厚博民A11穩(wěn)恒磁場(chǎng)2013

1、第第11 章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)1、掌握描述磁場(chǎng)的概念。、掌握描述磁場(chǎng)的概念。2、了解畢奧、了解畢奧-沙伐爾定律，掌握?qǐng)A環(huán)形電流、長(zhǎng)直電流和螺線沙伐爾定律，掌握?qǐng)A環(huán)形電流、長(zhǎng)直電流和螺線管電流模型產(chǎn)生的磁場(chǎng)。管電流模型產(chǎn)生的磁場(chǎng)。3、掌握磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用規(guī)律，掌握霍爾效應(yīng)、質(zhì)譜儀、掌握磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用規(guī)律，掌握霍爾效應(yīng)、質(zhì)譜儀、電磁流量計(jì)的工作原理。電磁流量計(jì)的工作原理。4、熟悉磁場(chǎng)對(duì)電流和線圈的作用規(guī)律，熟悉磁矩的概念。、熟悉磁場(chǎng)對(duì)電流和線圈的作用規(guī)律，熟悉磁矩的概念。5、熟悉磁介質(zhì)的磁化，了解鐵磁質(zhì)的磁化和磁致伸縮的概念。、熟悉磁介質(zhì)的磁化，了解鐵磁質(zhì)的磁化和磁致伸縮的概念。6、了解磁場(chǎng)的生物

2、效應(yīng)和磁技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。、了解磁場(chǎng)的生物效應(yīng)和磁技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求第第1111章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 的方向：的方向：BB磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 ：描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量B磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位： T 特斯拉特斯拉(Tesla)、 G 高斯高斯(Gauss)1G=10-4T磁感應(yīng)線：磁感應(yīng)線：曲線上某點(diǎn)的曲線上某點(diǎn)的切向切向表示該點(diǎn)表示該點(diǎn) 的的方向方向；曲線在某處的曲線在某處的疏密疏密表示該處表示該處 的的強(qiáng)弱，強(qiáng)弱，規(guī)定通過垂直于磁場(chǎng)規(guī)定通過垂直于磁場(chǎng)方向單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目等于該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。方向單位面積的磁感應(yīng)線的數(shù)目等于

3、該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。BB任一條磁感應(yīng)線是任一條磁感應(yīng)線是閉合的，或兩端伸向無(wú)窮遠(yuǎn)；閉合的，或兩端伸向無(wú)窮遠(yuǎn)；任兩條磁感應(yīng)線當(dāng)然任兩條磁感應(yīng)線當(dāng)然不能相交。不能相交。BI定量關(guān)系？定量關(guān)系？對(duì)無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線對(duì)無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線 方向：由右手螺旋法則判定方向：由右手螺旋法則判定半無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線半無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線若若P點(diǎn)在導(dǎo)線延長(zhǎng)線上點(diǎn)在導(dǎo)線延長(zhǎng)線上IBIdlR02IBRBINnl，稱為匝數(shù)密度，稱為匝數(shù)密度其中其中Or1r2P大?。捍笮。簊inqvBF 特點(diǎn)：不改變特點(diǎn)：不改變 大小，只改變大小，只改變 方向。不對(duì)方向。不對(duì) 做功。做功。vqvvBf運(yùn)動(dòng)正電荷受力方向垂直于運(yùn)動(dòng)正電荷受力方向垂直于 和

4、和 構(gòu)成的平面，構(gòu)成的平面，成右手螺旋。成右手螺旋。vBBqvFsin= 0 F = 0粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)BvqfBvqfB+v2 11 2sinsinMF lBIl lsinBIS)(cd)(ba2FF2Bn定義載流線圈的磁矩：定義載流線圈的磁矩：磁矩的方向與電流成右手螺旋關(guān)系，磁矩的方向與電流成右手螺旋關(guān)系，和線圈法線相同。和線圈法線相同。mpmp則線圈所受力矩為：則線圈所受力矩為：若若N匝匝:sinMNBIS(a) 方向與方向與 相相同，同，線圈處于穩(wěn)線圈處于穩(wěn)定平衡位置。定平衡位置。Bmp0,0M+ + + + + + + + + + + + + + + + + +

5、+ + IBmax,2MM 1FI.2FB(b) 方向與方向與 垂垂直，直，線圈所受力線圈所受力矩最大。矩最大。BmpB. . . . . . . . . . . . . .I0,M(c) 方向與方向與 相相反，反，線圈處于不線圈處于不穩(wěn)定平衡位置。穩(wěn)定平衡位置。Bmp霍爾效應(yīng)現(xiàn)象：半導(dǎo)體中通電流霍爾效應(yīng)現(xiàn)象：半導(dǎo)體中通電流I ，磁場(chǎng)，磁場(chǎng) 垂直于垂直于I ，在既垂直于，在既垂直于I ，又垂直于又垂直于 的方向出現(xiàn)電勢(shì)差的方向出現(xiàn)電勢(shì)差 U。 BB形成霍爾電勢(shì)差：形成霍爾電勢(shì)差：xyzB IbdP型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體vq eFmF式中式中K為霍爾系數(shù)為霍爾系數(shù)(Hall coefficient)：

