《電磁與聲學(xué)應(yīng)用前沿》課程期末論文

1、電磁與聲學(xué)應(yīng)用前沿課程期末論文 電磁與聲學(xué)應(yīng)用前沿 課程期末論文 系別專業(yè)： 論文題目： 電磁學(xué)及電磁生物學(xué) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí)驗(yàn)日期：月日 1.電磁學(xué) 電磁學(xué)是物理學(xué)的的一個(gè)分支，起源于近現(xiàn)代。在歷史上電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)很是悠久，很早就發(fā)現(xiàn)磁石，靜電吸引，地磁論等等物理現(xiàn)象，萊頓瓶的發(fā)明，電荷守恒定律的發(fā)現(xiàn)，以及避雷針的運(yùn)用，庫侖定律的出現(xiàn)都為后期丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電磁之間存在相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。最后麥克斯韋關(guān)于變化電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，更是奠定了電磁學(xué)的整個(gè)理論體系，發(fā)展了對(duì)現(xiàn)代文明起重大影響的電工和電子技術(shù)，深刻地影響著人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的思想。1873年，麥克斯韋發(fā)表電磁學(xué)通論，他

2、不僅用數(shù)學(xué)理論發(fā)展了法拉第的思想，還創(chuàng)造性的建立了電磁場理論的完整體系。在電磁學(xué)通論中，他的思想得到更完善的發(fā)展和更系統(tǒng)的陳述。他把以前的電磁場理論都綜合在一組方程式中，得到了電磁場的數(shù)學(xué)方程-麥克斯韋電磁方程組。以簡潔的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了電場和磁場內(nèi)在的完美對(duì)稱。電磁學(xué)通論是人類第一個(gè)有關(guān)經(jīng)典場論的不朽之作。并且麥克斯韋方程組的一個(gè)重要結(jié)果，就是預(yù)言了電磁波的存在。 電磁波的發(fā)現(xiàn)由于歷史上的原因（最早，磁曾被認(rèn)為是與電獨(dú)立無關(guān)的現(xiàn)象），同時(shí)也由于磁學(xué)本身的發(fā)展和應(yīng)用，如近代磁性材料和磁學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的磁效應(yīng)和磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用等等，使得磁學(xué)的內(nèi)容不斷擴(kuò)大，而磁學(xué)在實(shí)際上也就作為一門和電學(xué)相平

3、行的學(xué)科來研究。 2.電磁對(duì)人類生活的影響 隨著科技的發(fā)展電磁學(xué)越來越深入人們的生活，日常生活用品大大小小都涉及到電磁的應(yīng)用，電與磁也越來越充斥人們的生活，在加點(diǎn)豐富、提高人們生活水平的同時(shí)，人們不禁要關(guān)注自身的健康問題。人們逐漸發(fā)現(xiàn)各種不同頻率、不同強(qiáng)度的電磁場的泛濫,對(duì)人類及生物的負(fù)面效應(yīng)也不斷顯示出來。電磁污染繼噪聲、廢氣污染后也越來越受到人們的重視。 大量的調(diào)查和實(shí)踐表明,電磁場對(duì)生物體的神經(jīng)、視覺、內(nèi)分泌、心血管等許多功能有重大影響。 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，電磁場與生物體的相互作用有兩個(gè)不同的方向，即熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)主要研究電磁波與生物體的熱相互作用,即 1 所謂生物熱效應(yīng)。熱效應(yīng)是指

4、一定頻率和功率的電磁輻射照射在生物體上時(shí),引起局部體溫上升。當(dāng)溫升超過組織調(diào)溫能力,受照射組織內(nèi)吸收的能量遠(yuǎn)大于生物體的新陳代謝能力時(shí),會(huì)使組織的傳熱機(jī)能產(chǎn)生混亂,最后導(dǎo)致組織的破壞和死亡。生物非熱效應(yīng),主要研究各種頻率電磁場所產(chǎn)生的生物效應(yīng)。特別是著重研究電磁能量密度并不很強(qiáng)。 在人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量和溫度并不明顯的情況下,對(duì)生物體造成的影響。這種影響常常發(fā)生在分子及細(xì)胞一級(jí)的水平上,如“頻率窗”、“功率窗”效應(yīng),腦組織鈣溢出量增加,外加電場中細(xì)胞膜破裂以及電磁波對(duì)酶活性的影響等等。 電磁場在生物體中的熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)均由電磁場和生物體相互作用所引起的,因此,電磁場在生物體中的這兩種效應(yīng)同時(shí)存在

5、。 3. 生物醫(yī)學(xué)電磁學(xué) 自上世紀(jì)七十年代初開始,短短數(shù)十年間,科學(xué)界對(duì)生物電磁學(xué)的研究經(jīng)歷了一個(gè)巨變過程,由最初的防輻射研究,到后來的電磁場電磁波對(duì)人體等生物機(jī)理影響的研究,到最近的生物電磁學(xué)的綜合利用。 生物電磁學(xué),是一門正在形成的關(guān)于電磁學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)相互滲透的邊緣交叉學(xué)科，主要涉及電磁場與微波技術(shù)和生物學(xué)，主要研究電磁場的生物機(jī)理及其綜合利用,已經(jīng)成為一門涉及到物理學(xué)、電磁學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、電子技術(shù)及信息圖象處理等綜合性學(xué)科，其意義在開發(fā)電磁能在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)方面的應(yīng)用以及對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)和防護(hù)。 隨著人們在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的探索，以及科學(xué)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，生物電磁學(xué)在社會(huì)生產(chǎn)和日常生活

