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1、磁现象及磁应用本讲稿第一页，共四十四页信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现生物磁的测量生物磁的测量生物磁的来源生物磁的来源磁的副作用磁的副作用核磁共振技术核磁共振技术动植物与磁动植物与磁磁疗法磁疗法其它磁应用其它磁应用主要参考文献主要参考文献2本讲稿第二页，共四十四页 信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百公里以外，它们还会自动归巢公里以外，它们还会自动归巢.鸽子为什么有这鸽子为什么有这么好的认家本领呢？么好的认家本领呢？信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜3本讲稿第三页，共四十四页 原来，其头颅内存在磁性细粒原来，其头颅内存在磁性细粒(磁性细胞磁性细
2、胞)，起罗盘定向作用，起罗盘定向作用.它们可以利用地磁找到它们可以利用地磁找到自己的家自己的家.信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜 如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就会迷航会迷航.如果鸽子飞过无线电发射塔，强大的电如果鸽子飞过无线电发射塔，强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向磁波干扰也会使它们迷失方向.4本讲稿第四页，共四十四页 候鸟候鸟(如燕鸥如燕鸥)作季节性往返迁徙而不迷途作季节性往返迁徙而不迷途,其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁性成分其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁性成分.信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜5本讲稿第五页，共四十四页 20 20世纪世纪7070年代，年代，
3、Blakemore 在研究生存在在研究生存在海底淤泥的厌氧细菌时发现，这种细菌能自动海底淤泥的厌氧细菌时发现，这种细菌能自动沿磁场方向游动，于是把它叫做趋磁细菌沿磁场方向游动，于是把它叫做趋磁细菌.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现6本讲稿第六页，共四十四页 趋磁细菌体内有由大小约趋磁细菌体内有由大小约50 nm的主要由的主要由Fe3O4组成的几十个小颗粒构成的长链组成的几十个小颗粒构成的长链.正是由于细菌自身正是由于细菌自身的小磁石链，使它能借助的小磁石链，使它能借助鞭毛的挥动而沿磁鞭毛的挥动而沿磁场方向运动场方向运动.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现7本讲稿第七页，共四十四页 因为厌氧细菌总要避开富
4、氧的上层而游向因为厌氧细菌总要避开富氧的上层而游向养料丰富的水底淤泥，因而在北半球（磁场线养料丰富的水底淤泥，因而在北半球（磁场线斜向下）就沿地磁方向游向下方斜向下）就沿地磁方向游向下方.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现8本讲稿第八页，共四十四页（1）生物电流产生的磁）生物电流产生的磁 主要由生物体内大分子活动期间生物电流主要由生物体内大分子活动期间生物电流引起引起.生物磁的来源生物磁的来源（2）生物体内微量强磁性物质产生的磁）生物体内微量强磁性物质产生的磁9本讲稿第九页，共四十四页 人体心脏在收缩和舒张时产生的生物电流人体心脏在收缩和舒张时产生的生物电流导致的心磁场约为导致的心磁场约为10-11
5、10-10 T 人体脑神经活动产生的脑人体脑神经活动产生的脑(神经神经)磁场约磁场约为为10-1310-12 T 美国心脏学会的研究表明：心脏磁场的产美国心脏学会的研究表明：心脏磁场的产生和人的心理状态生和人的心理状态喜怒哀乐等密切相关喜怒哀乐等密切相关.人体内的生物磁人体内的生物磁10本讲稿第十页，共四十四页 心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理和病理心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理和病理状态的信息状态的信息.近几年来，人类实现了测量人体和生物近几年来，人类实现了测量人体和生物体的极微弱磁场体的极微弱磁场,发展了核磁共振成像诊断技发展了核磁共振成像诊断技术术.从而实现了利用磁探病、治病从而实
