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1、磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 主讲：薛小梅1磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百公里以外，它们还会自动归巢数百公里以外，它们还会
2、自动归巢.鸽子为鸽子为什么有这么好的认家本领呢？什么有这么好的认家本领呢？信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜3磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 原来，其头颅内存在磁性细粒原来，其头颅内存在磁性细粒(磁性细磁性细胞胞)，起罗盘定向作用，起罗盘定向作用.它们可以利用地磁找它们可以利用地磁找到自己的家到自己的家.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，鸽子如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就会迷航就会迷航.如果鸽子飞过无线电发射塔，强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大的电磁波干扰也会使它们迷失方向.4磁现象及磁应用磁现
3、象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 候鸟候鸟(如燕鸥如燕鸥)作季节性往返迁徙而不迷作季节性往返迁徙而不迷途途,其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁性其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁性成分成分.信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜5磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 20 20世纪世纪7070年代，年代，Blakemore 在研究生在研究生存在海底淤泥的厌氧细菌时发现，这种细存在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，于是把它叫做菌能自动沿磁场方向游动，于是把它叫做趋磁细菌趋磁细菌.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现6磁现象及磁
4、应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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.正是由正是由于细菌自身的小磁石链，使它能借助于细菌自身的小磁石链，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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 因为厌氧细菌总要避开富氧的上层而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，因而在北半球游向养料丰富的水底淤泥，因而在北半球（磁场线斜向
5、下）就沿地磁方向游向下方（磁场线斜向下）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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版（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主要由生物体内大分子活动期间生物电流引起电流引起.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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 人体心脏在收缩和舒张时产生的生物电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流导致的心磁场约为10-1110-10 T
6、 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)磁场磁场约为约为10-1310-12 T 美国心脏学会的研究表明：心脏磁场的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产生和人的心理状态喜怒哀乐等密切相喜怒哀乐等密切相关关.人体内的生物磁人体内的生物磁10磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理和病理状态的信息和病理状态的信息.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发展了核磁共振成像诊断
7、技术技术.从而实现了利用磁探病、治病从而实现了利用磁探病、治病.生物磁的测量生物磁的测量11磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 利用核磁利用核磁共振成像技术共振成像技术可以诊断人体可以诊断人体异常组织，判异常组织，判断疾病断疾病.核磁共振技术核磁共振技术12磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 原子核带有正电，并进行原子核带有正电，并进行自旋运动自旋运动.通常情况下，原子核通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从
8、无序向有序过渡旋空间取向从无序向有序过渡.SsS 如果此时核自旋系统受到外界作用，一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引起共振效应定频率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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的在射频脉冲停止后，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，中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，形成射电信号，把该信号检出，进行空间分形成射电信号，把该信号检出，进行
9、空间分辨，就能得到运动中原子核分布图像辨，就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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 核磁共振成像的特点是流动液体不产生核磁共振成像的特点是流动液体不产生信号信号,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.因此血因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色色.这样使血管很容易与软组织分开这样使血管很容易与软组织分开.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，使黑
10、色的，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脊髓显示为白色的强信号结构.15磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 核磁共振成像技术已用于全身各系统的核磁共振成像技术已用于全身各系统的成像诊断成像诊断.效果最佳的是颅脑及脊髓、心脏效果最佳的是颅脑及脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等.核磁共振技术核磁共振技术16磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物
11、理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化化,而且可作心室分析而且可作心室分析,进行定性及半定量的进行定性及半定量的诊断诊断,可作多个切面图可作多个切面图,空间分辨率高空间分辨率高,显示心显示心脏及病变全貌及其与周围结构的关系脏及病变全貌及其与周围结构的关系,优于其优于其它它X线成像、二维超声、核素及线成像、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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 磁不仅
12、可以诊断，而且能够帮助治疗疾磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病病.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多年多年前的战国时期，扁鹊就用磁石给人治病前的战国时期，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、大肠脱肛等用磁石治疗肾虚、耳聋、眼花、大肠脱肛等病症病症.19磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 11世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有用磁石治疗腹泻、脾脏和肝病等用磁石治疗腹泻、脾脏和肝病等.磁疗法磁疗法 磁疗对急性扭
13、伤、肩周炎、腰肌劳损、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）神经性头痛等疗效显著；用磁场镇痛（磁麻）代替药物麻醉代替药物麻醉.20磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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差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，在治疗多种疾病方面
