《电磁与声学应用前沿》课程期末论文

1、电磁与声学应用前沿课程期末论文 电磁与声学应用前沿 课程期末论文 系别专业： 论文题目： 电磁学及电磁生物学 姓 名： 学 号： 实验日期：月日 1.电磁学 电磁学是物理学的的一个分支，起源于近现代。在历史上电磁现象的发现很是悠久，很早就发现磁石，静电吸引，地磁论等等物理现象，莱顿瓶的发明，电荷守恒定律的发现，以及避雷针的运用，库仑定律的出现都为后期丹麦科学家奥斯特发现电磁之间存在相互关联的现象奠定了基础。最后麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，更是奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。1873年，麦克斯韦发表电磁学通论，他

2、不仅用数学理论发展了法拉第的思想，还创造性的建立了电磁场理论的完整体系。在电磁学通论中，他的思想得到更完善的发展和更系统的陈述。他把以前的电磁场理论都综合在一组方程式中，得到了电磁场的数学方程-麦克斯韦电磁方程组。以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内在的完美对称。电磁学通论是人类第一个有关经典场论的不朽之作。并且麦克斯韦方程组的一个重要结果，就是预言了电磁波的存在。 电磁波的发现由于历史上的原因（最早，磁曾被认为是与电独立无关的现象），同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，而磁学在实际上也就作为一门和电学相平

3、行的学科来研究。 2.电磁对人类生活的影响 随着科技的发展电磁学越来越深入人们的生活，日常生活用品大大小小都涉及到电磁的应用，电与磁也越来越充斥人们的生活，在加点丰富、提高人们生活水平的同时，人们不禁要关注自身的健康问题。人们逐渐发现各种不同频率、不同强度的电磁场的泛滥,对人类及生物的负面效应也不断显示出来。电磁污染继噪声、废气污染后也越来越受到人们的重视。 大量的调查和实践表明,电磁场对生物体的神经、视觉、内分泌、心血管等许多功能有重大影响。 经研究发现，电磁场与生物体的相互作用有两个不同的方向，即热效应和非热效应。热效应主要研究电磁波与生物体的热相互作用,即 1 所谓生物热效应。热效应是指

4、一定频率和功率的电磁辐射照射在生物体上时,引起局部体温上升。当温升超过组织调温能力,受照射组织内吸收的能量远大于生物体的新陈代谢能力时,会使组织的传热机能产生混乱,最后导致组织的破坏和死亡。生物非热效应,主要研究各种频率电磁场所产生的生物效应。特别是着重研究电磁能量密度并不很强。 在人体内产生的热量和温度并不明显的情况下,对生物体造成的影响。这种影响常常发生在分子及细胞一级的水平上,如“频率窗”、“功率窗”效应,脑组织钙溢出量增加,外加电场中细胞膜破裂以及电磁波对酶活性的影响等等。 电磁场在生物体中的热效应和非热效应均由电磁场和生物体相互作用所引起的,因此,电磁场在生物体中的这两种效应同时存在

5、。 3. 生物医学电磁学 自上世纪七十年代初开始,短短数十年间,科学界对生物电磁学的研究经历了一个巨变过程,由最初的防辐射研究,到后来的电磁场电磁波对人体等生物机理影响的研究,到最近的生物电磁学的综合利用。 生物电磁学,是一门正在形成的关于电磁学与生物学、医学相互渗透的边缘交叉学科，主要涉及电磁场与微波技术和生物学，主要研究电磁场的生物机理及其综合利用,已经成为一门涉及到物理学、电磁学、医学、生物学、电子技术及信息图象处理等综合性学科，其意义在开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护。 随着人们在各个学科领域的探索，以及科学技术逐渐发展成熟，生物电磁学在社会生产和日常生活

6、中逐渐占有越来越重的角色。在许多方面的我们都可以运用到生物电磁学,如提高种子出芽率、改善生物对环境的适应能力、利用磁细菌治理环境污染、对某些慢性顽固疾病的治疗及改善动植物的生活习性等。尤其近些年随着科学水平的提高，人们越来越关注各项技术在医学方面的应用，在逐渐将电磁学应用到医学上的过程中，研究生物电磁学,对促进社会医疗保健水平,提高人类生活质量,有着重要的意义。 4.电磁学在医学上的应用 2 电磁学作为物理学当中较为成熟的一门学科对医学更是有着巨大贡献。现阶段我们能看到的，或者说经常在医院用到的检测设备大多都是用到由电磁学的研究、利用电磁等制作出的检测、治疗设备。电磁学不断的发展，也不断的为医

7、学研究和医疗实践提供更先进，更方便和更精密的仪器和方法。在现阶段的医学研究和医疗单位中都离不开电磁学方法和与电磁相关的设备。 4.1核磁共振断层成像 是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。 核磁共振断层成像是一种具有代表性的生物电磁学在医学中的应用,是 70 年代随着电子计算机技术、微电子技术和低温超导等技术发展的综合产物。自80 年代正式应用于临床检查以来,显示了独特的优越性,大大提高了医生的诊断效

8、率,避免了对病人虚弱的身体进行手术式检查。同时由于核磁共振成像技术不使用对人体有害的 X 射线和易引起过敏反应的造影剂,对人体几乎没有副作用。 核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MR)。 4.2脑磁图、心磁图 在许多生命活动中都包含有电子和离子的运动。这些带电粒子的运动形成电流，而电流就会产生磁场，这就是生物磁场。并且大量的实验表明，比起人体电图来，人体磁图具有较多的优点。例如：磁图可以测出人体的直流磁场和交变磁场，而电图只能测出人体的交变电场；磁图测量可以离开人体

9、做三维空间的测量，所获得的人体信息要比电极不能离开人体而只能做二维空间测量的电图测量获得的信心多，而且也没有使用电极所产生的接触和潮湿等问题的干扰影响；许多实验还表明，磁图测量的分辨率也高于电图测量。因此，脑磁图、心磁图在医学诊断上更为准确有效。 3 4.3磁疗 在医学中利用电磁原理可改善人体内部的微循环，达到治病保健的作用，如血液循环机和各种磁疗仪等；根据人体与电磁波的相互作用，在医学上利用电磁能的热效应进行肿瘤的高温治疗和一般热疗。粒子加速器在医学中用来产生用于诊断或治疗的射线，也可用来生产注入人体内利于显像的放射性物质，它是利用带电粒子在磁场中的运动规律制成的。 电磁对于减轻疼痛颇有疗效，磁疗也成为许多人缓解疼痛的良方。目前，磁疗缓解疼痛法被美国各大医院门诊广泛采纳，成为风行全美的特殊治疗方法。 专家们声称，磁疗不但可以减轻疼痛，还可以快速修复坏死的骨骼组织，对于许多目前医学界公认的绝症也有治愈的希望。 此外还有心电图、磁性X射线造影剂、电子显微镜、以及各种电磁波在医学治疗方面的应用。在治疗方面，癌症的高温治疗是目前的一个重要应用方面,只要将辐射器的能量进行聚焦采用辐射器阵则可只杀死癌细胞而保护肿瘤周围的正常细胞。另外有将微波辐射与针灸技术结合起来可组成一种新型的微针灸仪。此外，将手术刀刃与微波辐射器相结合