6、IBUKd1KnqmeFqvBFqE 霍爾系數(shù)霍爾系數(shù) K與載流子濃度與載流子濃度 n 成反比。在金屬中，由于載流成反比。在金屬中，由于載流子濃度很大，因此霍爾系數(shù)很小，相應(yīng)地霍爾效應(yīng)也很弱。而子濃度很大，因此霍爾系數(shù)很小，相應(yīng)地霍爾效應(yīng)也很弱。而在半導(dǎo)體中，載流子濃度較小，因此霍爾效應(yīng)也較明顯?；魻栐诎雽?dǎo)體中，載流子濃度較小，因此霍爾效應(yīng)也較明顯。霍爾效應(yīng)是半導(dǎo)體研究的重要手段。效應(yīng)是半導(dǎo)體研究的重要手段。 應(yīng)用：應(yīng)用：半導(dǎo)體材料測(cè)試和研究半導(dǎo)體材料測(cè)試和研究測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)電路電流和功率電路電流和功率其它傳感測(cè)量其它傳感測(cè)量1Knq+- BN ：粒子源，：粒子源，P：速度選擇器速度選擇器

7、qEqvBvE B質(zhì)譜分析：向心力質(zhì)譜分析：向心力=磁場(chǎng)力磁場(chǎng)力qBmvRx22譜線位置：同位素質(zhì)量（定性分析）；譜線位置：同位素質(zhì)量（定性分析）；譜線黑度：相對(duì)含量譜線黑度：相對(duì)含量 ( (定量分析定量分析) )。B醫(yī)學(xué)上常用電磁泵運(yùn)送血液或其他電解質(zhì)溶液。在人工心肺機(jī)醫(yī)學(xué)上常用電磁泵運(yùn)送血液或其他電解質(zhì)溶液。在人工心肺機(jī)和人工腎裝置中常采取電磁泵來運(yùn)送液體。其特點(diǎn)是沒有任何和人工腎裝置中常采取電磁泵來運(yùn)送液體。其特點(diǎn)是沒有任何運(yùn)動(dòng)部件，不會(huì)使血液中的細(xì)胞受損，減少血液的污染機(jī)會(huì)。運(yùn)動(dòng)部件，不會(huì)使血液中的細(xì)胞受損，減少血液的污染機(jī)會(huì)。6、人工心肺機(jī)BVqE=qvBQSv第五節(jié)第五節(jié) 磁介質(zhì)磁

8、介質(zhì) magnetic substance0BBB介質(zhì)磁化后的介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度附加磁感強(qiáng)度真空中的真空中的磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度總磁感強(qiáng)度順磁質(zhì)順磁質(zhì) 0BB0BB抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)0BB鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) BB0（鐵、鈷、鎳等）（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)弱磁質(zhì)0BBB 在磁場(chǎng)作用下能發(fā)生變化，并能反過來影響磁場(chǎng)的物在磁場(chǎng)作用下能發(fā)生變化，并能反過來影響磁場(chǎng)的物質(zhì)叫做磁介質(zhì)。質(zhì)叫做磁介質(zhì)。0rBB0rBB0r 介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率，簡(jiǎn)稱介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率，簡(jiǎn)稱磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率真空真空r=1；鋁：鋁：r=1.00002;銅：銅

9、：r=0.99999；鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)r1，如硅鋼的，如硅鋼的r=700。鐵磁性材料有著廣泛的用途：電機(jī)、通訊、磁記錄等。鐵磁性材料有著廣泛的用途：電機(jī)、通訊、磁記錄等。 絕大多數(shù)生物大分子屬于各項(xiàng)異性的抗磁質(zhì)，少數(shù)為順磁絕大多數(shù)生物大分子屬于各項(xiàng)異性的抗磁質(zhì)，少數(shù)為順磁質(zhì)。質(zhì)。鐵磁質(zhì)在磁化狀態(tài)改變時(shí)，發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短的鐵磁質(zhì)在磁化狀態(tài)改變時(shí)，發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短的磁致伸縮現(xiàn)象磁致伸縮現(xiàn)象（magnetostrictive effect）。利用這一效應(yīng)可以將其作為超。利用這一效應(yīng)可以將其作為超聲波換能器。聲波換能器。一、生物的磁場(chǎng)和生物磁場(chǎng)的測(cè)定一、生物的磁場(chǎng)和生物磁場(chǎng)的測(cè)定三、磁場(chǎng)的生物效應(yīng)三、磁場(chǎng)的生