6、现了利用磁探病、治病.生物磁的测量生物磁的测量11本讲稿第十一页，共四十四页 利用核磁共利用核磁共振成像技术可以振成像技术可以诊断人体异常组诊断人体异常组织，判断疾病织，判断疾病.核磁共振技术核磁共振技术12本讲稿第十二页，共四十四页 原子核带有正电，并进行自旋原子核带有正电，并进行自旋运动运动.通常情况下，原子核自旋轴通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡序向有序过渡.SsS 如果此时核自旋系统受到外界作用，一定频率如果此时核自旋系统受到外界作用，一定频率的射频激发原子核即可
7、引起共振效应的射频激发原子核即可引起共振效应.核磁共振技术核磁共振技术13本讲稿第十三页，共四十四页 在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，形成来的排列状态，同时释放出微弱的能量，形成射电信号，把该信号检出，进行空间分辨，就射电信号，把该信号检出，进行空间分辨，就能得到运动中原子核分布图像能得到运动中原子核分布图像.核磁共振技术核磁共振技术14本讲稿第十四页，共四十四页 核磁共振成像的特点是流动液体不产生信号核磁共振成像的特点是流动液体不产生信号
8、,称为流动效应或流动空白效应称为流动效应或流动空白效应.因此血管是灰白色因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色管状结构，而血液为无信号的黑色.这样使血管很这样使血管很容易与软组织分开容易与软组织分开.核磁共振技术核磁共振技术 正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构为白色的强信号结构.15本讲稿第十五页，共四十四页 核磁共振成像技术已用于全身各系统的成核磁共振成像技术已用于全身各系统的成像诊断像诊断.效果最佳的是颅脑及脊髓、心脏大血效果最佳的是颅脑及
9、脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等管、关节骨骼、软组织及盆腔等.核磁共振技术核磁共振技术16本讲稿第十六页，共四十四页核磁共振技术核磁共振技术核核磁磁共共振振全全身身成成像像图图17本讲稿第十七页，共四十四页 应用核磁共振成像技术应用核磁共振成像技术,对心血管疾病不但对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化,而而且可作心室分析且可作心室分析,进行定性及半定量的诊断进行定性及半定量的诊断,可可作多个切面图作多个切面图,空间分辨率高空间分辨率高,显示心脏及病变显示心脏及病变全貌及其与周围结构的关系全貌及其与周围结构的关系,优于其它优于其它
10、X线成像、线成像、二维超声、核素及二维超声、核素及CT检查检查.核磁共振技术核磁共振技术18本讲稿第十八页，共四十四页 磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病.磁石是古老中医的一味药材磁石是古老中医的一味药材.2 000多年前的战多年前的战国时期，扁鹊就用磁石给人治病国时期，扁鹊就用磁石给人治病.磁疗法磁疗法 明代李时珍在本草纲目中，列举了用磁明代李时珍在本草纲目中，列举了用磁石治疗肾虚、耳聋、眼花、大肠脱肛等病症石治疗肾虚、耳聋、眼花、大肠脱肛等病症.19本讲稿第十九页，共四十四页 11世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有用世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有用磁石治疗
11、腹泻、脾脏和肝病等磁石治疗腹泻、脾脏和肝病等.磁疗法磁疗法 磁疗对急性扭伤、肩周炎、腰肌劳损、神经磁疗对急性扭伤、肩周炎、腰肌劳损、神经性头痛等疗效显著；用磁场镇痛（磁麻）代替药性头痛等疗效显著；用磁场镇痛（磁麻）代替药物麻醉物麻醉.20本讲稿第二十页，共四十四页 磁场对人体的作用主要体现在磁生物效磁场对人体的作用主要体现在磁生物效应、细胞效应、组织效应、器官效应等应、细胞效应、组织效应、器官效应等.磁疗法磁疗法 现在，人们利用血液中不同成分的磁性差现在，人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞别来分离红细胞和白细胞.利用磁场与人体经络的相互作用，在治利用磁场与人体经络的相互作用，
