第三章生物磁学概述.pps

生物磁学2012-2013 第二学年公共选修课资环学院周 克1课程内容课程内容1我们生活在磁的世界里我们生活在磁的世界里2中国是磁的故乡中国是磁的故乡3磁与现代文明磁与现代文明4生物磁学概述生物磁学概述5磁的生物学效应磁的生物学效应6生物的磁性生物的磁性7生物对磁的应用生物对磁的应用8生物磁学的热点与应用前景生物磁学的热点与应用前景2课程考核课程考核1一、考核方式一、考核方式2课程论文（课程论文（90%）+考勤（考勤（10%）3二、考核内容二、考核内容1.磁的生物学效应磁的生物学效应2.生物的磁性生物的磁性3.生物对磁的应用生物对磁的应用4.生物磁学的热点与应用前景生物磁学的热点与应用前景3课程考核课程考核1三、论文要求三、论文要求21、提纲、提纲31）题目（）题目（10%）4要求简练，论点明确。要求简练，论点明确。5避免笼统题目（如：生物对避免笼统题目（如：生物对磁的应用探讨磁的应用探讨.）。）。62）摘要和关键字（）摘要和关键字（20%）7摘要摘要500字。字。83）正文（）正文（60%）94）参考文献（）参考文献（10%）规范、有序排列规范、有序排列10来自期刊：作者，文章名称，出版年份，期刊名称，卷数，页码。来自期刊：作者，文章名称，出版年份，期刊名称，卷数，页码。11来自网络：网址来自网络：网址12来自来自论著：论著：作者，论著名称，出版年份，出版社。作者，论著名称，出版年份，出版社。4课程考核课程考核1三、论文要求三、论文要求22、格式、格式3宋体，宋体，5号字，单倍行距，号字，单倍行距，A4纸，双面打印纸，双面打印（1-2页）页）43、时间、时间513周周四（周周四（5月月23日）日）10-11节节64.其他问题其他问题5第三章第三章磁与现代文明磁与现代文明6磁的普遍存在磁的普遍存在磁是普遍存在的，近自我们的身体和我们居住的地磁是普遍存在的，近自我们的身体和我们居住的地球，远至月球、太阳、各类天体和宇宙空间；小至球，远至月球、太阳、各类天体和宇宙空间；小至原子、原子核和各种基本例子，大至天体和宇宙，原子、原子核和各种基本例子，大至天体和宇宙，构成它们的各种物质都具有磁性，它们所在的空间构成它们的各种物质都具有磁性，它们所在的空间都存在磁场。因此，从某种意义上说，我们生活在都存在磁场。因此，从某种意义上说，我们生活在磁的世界里。磁的世界里。7磁与现代文明磁与现代文明如果物质没有磁性，空间没有磁场，那将是如何景象？如果物质没有磁性，空间没有磁场，那将是如何景象？8磁与电气化和电子化磁与电气化和电子化没有磁，就不会有电气化和电子化没有磁，就不会有电气化和电子化9磁与信息化磁与信息化10磁与国防磁与国防磁武器磁武器自由电子激光器自由电子激光器和微波激射器和微波激射器一 类新的定向能辐射武器（利用高度定向高能量的从电磁波到光波的电磁辐射使敌方的人员和电子武器等受到伤害）。11磁与国防磁与国防磁武器磁武器电磁炮电磁炮利用强脉冲电磁能来发射炮弹，在发射炮弹时在炮弹中通过强脉冲利用强脉冲电磁能来发射炮弹，在发射炮弹时在炮弹中通过强脉冲 电流，并电流，并在发射架的强脉冲磁场的同时作用下受到强大的推动力而发射出去。在发射架的强脉冲磁场的同时作用下受到强大的推动力而发射出去。12磁与科学研究磁与科学研究正负电子对撞机的注入器正负电子对撞机的注入器正负电子对撞机的探测器正负电子对撞机的探测器在对物质微观结构研究中，研究的物质结构越深入，所需要的能量也越高。