10、物效應(yīng) 大量的臨場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，磁場(chǎng)對(duì)生命機(jī)體的活大量的臨場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，磁場(chǎng)對(duì)生命機(jī)體的活動(dòng)及其生理、生化過程有一定影響。動(dòng)及其生理、生化過程有一定影響。l磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)類型有關(guān)磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)類型有關(guān)l磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用與磁場(chǎng)方向有關(guān)磁場(chǎng)對(duì)生物體的作用與磁場(chǎng)方向有關(guān)l磁場(chǎng)的生物效應(yīng)與磁場(chǎng)的作用時(shí)間有關(guān)磁場(chǎng)的生物效應(yīng)與磁場(chǎng)的作用時(shí)間有關(guān)l磁療的作用磁療的作用二、心磁圖、腦磁圖、肺磁圖二、心磁圖、腦磁圖、肺磁圖11-1 磁場(chǎng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用磁場(chǎng)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 1.心磁場(chǎng) 心臟的心房和心室肌肉的周期性收縮和舒心臟的心房和心室肌肉的周期性收縮和舒張伴隨著復(fù)雜的交變生物電流，由此

11、而產(chǎn)張伴隨著復(fù)雜的交變生物電流，由此而產(chǎn)生了心磁場(chǎng)。生了心磁場(chǎng)。 測(cè)量心磁圖時(shí)需要將磁探頭放在心臟位置測(cè)量心磁圖時(shí)需要將磁探頭放在心臟位置的胸前，隨著位置的變化記錄所得的胸前，隨著位置的變化記錄所得MCG各各成分亦有所不同。成分亦有所不同。 心磁圖與心電圖相比有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)。心磁圖與心電圖相比有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)。 首先，測(cè)心磁圖時(shí)不必使用電極就可測(cè)得生物首先，測(cè)心磁圖時(shí)不必使用電極就可測(cè)得生物組織的內(nèi)源性電流，這是在身體表面直接安放電組織的內(nèi)源性電流，這是在身體表面直接安放電極所不能做到的；極所不能做到的； 其次，在心磁圖上可呈現(xiàn)出心電圖尚不其次，在心磁圖上可呈現(xiàn)出心電圖尚不能鑒別的異常變化；

12、再者測(cè)心磁圖時(shí)不能鑒別的異常變化；再者測(cè)心磁圖時(shí)不必與皮膚接觸，也不用參考電極，不會(huì)必與皮膚接觸，也不用參考電極，不會(huì)出現(xiàn)由此而產(chǎn)生的誤差。出現(xiàn)由此而產(chǎn)生的誤差。2.腦磁場(chǎng)腦磁場(chǎng) 腦細(xì)胞群體自發(fā)或誘發(fā)的活動(dòng)，產(chǎn)生腦細(xì)胞群體自發(fā)或誘發(fā)的活動(dòng)，產(chǎn)生復(fù)雜的生物電流，由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)叫復(fù)雜的生物電流，由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)叫腦磁場(chǎng)。腦磁場(chǎng)。1968年科恩首先測(cè)得年科恩首先測(cè)得節(jié)律腦節(jié)律腦磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化曲線，稱為腦磁圖磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化曲線，稱為腦磁圖（MEG） 腦磁圖比腦電圖有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。首腦磁圖比腦電圖有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先腦磁圖既不需要參考點(diǎn)也不需要與皮先腦磁圖既不需要參考點(diǎn)也不需要與皮膚接觸，不會(huì)出現(xiàn)

13、由此引起的誤差。由膚接觸，不會(huì)出現(xiàn)由此引起的誤差。由于頭蓋骨有很高的阻抗，常使腦電圖模于頭蓋骨有很高的阻抗，常使腦電圖模糊不清，但腦磁圖是穿透的；另外腦磁糊不清，但腦磁圖是穿透的；另外腦磁圖能直接反映腦內(nèi)場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)，特圖能直接反映腦內(nèi)場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)，特別能顯示出腦深層場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)，對(duì)別能顯示出腦深層場(chǎng)源的活動(dòng)狀態(tài)，對(duì)腦磁圖求逆更能準(zhǔn)確確定場(chǎng)源的強(qiáng)度和腦磁圖求逆更能準(zhǔn)確確定場(chǎng)源的強(qiáng)度和位置。位置。3.肺磁場(chǎng) 心磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)屬于內(nèi)源性磁場(chǎng)，而肺心磁場(chǎng)和腦磁場(chǎng)屬于內(nèi)源性磁場(chǎng)，而肺磁場(chǎng)則屬于外部含有鐵磁性物質(zhì)的粉塵磁場(chǎng)則屬于外部含有鐵磁性物質(zhì)的粉塵侵入人體肺部在磁化后所產(chǎn)生的剩余場(chǎng)侵入人體肺部在

