Магнітне поле та його характеристики. Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітні властивості речовин. Фізичні основи магнітобіології

Імпеданс біологічних тканин. Дисперсія імпедансу. Фізичні основи реографії.

Частотна залежність імпедансу дозволяє оцінити життєздатність тканин організму, що важливо при пересадці органів (дисперсія імпедансуZ=Z()) Імпеданс тканин визначається їх функціональним станом, і може служити діагностичним показником.

Імпеданс кровоносних судин залежить від їх кровонаповнення, а значить і відсерцево-судинної діяльності. На цьому базується діагностичний метод, який називають реографією.

Реографія – метод діагностики, який базується на дослідженні зміни імпедансу органів і тканин під час їх кровонаповнення в процесі серцевої діяльності.

Крива зміни імпедансу в часі називається реограмою. За допомогою цього методу можна одержати реограму головного мозку (реонцефалограма) серця (реокардіограма), магістральних судин і кінцівок (реограми).

Магнітне поле – силове поле, яке діє на рухомі електричні заряди і на об’єкти у яких є магнітний момент. До джерел магнітного поля відносяться: змінне електричне поле; намагнічені тіла, провідники з струмом і рух зарядів. Природа цихджерел єдина: магнітне поле обумовлене рухом заряджених мікрочастинок(електронів, протонів, іонів), а також наявністю у мікрочастинок власного магнітного моменту.Магнітний момент – одна з найголовніших магнітних характеристик.

Закон Біо-Савара-Лапласа встановлює індукцію магнітного поля, створеного елементом струму Idl в певній точці простору:

де r – радіус-вектор, проведений від елемента струму до даної точки; α – кут між елементом струму dl та радіусом-вектором r.

Напрямок dB визначається за правилом свердлика.

Магнітні властивості речовини

Магнетики за їх магнітними властивостями поділяються на три основних класи: діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики.

У всіх діамагнітних матеріалах сумарне магнітне поле орбітальних рухів всіх електронів дорівнює нулю. Проте, під впливом зовнішнього середовища, у атомах речовин виникає (індукується) магнітний момент, направлений протилежно до зовнішнього поля

У парамагнітних речовинах при відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти електронів не скомпенсовані і атоми мають певний магнітний момент.

При внесені парамагнетика у зовнішнє магнітне поле встановлюється орієнтація магнітних моментів атомів уздовж зовнішнього магнітного поля. Парамагнетизм властивий багатьом елементам у неметалічному стані Феромагнетики – це магнітно впорядкований стан речовини, при якому всі магнітні моменти носіїв магнетизму і при відсутності зовнішнього магнітного поля впорядковані у певному напрямку.

Магнітна сприйнятливість феромагнетиків росте ззбільшенням температури. При деякій температурі феромагнетик перетворюється в парамагнетик; ця температура називається температурою(точкою) Кюрі. Поблизу температури Кюрі магнітна сприйнятливість феромагнетика різкозростає.

Магнітна сприйнятливість діамагнетиків і деяких парамагнетиків (наприклад, в лужнихметалах) не залежить від температури. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків (за деякими виключеннями) змінюється обернено пропорційно абсолютній температурі.

Магнітне поле існує завжди і скрізь, де відбувається упорядкований рух електричнозаряджених частинок речовини.

Магнітне поле створюється лише рухомими зарядами і діє лише на рухомі заряди.

Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називається силою Ампера - F_А.

Розділивши силу Ампера на силу струму І на активну довжину провідника l дізнаємося за якою силою магнітне поле діє на провідник зі струмом у 1 А й активною довжиною 1 м. Цю величину назвали індукцією магнітного поля:

.

Індукція магнітного поля є векторною величиною. За напрям вектора приймають напрям позитивної нормалі встановленого в магнітному полі пробного контуру зі струмом.

Обертальний момент, якійдіє на контур, пропорційний до сили струму І в ньомуйплощі S контуру й не залежитьвідйогоформи. Добуток

,

називається магнітним моментом, це векторна величина, напрям якої співпадає з напрямом позитивної нормалі до даного контуру:,де - псевдовектор, якій дорівнює за модулем площі контуру, а за напрямом співпадає з напрямом позитивної нормалі.

7.Теорія електромагнітних хвиль Максвелла(струм зміщення, рівняння Максвелла, швидкість розповсюдження електромагнітниххвиль)

Уявлення Фарадея про поле дуже зацікавили Д. К. Максвелла (1831-1879). Він не тільки розвинув їх, але й надав їм математичної форми — так з'явилися знамениті рівняння Максвелла.

Теорія електрики й магнетизму, відкрита Фарадеєм у 1830 p., грунтувалася на таких положеннях:

1. Електричні заряди спричинюють сили, що діють між цими зарядам и й описуються законом Кулона або електричними полями.

2. Провідники, що несуть струми, спричинюють сили, що діють між цими провідниками й описуються законом Ампера або магнітними полями.

3. Магнітні заряди не існують.

4. Змінні магнітні поля збуджують електричні поля — закон Фарадея.

5. Електричний заряд зберігається: повний заряд у будь-якій частині простору залишається незмінним, якщо в цю частину не входять (і з неї не виходять) інші заряди.

Максвелл, який першим записав рівняння електрики й магнетизму, зауважив, розглядаючи зазначені вище твердження як постулати, що вони внутрішньо суперечливі, незважаючи на те, що всі твердження про електрику й магнетизм були ретельно відібрані в результаті експериментальних спостережень.

Максвелл відшукав суперечність серед постулатів електромагнетизму в законі Ампера. Якщо цей закон, записаний у відомій тоді формі, справедливий, він суперечить закону збереження заряду. Відповідно до цього закону, магнітні поля збуджуються тільки струмами, що, чесно кажучи, при правильному формулюванні може видатися досить дивним. Так як електричні поля збуджуються як зарядами, так і (відповідно до закону Фарадея) змінними магнітними полями. Якщо дбати до симетрію, то можна було б припустити, що й магнітні поля збуджуються не тільки струмами, але й змінними електричними* полями. Саме це уточнення до закону Ампера дозволило Максвеллові усунути суперечність щодо закону збереження електрики.

Дата добавления: 2015-05-24