高能加速器和高能粒子对撞机可以把微观物质如氢原子核(质子)和带电的基本粒子如电子等加速到很高的速度，使它们得到很高的能量，像炝弹一样进入所要研究的微观物质或粒子内部，或将这些微观物质轰击成碎片，以便研究其内部构造。13磁与科学研究磁与科学研究如何约束带电的高能粒子束，使它们能沿着预定的轨道去轰击目标？如何约束带电的高能粒子束，使它们能沿着预定的轨道去轰击目标？或者使两束带电粒子沿着预定的轨道相互碰撞或者使两束带电粒子沿着预定的轨道相互碰撞(称为对撞称为对撞)，从而研究它们的微观结构呢？，从而研究它们的微观结构呢？磁场的洛伦兹力的使用。磁场的洛伦兹力的使用。洛伦兹力是磁场对运动的带电粒子的作用力。洛伦兹力是磁场对运动的带电粒子的作用力。磁场！磁场！14磁与天体研究磁与天体研究15磁与天体研究磁与天体研究1969年“阿波罗号”登月这是一个人的一小步，却是人类的一大步。（Thats one small step for(a)man,one giant leap for mankind.）16磁与天体研究磁与天体研究20世纪60-70年代“阿波罗”月球飞船对月球磁场和月岩磁性的测量17磁与天体研究磁与天体研究从磁场看内部结构从磁场看内部结构20世纪世纪60-70年代年代“阿波罗阿波罗”月球飞船对月球磁场和月岩磁性的测量月球飞船对月球磁场和月岩磁性的测量月球磁场非常弱，仅为地球磁场的千分之一到十万分之一；分布不均匀月球磁场非常弱，仅为地球磁场的千分之一到十万分之一；分布不均匀月球磁场不是像地球磁场那样由南北磁极产生的偶极型磁场月球磁场不是像地球磁场那样由南北磁极产生的偶极型磁场而是由近月面的强磁性演示剩磁所引起而是由近月面的强磁性演示剩磁所引起18磁与天体研究磁与天体研究从磁场看内部结构从磁场看内部结构20世纪世纪60-70年代年代“阿波罗阿波罗”月球飞船对月球磁场和月岩磁性的测量月球飞船对月球磁场和月岩磁性的测量太阳风的电磁感应会在月球内部感生变化电流和变化磁场，太阳风的电磁感应会在月球内部感生变化电流和变化磁场，结合月岩性质和月球变化磁场结合月岩性质和月球变化磁场月岩的电阻月岩的电阻月球内部温度月球内部温度月球内部为固体月球内部为固体19木星（图）：太阳系最大的行星，组成绝大部分为氢。组成绝大部分为氢。木星磁场比其他行星和卫星都强许多倍金属氢假说金属氢假说磁与天体研究磁与天体研究从磁场看内部结构从磁场看内部结构20木星：太阳系最大的行星，组成绝大部分为氢。组成绝大部分为氢。木星磁场比其他行星和卫星都强许多倍金属氢假说金属氢假说磁与天体研究磁与天体研究从磁场看内部结构从磁场看内部结构气态氢气态氢气态氢原子相互接近转变为液态氢气态氢原子相互接近转变为液态氢液态氢液态氢转变为绝缘性的固态氢转变为绝缘性的固态氢氢原子的电子云相互更多地重叠而转变为导电的金属氢氢原子的电子云相互更多地重叠而转变为导电的金属氢理论研究显示：金属状态的氢可能是一种电阻为零或接近零的超导体理论研究显示：金属状态的氢可能是一种电阻为零或接近零的超导体表面表面深度与压力深度与压力21磁与现代交通磁与现代交通22气浮法列车气浮法列车一种是气浮法，就是使火车向铁轨下的地面大量高速一种是气浮法，就是使火车向铁轨下的地面大量高速喷气而利用其反作用力把火车从铁轨道上浮起，但这喷气而利用其反作用力把火车从铁轨道上浮起，但这样会激扬起大量尘土和产生很大噪声，都会对环境造样会激扬起大量尘土和产生很大噪声，都会对环境造成尘土和噪声污染而不能采用。成尘土和噪声污染而不能采用。