14、磁化后所產(chǎn)生的剩余場(chǎng)。 測(cè)量肺磁場(chǎng)時(shí)，首先應(yīng)清除人身上的鐵測(cè)量肺磁場(chǎng)時(shí)，首先應(yīng)清除人身上的鐵磁性物質(zhì)，如手表、鈕扣等。再將受試磁性物質(zhì)，如手表、鈕扣等。再將受試者胸部置于數(shù)十毫特斯拉磁場(chǎng)中進(jìn)行磁者胸部置于數(shù)十毫特斯拉磁場(chǎng)中進(jìn)行磁化，然后立即到磁強(qiáng)計(jì)探頭處進(jìn)行測(cè)試化，然后立即到磁強(qiáng)計(jì)探頭處進(jìn)行測(cè)試。 肺磁場(chǎng)的研究之所以受到人們的重視，肺磁場(chǎng)的研究之所以受到人們的重視，一個(gè)直接的原因是在醫(yī)學(xué)上有重要應(yīng)用一個(gè)直接的原因是在醫(yī)學(xué)上有重要應(yīng)用。眾所周知，職業(yè)性塵肺痛診斷的唯一。眾所周知，職業(yè)性塵肺痛診斷的唯一有效手段是有效手段是X射線法。但此法屬于影象學(xué)射線法。但此法屬于影象學(xué)，一般來說只有粉塵與肺組織

15、形成生化，一般來說只有粉塵與肺組織形成生化反應(yīng)而導(dǎo)致病變的才能檢查出來。肺磁反應(yīng)而導(dǎo)致病變的才能檢查出來。肺磁法則屬于含量學(xué)，只要肺部積存一定量法則屬于含量學(xué)，只要肺部積存一定量粉塵，不管侵入的時(shí)間長(zhǎng)短都能被檢測(cè)粉塵，不管侵入的時(shí)間長(zhǎng)短都能被檢測(cè)出來，這就意味著對(duì)那些雖積存一定粉出來，這就意味著對(duì)那些雖積存一定粉塵但尚未構(gòu)成病理改變的早期病人也能塵但尚未構(gòu)成病理改變的早期病人也能檢查出來，從而進(jìn)行早期預(yù)防，這對(duì)防檢查出來，從而進(jìn)行早期預(yù)防，這對(duì)防止某些職業(yè)性塵肺病的發(fā)生有著重要意止某些職業(yè)性塵肺病的發(fā)生有著重要意義。義。 4、磁療（magnetotherapy） 以磁場(chǎng)作用于人體治療疾病的方法

16、。磁場(chǎng)影響以磁場(chǎng)作用于人體治療疾病的方法。磁場(chǎng)影響人體電流分布、荷電微粒的運(yùn)動(dòng)、膜系統(tǒng)的通人體電流分布、荷電微粒的運(yùn)動(dòng)、膜系統(tǒng)的通透性和生物高分子的磁矩取向等，使組織細(xì)胞透性和生物高分子的磁矩取向等，使組織細(xì)胞的生理、生化過程改變，產(chǎn)生鎮(zhèn)痛、消腫、促的生理、生化過程改變，產(chǎn)生鎮(zhèn)痛、消腫、促進(jìn)血液及淋巴循環(huán)等作用。磁療的常用方法有進(jìn)血液及淋巴循環(huán)等作用。磁療的常用方法有：靜磁療法。用于穴位和病變局部。靜磁療法。用于穴位和病變局部。動(dòng)磁動(dòng)磁療法。又稱旋磁和脈動(dòng)磁療法。療法。又稱旋磁和脈動(dòng)磁療法。磁化水療法磁化水療法和磁針療法等。臨床常用以治療軟組織損傷、和磁針療法等。臨床常用以治療軟組織損傷、表淺血管瘤、乳腺增生、神經(jīng)痛、胃腸功能表淺血管瘤、乳腺增生、神經(jīng)痛、胃腸功能 小小 結(jié)結(jié)3、磁矩磁矩的概念，磁場(chǎng)對(duì)磁矩的力矩作用的概念，磁場(chǎng)對(duì)磁矩的力矩作用4、磁介質(zhì)磁介質(zhì)02IBa02IBR0BnI1、由畢奧薩法爾定律及安培環(huán)路定理求解的、由畢奧薩法爾定律及安培環(huán)路定理求解的三個(gè)電流模型產(chǎn)生的磁場(chǎng)三個(gè)電流模型產(chǎn)生的磁場(chǎng)2、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用應(yīng)用模型：、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電