12、在治疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗枕、磁疗腰带等应用枕、磁疗腰带等应用.21本讲稿第二十一页，共四十四页 磁化水：可治疗肾结石、胆结石、尿道结磁化水：可治疗肾结石、胆结石、尿道结石等，有溶石、降石、排石作用，对高血压、石等，有溶石、降石、排石作用，对高血压、糖尿病等也有一定疗效糖尿病等也有一定疗效.磁疗法磁疗法22本讲稿第二十二页，共四十四页 癌症每年夺去世界上癌症每年夺去世界上700万人的生命万人的生命,我国我国现在平均每现在平均每5个死亡者中就有个死亡者中就有1人死于癌症人死于癌症.广州军区武汉总医院肿瘤科用脉冲磁场治广州军区武汉总医院肿瘤科用
13、脉冲磁场治疗仪进行临床试验取得较好的效果疗仪进行临床试验取得较好的效果.磁疗法磁疗法 磁场能影响癌细胞的代谢，使癌细胞的恶性磁场能影响癌细胞的代谢，使癌细胞的恶性程度降低，抑制癌细胞的分裂，提高细胞的免疫程度降低，抑制癌细胞的分裂，提高细胞的免疫功能功能.23本讲稿第二十三页，共四十四页 高压输电线附近居民高压输电线附近居民,受低频电磁波影响受低频电磁波影响,有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等症状有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等症状.磁的副作用磁的副作用 在地球上在地球上,地磁强度低的地区地磁强度低的地区,肾癌发病率较肾癌发病率较高高,易出现磁暴的地区易出现磁暴的地区,青光眼发病率较高青光眼
14、发病率较高.24本讲稿第二十四页，共四十四页 在高强度磁场下长期工作和生活，会影响在高强度磁场下长期工作和生活，会影响人体生态平衡，出现食欲下降、头痛失眠、血人体生态平衡，出现食欲下降、头痛失眠、血压失常、烦躁、生育畸形和导致癌变等压失常、烦躁、生育畸形和导致癌变等.磁的副作用磁的副作用 在在0.5 T环境中，每年累计不得超过环境中，每年累计不得超过30天天.约约3%5%的人对磁有副作用，表现为心悸、的人对磁有副作用，表现为心悸、恶心、头昏、乏力等恶心、头昏、乏力等.25本讲稿第二十五页，共四十四页 将地磁环境下生活的老鼠置于磁屏蔽中，其将地磁环境下生活的老鼠置于磁屏蔽中，其寿命大大缩短，置于
15、人工强磁场中，会立即死亡寿命大大缩短，置于人工强磁场中，会立即死亡.强磁场中强磁场中,细菌的繁殖将受到抑制细菌的繁殖将受到抑制.动植物与磁动植物与磁 把果蝇饲养在把果蝇饲养在0.30.4 T的磁场中的磁场中,其形态畸其形态畸变显著增大变显著增大.26本讲稿第二十六页，共四十四页 值得注意的是：关于磁生物现象和效应的作用值得注意的是：关于磁生物现象和效应的作用机理尚未搞清，有待进一步研究机理尚未搞清，有待进一步研究.动植物与磁动植物与磁27本讲稿第二十七页，共四十四页农业中的磁应用环保中的磁应用北极光与磁太阳黑子与磁地质勘探中的磁应用军事中的磁应用畜牧业中的磁应用其它磁应用其它磁应用28本讲稿第
16、二十八页，共四十四页 用磁化水（在用磁化水（在10-210-1 T下下磁化）浸种、育苗或浇灌，可提磁化）浸种、育苗或浇灌，可提高种子发芽率，促进生长高种子发芽率，促进生长.磁场影响植物生长磁场影响植物生长,通过对磁场强弱的调节通过对磁场强弱的调节,可促进植物生长可促进植物生长,也可抑制其发育也可抑制其发育.农业中的磁应用29本讲稿第二十九页，共四十四页 用磁化水浸种后收获的大米，含的粗蛋白用磁化水浸种后收获的大米，含的粗蛋白和赖氨基酸成分增多和赖氨基酸成分增多.用磁化水浇灌的黄瓜香脆多水，辣椒肉厚用磁化水浇灌的黄瓜香脆多水，辣椒肉厚籽少籽少.农业中的磁应用30本讲稿第三十页，共四十四页 以磁化
17、水作为饮用水，猪、鸡、牛、羊等以磁化水作为饮用水，猪、鸡、牛、羊等家畜少病、生长快、毛质提高家畜少病、生长快、毛质提高.畜牧业中的磁应用31本讲稿第三十一页，共四十四页 磁分离法可将煤中的硫除去，能将废水磁分离法可将煤中的硫除去，能将废水中的油污、杂质等分离中的油污、杂质等分离.磁化水可以防止锅炉结垢磁化水可以防止锅炉结垢环保中的磁应用32本讲稿第三十二页，共四十四页 用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可能存在的铁末能存在的铁末.33本讲稿第三十三页，共四十四页 由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它们聚集在一起形成