23磁浮列车磁浮列车24磁浮列车磁浮列车25磁浮列车磁浮列车26磁浮列车磁浮列车27磁浮列车磁浮列车研究历史与现状研究历史与现状上海磁浮列车：上海磁浮列车：中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线28磁浮列车磁浮列车优点：优点：n快速快速n低耗、环保低耗、环保n噪音低噪音低n舒适性好舒适性好减速玻璃减速玻璃n车辆和路轨的维修费用低车辆和路轨的维修费用低29磁浮列车磁浮列车缺点：缺点：n安全安全电磁力完成悬浮、导向和驱动，断电情况下列车的安全。车要从动量很电磁力完成悬浮、导向和驱动，断电情况下列车的安全。车要从动量很大降到静止，靠滑动摩擦。大降到静止，靠滑动摩擦。磁浮列车是高架的，发生事故时救援很困难。磁浮列车是高架的，发生事故时救援很困难。30磁浮列车磁浮列车31磁浮列车磁浮列车缺点：缺点：n对线路的平整度、路基下沉量等的要求高对线路的平整度、路基下沉量等的要求高n如何避免强磁场对人体及环境的影响如何避免强磁场对人体及环境的影响n初投经费高初投经费高上海段约上海段约30公里的线路设计投资为公里的线路设计投资为100亿元人民币亿元人民币1厘米线路就得花上厘米线路就得花上3000元元!32汽车汽车33储氢列车储氢列车34汽车拥有量汽车拥有量近日，中国社科院发布的中国汽车社会发展报近日，中国社科院发布的中国汽车社会发展报告告20122013引起了强烈关注。报告预计，到引起了强烈关注。报告预计，到今年第一季度，中国私人汽车拥有量将破亿，今年第一季度，中国私人汽车拥有量将破亿，10年年左右每百户汽车拥有量将达到或接近左右每百户汽车拥有量将达到或接近60辆。（辆。（2月月20日光明日报日光明日报）35生物柴油生物柴油36储氢汽车储氢汽车氢是一种无污染或严格说污染极微小的燃料，可供燃烧的单位质量的能量密氢是一种无污染或严格说污染极微小的燃料，可供燃烧的单位质量的能量密度很高。度很高。根据科学推算，氢含有的作为燃料的化学能和作为热核聚变能源的核聚变能根据科学推算，氢含有的作为燃料的化学能和作为热核聚变能源的核聚变能却可供使用约却可供使用约1千亿年千亿年。传统储氢方法有两种传统储氢方法有两种：一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，而且还有一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热。来隔热。37磁磁储氢汽车磁磁储氢汽车储氢合金（金属氢化物）来储存氢气储氢合金（金属氢化物）来储存氢气常用的储氢材料就有镍镁氢化物常用的储氢材料就有镍镁氢化物(NiMgH4)、铁钛氢、铁钛氢化物化物(FeTiH1.95)和镧镍氢化物和镧镍氢化物(LaNi5H7)等等磁性材料和含强磁性元素的化合物的磁储氢材料占有重要的地位磁性材料和含强磁性元素的化合物的磁储氢材料占有重要的地位38储氢汽车储氢汽车优点：低能、环保优点：低能、环保缺点：缺点：对空气质量要求高对空气质量要求高技术难题技术难题磁储氢材料的重量较大磁储氢材料的重量较大燃料电动汽车不能拯救蓝天？燃料电动汽车不能拯救蓝天？39磁与现代文明磁与现代文明小结小结如果没有磁，就不会有电气化和电子化；如果没有磁，就不会有电气化和电子化；如果没有磁的应用，许多高新技术和传统技术，许多科学研究和国防应用无法实现；如果没有磁的应用，许多高新技术和传统技术，许多科学研究和国防应用无法实现；如果没有磁，社会、学校和家庭的现代化无法实现。