Electrozi intracavitari

Introducere

Acest model ilustreaz utilizarea Multiphysics Comsol pentru modelarea unor probleme

actuale de distribuie ionice n electrolii, n acest caz, n esutul uman. Problema este

exemplificata pentru un electrod stimulator cardiac, dar poate fi aplicat si in celulele

electrochimice cum ar fi celulele de combustibil, baterii, protectie anticoroziva sau orice alt

proces in cazul in care conductia ionica are loc in absenta gradientilor de concentratie.

Aparatul de modelat este un electrod stimulator cardiac care este plasat in interiorul inimii si

ajuta la mentinerea ritmului cardiac normal. Aparatul este mentionat ca un electrod, dar de

fapt este format din doi electrozi: un catod si un anod. Electrodul de lucru este format dintr-o

emisfera plasata in varful structurii cilindrice de sprijin. Contra electrodul este plasat in talia

acestei structuri cilindrice. Toate celelalte suprafete ale structurii sunt izolate. Limitele

exterioare sunt amplasate destul de departe de electrod pentru a da un minim impact asupra

distributiei si potentialului.

Modelul teoretic Comsol Multiphysics

Se foloseste modul 3D Conductive Media pentru analiza electrodului. Acest mod este util

pentru modelarea materialelor conductoare unde exista curent datorat campului electric

aplicat.

Ecuatiile pe domeniu sunt:

= 0

=

=

Conditiile la limita: conditiile de impamantare sunt aplicate pentru talia mai subtire a

electrodului, varful electrodului are un potential de 1 V, celelate limite au conditia de izolare

electrica.

= 0

Asa cum era de asteptat, densitatea de curent este mai mare la emisfera mica, care este una din

motivele excitatiei inimii. Densitatea de curent este destul de uniforma pe electrodul de lucru.

Contra electrodul este mai mare, si exista variatii mai mari in densitatea de curent pe suprafata

acestuia. In principal intensitatea curentului variaza odata cu distanta fata de elctrodul de

lucru, scade. Modelul arata ca bratele de ancorare ale dispozitivului au o influenta redusa

asupra distributiei densitatii de curent.

Rezolvare Comsol Multiphysics

Se deseneaza modelul din Meniul Draw, se genereaza reteaua: Initialize Mesh, apoi se rezolva

problema: Solve. Se realizeaza 4 astfel de modele modificandu-se pozitiile taliei

dispozitivului (Contra electrodului).

Rezultate:

Pentru o vizualizare buna se suprimeaza frontierele cilindrului exterior din meniul Options

Supress Supress Boundaries.

In meniul Postprocessing - Plot Parameters, in fila General se bifeaza numai Boundary si

Streamline. In fila Boundary se selecteaza Electric potential ca boundary data. In fila

Streamline se selecteaza Total current density in sectiunea Predefined quantities, in subfila

Color Tab se selecteaza Use expression Electric potential. In sectiunea Line type se

selecteaza Tube Radius, in casuta de dialog Radius parameters se bifeaza casuta Radius data

unde se selecteaza Total current density,norm. din Predefined quantities. Astfel se obtine:

Fig. Se observa potentialul electrostatic distribuit pe suprafata electrodului(Boundary). Prin

intermediul liniilor (Streamline) densitatea totala de curent.

Se calculeaza rezistentele pentru cele 4 pozitii diferite ale taliei dispozitivului (Contra

electrodului):

Valoare rezistenta Distanta

0.04103395 0.0112

0.04252896 0.0114

0.04377631 0.0116

0.0475689 0.0118

Astfel se obtine graficul variatiei rezistentelor in functie de cele 4 distante:

Graf.1. Se observa o crestere a rezistentei odata cu cresterea distantei.

0.0111

0.0112

0.0113

0.0114

0.0115

0.0116

0.0117

0.0118

0.0119

0.04 0.042 0.044 0.046 0.048

Valoarea rezistentelor

Valoarea

rezistentelor