18、矿床，就必然对附近区域的地磁们聚集在一起形成矿床，就必然对附近区域的地磁场产生干扰，使地磁场出现异常场产生干扰，使地磁场出现异常.地磁的变化可以用来勘探矿床地磁的变化可以用来勘探矿床.地质勘探中的磁应用34本讲稿第三十四页，共四十四页 根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异常的区域进行分析和进一步勘探，往往可以发现常的区域进行分析和进一步勘探，往往可以发现未知的矿藏或特殊的地质构造未知的矿藏或特殊的地质构造.地质勘探中的磁应用35本讲稿第三十五页，共四十四页 很多矿藏资源都
19、是共生的，也就是说好几种矿很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性物质混合的一起，它们具有不同的磁性.利用这个利用这个特点，人们开发了磁选机特点，人们开发了磁选机.地质勘探中的磁应用36本讲稿第三十六页，共四十四页 磁选机利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁选机利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，结果可以将混在们所受到的吸引力就有所区别，结果可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿.地质勘探中的磁应用3
20、7本讲稿第三十七页，共四十四页 普通的水雷或者地雷只能在接触目标时普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸爆炸,因此作用有限因此作用有限.如果在水雷或地雷上安如果在水雷或地雷上安装磁性传感器装磁性传感器,由于坦克或者军舰等都是钢由于坦克或者军舰等都是钢铁制造的铁制造的,在它们接近在它们接近(无须接触无须接触)目标时目标时,传传感器就可感器就可探测到磁场的变化使水雷探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸或地雷爆炸,提高了杀伤力提高了杀伤力.军事中的磁应用38本讲稿第三十八页，共四十四页 在飞机表面涂一层特殊的磁性材料在飞机表面涂一层特殊的磁性材料吸波吸波材料，可以吸收雷达发射的电磁波，使之很少反材料，可
21、以吸收雷达发射的电磁波，使之很少反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，从而使射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，从而使飞机达到隐身的目的飞机达到隐身的目的.军事中的磁应用39本讲稿第三十九页，共四十四页 北极光是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的北极光是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果结果.太阳风是太阳发出的高能带电粒子流太阳风是太阳发出的高能带电粒子流.北极光与磁40本讲稿第四十页，共四十四页 当太阳发出的高能带电粒子流到达地球时，当太阳发出的高能带电粒子流到达地球时，与地磁场发生相互作用，就好象带电的导线在与地磁场发生相互作用，就好象带电的导线在磁场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动磁
22、场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动和聚集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，和聚集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发光结果使气体分子受激发，从而发光.北极光与磁41本讲稿第四十一页，共四十四页 太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区域域.太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，例如使得无线电通信暂时中断等例如使得无线电通信暂时中断等.因此，研究太因此，研究太阳黑子对我们有重要意义阳黑子对我们有重要意义.太阳黑子与磁42本讲稿第四十二页，共四十四页2 黄莹黄莹,王云英王云英.电磁学原理在科学技术中的应电磁学原理在科学技术中的应用用.北京：兵器工业出版社北京：兵器工业出版社,19981 程守洙程守洙,江之永江之永.普通物理学普通物理学.第五版第五版.北京：北京：高等教育出版社高等教育出版社,1998主要参考文献主要参考文献43本讲稿第四十三页，共四十四页本讲稿第四十四页，共四十四页