电磁学的应用讲述.ppt

生命与电磁学 现在的很多医疗器械和药物都提及磁疗，看来就是利用我们上面提到的磁场生物效应了。事实上，历史记载：我国把磁石（磁铁矿）作为内服药物已有两千多年的历史了。磁场疗法（简称磁疗）是指在人体一些经穴或患处施加磁场作用。过去用作场源的是一些强度不高的磁性材料，它只能对个别磁敏感较强的穴位起作用，所以疗效不显著。近代出现了新的磁性材料，大大地增强了磁场强度，现在的磁场强度一般为100～3000高斯。磁场的类型也增多了，有：恒定磁场、旋转磁场、脉冲磁场和交变磁场等。磁疗中除了用场源直接对准穴位或患处作用外，还可以用磁片，磁带贴敷和埋针（以磁针刺入穴位）等。另外，还有饮用磁水的方法等等。其实，人体内神经和肌肉的活动中也有很多的电磁特性，我们也可以把它们作为切入点进行研究！心电图就是科学家应用人体的电磁特性为人类服务的一个典型例子。 生命与电磁学 概括地说来，人体某点的电位随着时间的变化是连续的，周期性的，心电图就是通过测量某点的电位随时间的变化情况来确定心脏的健康状况。我们首先来了解一下人体血液的“泵”——心脏。心脏是由大量的心肌细胞组成的空腔肌肉器官。心肌细胞是电中性的，在静息状态（也称极化状态）下，由于膜内外离子浓度不同以及膜对各种离子具有选择性的通透能力，膜外和膜内分别均匀分布着等量的正、负电荷。从一个心肌细胞整体来看，正、负电荷的“重心”是重合的，与无极分子相类似，对外不显电性。当心肌细胞兴奋时，细胞膜对离子的通透性发生改变，引起了膜内外正、负离子的分布的改变，破坏了原来的极化状态，这种过程叫做除极过程。在除极过程中，膜内外正负电荷失去了原来的对称性，正、负电荷的“重心”不再重合，类似有极分子，这时一个心肌细胞等效于一个电偶极子。这些电偶极子的存在导致人体的任意点的电位作连续性，周期性变化。 生命与电磁学 那问题就复杂了，因为心脏是由大量的心肌细胞组成的空腔肌肉器官，追踪每个心肌细胞的电偶极矩的大小和方向的变化是很困难的。这里采用求矢量和的方法来处理，也就是用一个矢量来表示瞬间形成的所有电偶极子的矢量和，我们把这个矢量叫做瞬间综合心电向量。如下面的图示： 生命与电磁学 兴奋在心肌内传播的过程中，各个瞬间的综合心电向量的大小、方向都不同，也就是说瞬间综合心电向量的大小和方向是随时变动着的。由于心脏是个立体脏器，占有三度空间（上下，左右，前后），心电向量的变动也是立体的。由于兴奋在心肌中传播是连续的和周期性的，所以心电向量的变化也是连续的和周期性的，相应地，人体某点的电位也是连续的和周期的。要测量 　电位，那么先了解一下电偶极子的电 　势分布情况。对于下面的这对电偶极 　子电偶极矩是P = q l ，a 点为它周围 　电场中任意一点，r为从偶极子的中心 　O点到a点所引的矢径，设rl ，θ为 　r与l之间的夹角。根据电势叠加原理， 　得到a点的电势Ua： 生命与电磁学 考虑到rl ，略去l的平方项，得到： ??????????????????????? 生命与电磁学 这里取的是无穷远的电势为零，当然在电偶中心垂直面上的电位也等于零，都可以看作是电位零点。但是，我们不能把电极插入体内来寻找零电位点；而且心电偶中心和零电位面也随时变化，我们能测出人体表面的任何两点的电位，它们的电势差也应该是连续的和周期的。这种电位差的方法是可行的，但是，科学家仍然努力在体外找比较稳定的零电位点。而且理论上和实践上都得到了肯定的回答。具体做法是：在一个均匀导电体中，如果以电偶中心为圆心画圆，在圆周上选三个点R，L，F并使这三点等分圆周。 根据电偶的电势分布可以知道： 　把L，R，F三点通过三个相等的高电阻R0（5～500KΩ）联结起来，用T点表示这　　　　　　　　　　　个联结点。 　根据电路理论有：　　　　　　　　　　　　　 ， 且 生命与电磁学  生命与电磁学 所以： 　　　 　　, 人体躯干并非均匀导体，从心脏到各肢体（R，L，F）的电阻并不相等，但是，通过高阻连接到中心端就可以消除这种差别。此外，R（右臂），L（左臂）， F（足）对于心电偶中心 也不满足“120o对称性”， 因此VT不正好等于零， 但实际上接近零。因此， 在心脏兴奋传播的过程 中，近似保持零电位不 变，称为“中心电端”。 用电磁选种子 桑蚕的人工孵化 农业与电磁学 农业与电磁学 用电磁选种优良的种子，就是“纯，净，干，壮，饱和健”。 这里呢，我们从电磁学的角度出发，只讲讲如何