14、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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 磁化水：可治疗肾结石、胆结石、尿道磁化水：可治疗肾结石、胆结石、尿道结石等，有溶石、降石、排石作用，对高血结石等，有溶石、降石、排石作用，对高血压、糖尿病等也有一定疗效压、糖尿病等也有一定疗效.磁疗法磁疗法22磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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,我我国现在平均每国现在平均每5个死亡者中就有个死亡者中就有
15、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广州军区武汉总医院肿瘤科用脉冲磁场治疗仪进行临床试验取得较好的效果治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，提高细恶性程度降低，抑制癌细胞的分裂，提高细胞的免疫功能胞的免疫功能.23磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 高压输电线附近居民高压输电线附近居民,受低频电磁波影受低频电磁波影响响,有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等症状症状.磁的副作用磁的副作用
16、在地球上在地球上,地磁强度低的地区地磁强度低的地区,肾癌发病肾癌发病率较高率较高,易出现磁暴的地区易出现磁暴的地区,青光眼发病率较青光眼发病率较高高.24磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 在高强度磁场下长期工作和生活，会影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、响人体生态平衡，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血压失常、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，表现为的人对磁有副
17、作用，表现为心悸、恶心、头昏、乏力等心悸、恶心、头昏、乏力等.25磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 将地磁环境下生活的老鼠置于磁屏蔽中，将地磁环境下生活的老鼠置于磁屏蔽中，其寿命大大缩短，置于人工强磁场中，会立其寿命大大缩短，置于人工强磁场中，会立即死亡即死亡.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,其形其形态畸变显著增大态畸变显著增大.26磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 值得注意的是：关于磁生物现
18、象和效应值得注意的是：关于磁生物现象和效应的作用机理尚未搞清，有待进一步研究的作用机理尚未搞清，有待进一步研究.动植物与磁动植物与磁27磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 用磁化水（在用磁化水（在10-210-1 T下磁化）浸种、育苗或浇灌，下磁化）浸种、育苗或浇灌，可提高种子发芽率，促进生长可提高种子发芽率，促进生长.磁场影响植物生长磁场影响植物生
19、长,通过对磁场强弱的通过对磁场强弱的调节调节,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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 用磁化水浸种后收获的大米，含的粗蛋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白和赖氨基酸成分增多.用磁化水浇灌的黄瓜香脆多水，辣椒肉用磁化水浇灌的黄瓜香脆多水，辣椒肉厚籽少厚籽少.农业中的磁应用30磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 以磁化水作为饮用水，猪、鸡、牛、以磁化水作为饮用水，猪、鸡、牛、羊等家畜少病、生长快、毛质提高羊等家畜
20、少病、生长快、毛质提高.畜牧业中的磁应用31磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中可能存在的铁末可能存在的铁末.33磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 由于所有物质均具有或强或弱的磁性，由
21、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矿床，就必然对附如果它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，使地磁场出现异近区域的地磁场产生干扰，使地磁场出现异常常.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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 根据这一点，可以在陆地、海洋或者空根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图中测量大地的磁性，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，上磁场异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
22、质构造往往可以发现未知的矿藏或特殊的地质构造.地质勘探中的磁应用35磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 很多矿藏资源都是共生的，也就是说好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，它们具有不同的磁几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性性.利用这个特点，人们开发了磁选机利用这个特点，人们开发了磁选机.地质勘探中的磁应用36磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 磁选机利用不同成分矿物质的不同磁性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，以及磁性强弱的差别，用磁铁
23、吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，结果那么它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，可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿实现了磁性选矿.地质勘探中的磁应用37磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 普通的水雷或者地雷只能在接触普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸目标时爆炸,因此作用有限因此作用有限.如果在水如果在水雷或地雷上安装磁性传感器雷或地雷上安装磁性传感器,由于坦克由于坦克或者军舰等都是钢铁制造的或者军舰等都是钢铁制造的,在它们接在它们接近近(无须接触无须接触)目标时目标时,传感器就可
24、传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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 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材料，可以吸收雷达发射的电磁波，使吸波材料，可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之很少反射，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回波，从而使飞机达到隐身的目的.军事中的磁应用39磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 北极光是太阳风中的粒子和
25、地磁场相互北极光是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果作用的结果.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磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 当太阳发出的高能带电粒子流到达地球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，就好象带电的时，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，使得这些粒子向南导线在磁场中受力一样，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北极运动和聚集，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，从而发体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发
26、光光.北极光与磁41磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版 太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区域区域.太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影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响，例如使得无线电通信暂时中断等.因此，因此，研究太阳黑子对我们有重要意义研究太阳黑子对我们有重要意义.太阳黑子与磁42磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版2 黄莹黄莹,王云英王云英.电磁学原理在科学技术中电磁学原理在科学技术中的应用的应用.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.北北京：高等教育出版社京：高等教育出版社,1998主要参考文献主要参考文献43磁现象及磁应用磁现象及磁应用物理学应用介绍物理学应用介绍物理学物理学第五版第五版44