如果没有磁，社会、学校和家庭的现代化无法实现。也就是说，没有磁，现代文明社会即无法想象。也就是说，没有磁，现代文明社会即无法想象。40第四章第四章生物磁学概述生物磁学概述41概念概念生物磁学生物磁学:是研究是研究物质磁性物质磁性和和磁场同生物特性和生命活动磁场同生物特性和生命活动之间之间相互关系、相互影响的相互关系、相互影响的现象、本质及规律现象、本质及规律的科学。的科学。既涉及磁学，又涉及生物学的边缘学学科，既涉及磁学，又涉及生物学的边缘学学科，是生物物理学的一个组成部分。是生物物理学的一个组成部分。生物磁学的基础：生物磁学的基础：一切物质（包括生物体）都具有或弱或强的磁性；一切物质（包括生物体）都具有或弱或强的磁性；任何空间（包括生物体内外）都存在或高或低的磁场。任何空间（包括生物体内外）都存在或高或低的磁场。42研究内容研究内容广义生物磁学广义生物磁学狭义生物磁学狭义生物磁学应用生物磁学应用生物磁学生物磁技术生物磁技术磁磁生物生物学学43研究内容研究内容狭义生物磁学狭义生物磁学生物体和人体本身产生的磁场及磁性的研究。生物体和人体本身产生的磁场及磁性的研究。生物体和人体产生的磁场非常弱（生物体和人体产生的磁场非常弱（低于低于10-9T），远），远低于环境地磁场（约低于环境地磁场（约10-4T）和环境的电磁干扰（约）和环境的电磁干扰（约10-7T10-6T），因此需要高度灵敏的测量仪器，），因此需要高度灵敏的测量仪器，同时需要消除环境磁场的装置和措施。同时需要消除环境磁场的装置和措施。因此，发展较晚。因此，发展较晚。44研究内容研究内容磁生物学磁生物学研究外磁场对生物体和人体的生命活动和生命特性的影响。研究外磁场对生物体和人体的生命活动和生命特性的影响。如：磁疗（直接应用），磁场处理水（间接应用）如：磁疗（直接应用），磁场处理水（间接应用）外磁场外磁场恒定磁场（直流磁场）：强度和方向不随时间改变恒定磁场（直流磁场）：强度和方向不随时间改变交变磁场交变磁场强度随时间改变（脉冲磁场）强度随时间改变（脉冲磁场）强度和方向都随时间改变的强度和方向都随时间改变的（交流磁场和脉冲磁场）（交流磁场和脉冲磁场）45研究内容研究内容-生物磁技术生物磁技术利用各种磁技术和磁学方法对生物系统进行研究的技术。利用各种磁技术和磁学方法对生物系统进行研究的技术。包括对离体的生物材料和生物组织的结构功能的研究；包括对离体的生物材料和生物组织的结构功能的研究；也包括对活体生物的结构功能及行为的研究。也包括对活体生物的结构功能及行为的研究。如核磁共振成像。如核磁共振成像。46研究内容研究内容应用应用生物磁学生物磁学指各种生物磁科学技术成果在工业、农业、医学、环境保护、指各种生物磁科学技术成果在工业、农业、医学、环境保护、宇宙航行和生物工程等方面的应用。宇宙航行和生物工程等方面的应用。如：磁疗和磁化水在医学上的应用，磁性肥料在农业的应用如：磁疗和磁化水在医学上的应用，磁性肥料在农业的应用47发展阶段发展阶段生物磁学是一门古老而又年轻的学科。生物磁学是一门古老而又年轻的学科。现代生物磁学时期（现代生物磁学时期（1961年年）古代生物磁学时期（公元前古代生物磁学时期（公元前2世纪世纪公元公元1875）近代生物磁学时期（近代生物磁学时期（1875年年1960年年）48发展阶段发展阶段古代生物磁学时期古代生物磁学时期1.天然磁石在医学上的应用，积累了治疗多种疾病的临床经验。天然磁石在医学上的应用，积累了治疗多种疾病的临床经验。