]:

    F (p) = JJ (q) G (\ p-q \) dvq

    - W - -

    E = - qraddivF - ikWF, ik

    H = ratF.

    (12)

    (13)

    (14)

    Функція О (| р-д || є функцією Гріна тривимірного скалярного рівняння Гельмгольца:

    ехр ( "ю ^ М. IР-? |) О (| р -?) -, (15)

    де | р-? | - відстань між точками р і ^ .

    Підставивши (12) в (13), і після ряду перетворень було отримано:

    (- j

    E (p) = 1 - qrad divj E + (q) G (p - q |)) vq

    де

    + K 2 11 - \ j E + G (| p - q |).

    (16)

    1 J Q

    Слід зазначити, що операцію qгat div можна внести під знак інтеграла, оскільки функція Гріна (15) після двічі диференціювання по змінній p має неінтегріруемих особливість

    порядку | р - 3 при збігу точок p та q отже відповідний інтеграл є розбіжним. Покладемо тепер в (16), що точка p е Q .

    Тоді з (16) з урахуванням (10) отримуємо:

    (

    E + (p) = k2 1 - \ j E + (q) G (p - q)

    + 1 + 1 --I qrad div j E + (q) G (p - q \) dvq + E ™. (17)

    Вираз (17) є інтегро-діфферен-соціальним рівнянням щодо напруженості електричного поля всередині яєчників (область Q).

    Коли точка p й Q, то при відомому поле Е + вираз (16) дозволяє розрахувати електричне поле поза яєчників. Магнітне поле так само визначається,

    якщо відомо електричне поле Е +. З (14) маємо:

    ik I 1--

    H (p) = V W - J rot j E + (q G (p - q |) dvq. (18)

    Таким чином, вихідна задача про взаємодію електромагнітного випромінювання з яєчниками корови зведена до інтегро-диференціальних рівнянь (17).

    Побудова рішення цього рівняння є складною обчислювальної проблемою.

    У зв'язку з цим, за допомогою інтегро-диферен-ренціальних формул теорії векторних полів рівняння (17) було перетворено до простішого вигляду:

    (

    E + (p) = k2 1 - \ j E + (q G (p - q |) -

    V - 1 J Q

    -(1 j j ((+ (q), n) qradqG (| p - q |) dsq + E1 ™. (19)

    1 у так

    Вираз (19) є шуканим рівнянням для електромагнітного поля всередині яєчника. На основі рівняння (19) були отримані формули для розрахунку середнього значення електричного поля всередині яєчників.

    U ='се ~ 9ккК

    16

    1 - (kR) 2

    (

    1 - -

    9ih4

    16R4

    |D,

    (20)

    D, = 0.5j

    Л • r - "j

    TT J

    .J,! F j J. V 2

    x3

    (1 - x2) x -

    r J2! x I sinx 4i r 2 V 2 \ 2 (2 x 2.2 x. d cos - x sin - I ax.

    x

    З цієї формули випливає, що найбільш перспективний для ефективної взаємодії електромагнітного випромінювання з яєчниками корови є діапазон частот, де КЯ ~ 10, кк ~ 10. З огляду на середньостатистичні геометричні розміри яєчників цей діапазон можна визначити як

    61 ГГц - 151 ГГц. На рис. 2 представлені результати розрахунків залежності середнього електричного поля від частоти збуджуючої хвилі.

    Геометричні параметри яєчника були наступні: 2я = 20 мм, к = 40 мм. Відносна діелектрична проникність середовища заповнює яєчник е = 8,5, втрати в середовищі характеризувалися tgS = 0,5. Серед зовнішніх по відношенню до яєчників мала матеріальні параметри: е = 4,5; tgS = 0,5. Розрахунки проводилися в діапазоні частот 61-91 ГГц.

    А-

    \ V-

    \

    1іер1

    0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД Про

    61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87? ГГц Рис. 2. Залежності середнього електричного поля від частоти збуджуючої хвилі

    Як видно з рис. 2, частотна залежність середнього поля має резонансну поведінку. Максимальне значення середнього поля досягається на частоті / = 72,2 ГГц. Це значення частоти збуджуючої електромагнітної хвилі є оптимальним для ефективної взаємодії електромагнітного випромінювання з яєчниками корів.

    5. Результати дослідження

    В результаті теоретичних досліджень було отримано інтегральне рівняння для визначення середнього значення електричного поля в яєчниках корів в діапазоні частот 61-151 ГГц. Проведені розрахунки в діапазоні частот 61-91 ГГц показали, що частотна залежність середнього поля має резонансну поведінку. Максимальне значення середнього поля досягається на частоті / = 72,2

    ГГц. Це значення частоти збуджуючої електромагнітної хвилі є оптимальним для ефективної взаємодії електромагнітного випромінювання з яєчниками корови.