6、中逐漸占有越來越重的角色。在許多方面的我們都可以運(yùn)用到生物電磁學(xué),如提高種子出芽率、改善生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力、利用磁細(xì)菌治理環(huán)境污染、對(duì)某些慢性頑固疾病的治療及改善動(dòng)植物的生活習(xí)性等。尤其近些年隨著科學(xué)水平的提高，人們越來越關(guān)注各項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，在逐漸將電磁學(xué)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)上的過程中，研究生物電磁學(xué),對(duì)促進(jìn)社會(huì)醫(yī)療保健水平,提高人類生活質(zhì)量,有著重要的意義。 4.電磁學(xué)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 2 電磁學(xué)作為物理學(xué)當(dāng)中較為成熟的一門學(xué)科對(duì)醫(yī)學(xué)更是有著巨大貢獻(xiàn)。現(xiàn)階段我們能看到的，或者說經(jīng)常在醫(yī)院用到的檢測設(shè)備大多都是用到由電磁學(xué)的研究、利用電磁等制作出的檢測、治療設(shè)備。電磁學(xué)不斷的發(fā)展，也不斷的為醫(yī)

7、學(xué)研究和醫(yī)療實(shí)踐提供更先進(jìn)，更方便和更精密的儀器和方法。在現(xiàn)階段的醫(yī)學(xué)研究和醫(yī)療單位中都離不開電磁學(xué)方法和與電磁相關(guān)的設(shè)備。 4.1核磁共振斷層成像 是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體內(nèi)氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫原子核按特定頻率發(fā)出射電信號(hào)，并將吸收的能量釋放出來，被體外的接受器收錄，經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。 核磁共振斷層成像是一種具有代表性的生物電磁學(xué)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,是 70 年代隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和低溫超導(dǎo)等技術(shù)發(fā)展的綜合產(chǎn)物。自80 年代正式應(yīng)用于臨床檢查以來,顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性,大大提高了醫(yī)生的診斷效

8、率,避免了對(duì)病人虛弱的身體進(jìn)行手術(shù)式檢查。同時(shí)由于核磁共振成像技術(shù)不使用對(duì)人體有害的 X 射線和易引起過敏反應(yīng)的造影劑,對(duì)人體幾乎沒有副作用。 核磁共振是一種物理現(xiàn)象，作為一種分析手段廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)生物等領(lǐng)域，到1973年才將它用于醫(yī)學(xué)臨床檢測。為了避免與核醫(yī)學(xué)中放射成像混淆，把它稱為核磁共振成像術(shù)(MR)。 4.2腦磁圖、心磁圖 在許多生命活動(dòng)中都包含有電子和離子的運(yùn)動(dòng)。這些帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形成電流，而電流就會(huì)產(chǎn)生磁場，這就是生物磁場。并且大量的實(shí)驗(yàn)表明，比起人體電圖來，人體磁圖具有較多的優(yōu)點(diǎn)。例如：磁圖可以測出人體的直流磁場和交變磁場，而電圖只能測出人體的交變電場；磁圖測量可以離開人體

9、做三維空間的測量，所獲得的人體信息要比電極不能離開人體而只能做二維空間測量的電圖測量獲得的信心多，而且也沒有使用電極所產(chǎn)生的接觸和潮濕等問題的干擾影響；許多實(shí)驗(yàn)還表明，磁圖測量的分辨率也高于電圖測量。因此，腦磁圖、心磁圖在醫(yī)學(xué)診斷上更為準(zhǔn)確有效。 3 4.3磁療 在醫(yī)學(xué)中利用電磁原理可改善人體內(nèi)部的微循環(huán)，達(dá)到治病保健的作用，如血液循環(huán)機(jī)和各種磁療儀等；根據(jù)人體與電磁波的相互作用，在醫(yī)學(xué)上利用電磁能的熱效應(yīng)進(jìn)行腫瘤的高溫治療和一般熱療。粒子加速器在醫(yī)學(xué)中用來產(chǎn)生用于診斷或治療的射線，也可用來生產(chǎn)注入人體內(nèi)利于顯像的放射性物質(zhì)，它是利用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律制成的。 電磁對(duì)于減輕疼痛頗有療效，磁療也成為許多人緩解疼痛的良方。目前，磁療緩解疼痛法被美國各大醫(yī)院門診廣泛采納，成為風(fēng)行全美的特殊治療方法。 專家們聲稱，磁療不但可以減輕疼痛，還可以快速修復(fù)壞死的骨骼組織，對(duì)于許多目前醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的絕癥也有治愈的希望。 此外還有心電圖、磁性X射線造影劑、電子顯微鏡、以及各種電磁波在醫(yī)學(xué)治療方面的應(yīng)用。在治療方面，癌癥的高溫治療是目前的一個(gè)重要應(yīng)用方面,只要將輻射器的能量進(jìn)行聚焦采用輻射器陣則可只殺死癌細(xì)胞而保護(hù)腫瘤周圍的正常細(xì)胞。另外有將微波輻射與針灸技術(shù)結(jié)合起來可組成一種新型的微針灸儀。此外，將手術(shù)刀刃與微波輻射器相結(jié)合