n古希腊医生古希腊医生C.H.Galen（约（约129-200）曾利用磁石治疗腹泻；）曾利用磁石治疗腹泻；n古罗马医生古罗马医生Atius（502-550）曾描述：）曾描述：“当人们手足痛风或痉挛、惊当人们手足痛风或痉挛、惊厥时，如果用手握磁石，即可解除病痛厥时，如果用手握磁石，即可解除病痛”.49发展阶段发展阶段古代生物磁学时期古代生物磁学时期2.对生物磁性缺乏科学的了解，仅提出了一些朴素的设想。对生物磁性缺乏科学的了解，仅提出了一些朴素的设想。18-19世纪，对动物磁性的猜测和讨论逐渐增多：世纪，对动物磁性的猜测和讨论逐渐增多：法国科学家法国科学家A.L.Lavoisier（1743-1794）等于）等于1784年在巴黎发表了年在巴黎发表了动物磁性的著作；动物磁性的著作；1815年巴黎成立研究动物磁性的磁学会年巴黎成立研究动物磁性的磁学会（Magnetic Society）；）；1843年年I.Aydam（1802-1847）在电和磁现象及其相互关系一）在电和磁现象及其相互关系一书中详细评述了磁场对动植物和人的影响及在临床上的应用。书中详细评述了磁场对动植物和人的影响及在临床上的应用。50发展阶段发展阶段近代生物磁学时期近代生物磁学时期开始了系统的磁场生物效应的开始了系统的磁场生物效应的实验研究和理论探讨实验研究和理论探讨，出，出现了多种磁疗器械（物）在医疗上的应用，为国际性的现了多种磁疗器械（物）在医疗上的应用，为国际性的生物磁学学术活动（生物磁学学术活动（1961）奠定了基础。）奠定了基础。n1876年：年：J.Reink研究了磁场对植物生长的影响；研究了磁场对植物生长的影响；n1896年，年，M.A.dArsonal 发现发现磁闪光效应：磁闪光效应：人眼受到变化的磁场作用时，会人眼受到变化的磁场作用时，会产生闪光感觉；产生闪光感觉；n19世纪末，磁技术在医学上有较快发展，发表了磁椅、磁床、磁章、磁帽带世纪末，磁技术在医学上有较快发展，发表了磁椅、磁床、磁章、磁帽带和磁疗衣等磁疗器械（物）的专利。和磁疗衣等磁疗器械（物）的专利。n二次大战期间和战后，曾为军事需要开始研究信鸽的导航与地磁场的关系。二次大战期间和战后，曾为军事需要开始研究信鸽的导航与地磁场的关系。n.51发展阶段发展阶段现代生物磁学时期现代生物磁学时期1）当代工农业生产、医药卫生、环境保护和新兴技术）当代工农业生产、医药卫生、环境保护和新兴技术（如磁浮火车和宇宙航行）等的需要，（如磁浮火车和宇宙航行）等的需要，要求研究和应用各要求研究和应用各种磁场对生物和人的影响，生物和人的磁场、磁性和结构、种磁场对生物和人的影响，生物和人的磁场、磁性和结构、功能的关系；功能的关系；2）现代磁学和磁技术（如磁共振、强磁场、高灵敏度磁现代磁学和磁技术（如磁共振、强磁场、高灵敏度磁强计等）及现代生物科学的迅速发展，为生物磁学强计等）及现代生物科学的迅速发展，为生物磁学提供了提供了宏观和微观研究的物理基础和新的实验手段。宏观和微观研究的物理基础和新的实验手段。52发展阶段发展阶段现代生物磁学时期现代生物磁学时期国内：国内：1983年：中国应用磁学学会的生物磁学学组；年：中国应用磁学学会的生物磁学学组；1987年：中国传统医学仪器学会的生物磁学研究会；年：中国传统医学仪器学会的生物磁学研究会；1985年开始两年一次的全国生物磁学会议。年开始两年一次的全国生物磁学会议。国际：国际：国际生物磁学会议国际生物磁学会议磁场生物效应为主：磁场生物效应为主：1961年；年；狭义生物磁学为主，狭义生物磁学为主，1976年。年。53