    6. Висновки

    1. Для аналізу розподілу електричної напруженості в яєчниках маточного поголів'я великої рогатої худоби слід використовувати модель яєчника у вигляді сфероида обертання, заповненого діелектричної ізотропної середовищем.

    2. Для аналізу розподілу монохроматичного електромагнітного випромінювання в яєчниках корів слід використовувати інтегральне рівняння (17).

    3. Для лікування захворювань яєчників корів слід використовувати електромагнітне випромінювання на

    частоті 72,2 ГГц.

    4. Отримане нормоване середнє значення напруженості електричного поля на частоті 72,2 ГГц необхідно використовувати для визначення щільності потоку потужності і експозиції для лікування яєчників корів.

    література

    1. Кузьмич, Р. Г. Діагностика, лікування та профілактика патології яєчників і яйцепроводів у корів [Текст]: уч.- метод. сел. / Р. Г. Кузьмич, Л. Н. Рубанець, А. А. Гарбузов і ін. - Вітебськ: ВГАВМ, 2010. - 60 с.

    2. Карпенко, Т. О. Вггальна оцшка ендоструктурі гонад у тварин [Текст]: зб. наук. пр. / Т. О. Карпенко, В. П. Кошовий, С. Я. Федоренко, С. В. Науменко // Проблеми зоошженерй та ветеринарно! медицини. - 2011. - T. 1, № 23. -С. 447-453.

    3. Михайлова, Л. Н. Визначення параметрiв електродінамiчноl системи многодюдного генератора крайневісокоча-стотние дiапазону [Текст] / Л. М. Михайлова // Схдао-Свропейській журнал передових технологш. - 2012. - Т. 1, № 9 (55). - С. 36-39. - Режим доступу: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/3439

    4. Попрядухин, В. С. 1нформацшно-хвильова терашя в ветерінарп i медицин в лжувальніх щлях [Текст] / В. С. Попрядухин, Ю. М. Федюшка // Вгснік ХНТУСГ. Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК Укра! Ні. -2016. - № 175. - С. 158-160.

    5. Сасімова, І. А. Обгрунтування біофізичного дії інформаційних електромагнітних випромінювань на мікробіологічні об'єкти тваринництва [Текст] / І. А. Сасімова, Л. Ф. Кучин // Східно-європейський журнал передових технологій. - 2008. - T. 4, № 2 (34). - С. 27-29.

    6. Думанський, А. В. аналiз керуючого впліву шформацшніх електромагттніх віпромшювань на фiзіко-хiмiчнi процеси в бюлопчніх об'єктах [Текст] / А. В. Думанський, Л. Н. Михайлова // Вюнік ХНТУСГ. Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК Укра! Ні. - 2013. - № 142. - С. 83-86.

    7. Попрядухин, В. С. Визначення оптимальних параметрш електромагнгшого віпромшювання для прігшчення па-тогенніх мiкроорганiзмiв, что віклікають запаленою яечніюв ВРХ [Текст] / В. С. Попрядухин // Вюнік ХНТУСГ. Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК Укра! Ні. - 2016. - № 176. - С. 91-93.

    8. Нікольський, В. В. Електродинаміка та поширення радіохвиль [Текст] / В. В. Нікольський. - М .: Наука, 1978. - 544 с.

    9. Вайнштейн, Л. А. Електромагнітні хвилі [Текст] / Л. А. Вайнштейн. - М .: Радио и связь, 1988. - 345 с.

    10. Колтон, Д. Методи інтегральних рівнянь в теорії розсіювання [Текст] / Д. Колтун, Р. Кресс. - М .: Світ, 1987. - 311 с.

    Рекомендовано до публгкацІ д-р техн. наук Черенков О. Д.

    Дата надходження рукопису 18.11.2016

    Попрядухин Вадим Сергійович, асистент, кафедра теоретичної та загальної електротехніки, Таврійський державний агротехнологічний університет, пр. Б. Хмельницького, 18, м Мелітополь, Україна, 72310

    E-mail: tte_ nniekt @ ukr.net


    Ключові слова: МОДЕЛЬ ЯЄЧНИКІВ / РОЗПОДІЛ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ В яєчниках ТВАРИН / Біотропного ПАРАМЕТРИ ПОЛЯ / MODEL OF OVARIES / ELECTRIC FIELD DISTRIBUTION IN THE OVARIES OF ANIMALS / FIELD BIOTROPIC PARAMETERS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити