129310
столько раз учителя, ученики и родители
посетили сайт «Инфоурок»
за прошедшие 24 часа
+Добавить материал
и получить бесплатное
свидетельство о публикации
в СМИ №ФС77-60625 от 20.01.2015
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации для педагогов

Дистанционные курсы для педагогов - курсы профессиональной переподготовки от 6.900 руб.;
- курсы повышения квалификации от 1.500 руб.
Престижные документы для аттестации

ВЫБРАТЬ КУРС СО СКИДКОЙ 50%

ВНИМАНИЕ: Скидка действует ТОЛЬКО сейчас!

(Лицензия на осуществление образовательной деятельности № 5201 выдана ООО "Инфоурок")

ИнфоурокДругоеДругие методич. материалыМетодическая разработка для преподавателей по дисциплине биофизика на тему "Математическое моделирование и его применение к решению биофизических задач"

Методическая разработка для преподавателей по дисциплине биофизика на тему "Математическое моделирование и его применение к решению биофизических задач"

библиотека
материалов
Скачать материал целиком можно бесплатно по ссылке внизу страницы.

Лекция №8.


Тема: Магнитное поле


План.

  1. Магнитное поле. Индукция и напряженность магнитного поля. Закон Ампера.

  2. Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд. Сила Лоренца.

  3. Магнитные свойства вещества. Механические и магнитные моменты электрона. Спин.

  4. Магнитные свойства тканей организма. Физические основы магнитобиологии.


  1. Магнитным полем называют вид материи, посредствам которого осуществляется силовое воздействие на движущиеся электронные заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле есть одна из форм проявления электромагнитного поля.

Аналогично электростатическому полю, необходимо для магнитного поля ввести количественную характеристику. Для этого выбирают некоторый объект, реагирующий на магнитное поле. В качестве такого тела достаточно взять малую рамку с током, чтобы можно было считать, что рамка помещается в некоторую точку поля. Опыт показывает, что на пробную рамку с током в магнитном поле действует момент силы М, зависящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение Мmaxзависит от магнитного поля, в котором находится контур, и от самого контура: силы тока I, протекающего по нему по площади S, охватываемой контуром, т.е.

Мmax ~I*S (1)

Величину Pm = I*S (2)

называют магнитным моментом контура с током. Таким образом,

Мmax ~ Pm(3)

Магнитный момент – векторная величина. Магнитным момент является характеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц, определяя поведение их в магнитном поле.

[Pm]=A2

Магнитный момент элементарных частиц ядер атомов или молекул выражают в особых единицах, называемых или атомным (hello_html_m10c9e872.gif), или ядерным (hello_html_m3fe77a38.gif) магнетоном Бора.

hello_html_m10c9e872.gif= 0,927*10-23 А*м2 (Дж/Тл)

hello_html_m3fe77a38.gif=0,505*10-26 А*м2 (Дж/Тл)

Магнитная индукция в некоторой точке поля равна отношению максимально вращающего магнита, действующего на рамку с током в однородном магнитном поле, к магнитному моменту этой рамки:

hello_html_5f2eee62.gif(4) [B]=Тл.

Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым показывают, напряжение вектора hello_html_1cb437cc.gif. Линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца и являются замкнутыми. Подобные поля называют вихревыми.

Ф=Вn*S (5)

Ф – магнитный поток.

где Вn=B*coshello_html_284e617c.gif - проекция вектора hello_html_1cb437cc.gif на направление нормали hello_html_37b228a6.gif к площади.

[Ф]=Вб

hello_html_16d5cdb2.gif(6) – напряженность магнитного поля

hello_html_7c361291.gif – абсолютная магнитная проницаемость.

hello_html_5900ed53.gif – магнитная постоянная.

hello_html_5900ed53.gif = 4π * 10-7 Гн/м

Одним из главных проявлений магнитного поля является его силовое действие на движущиеся электрические заряды и токи.

В проводнике, находящемся в магнитном поле, выделим достаточно малый участок hello_html_m485f77f6.gif, который можно рассматривать, как вектор, направленный в сторону тока. Произведение hello_html_772b8be1.gif, называют элементом тока. Сила, действующая со стороны магнитного поля на элемент тока,

hello_html_mdfdaad2.gif(7)

где k – коэффициент пропорциональности; в Cu k=1, поэтому

hello_html_m5b6dd3a9.gif(8)

или в векторной форме:

hello_html_1be4dd47.gif(9)

Соотношения (7) - (9) выражают закон Ампера.


2. Рассмотрим цилиндрический проводник длиной l с током I, расположенный в магнитном поле индукции hello_html_1cb437cc.gif. Скорость направленного движения некоторого положительного заряда q равна hello_html_16546426.gif. Сила, действующая на отдельный движущийся заряд, определяется отношением силы F, приложенной к проводнику с током ,к общему числу N носителей тока в нем:

hello_html_2c621e2c.gif(10)


hello_html_m56aa2f08.gif








Используя hello_html_m1ee056ca.gif, раскроем выражение для силы:

hello_html_6c4e83d3.gif

hello_html_m7ad5ccc.gif, где j - плотность тока.

hello_html_m54606d18.gif.

hello_html_23fafd9a.gif(11)

где hello_html_1fabc9c9.gif - концентрация частиц.

Подставляя в формулу (11) в (10), получим:

hello_html_8693db8.gif(12)


Направление силы Лоренца можно определить из вектор записи уравнения

hello_html_m64aa39bf.gif(13)


3. Нет таких веществ, cсостояние которых не изменялось бы при помещении их в магнитное поле. Более того, находясь в магнитном поле, вещества сами становятся источниками такого поля. В этом смысле все вещества принято называть магнетиками.

Так как макроскопические различия магнетиков обусловлены их строением, то целесообразно рассмотреть магнитные характеристики электронов, ядер, атомов и молекул, а также поведение этих частиц в магнитном поле.

Электрон в атоме равномерно вращается вокруг ядра со скоростью v по круговой орбите радиусом r. Такое движение характеризуется орбитальным магнитным моментом hello_html_m4293cfd0.gif.

Сила тока, соответствующего движению электрона, который вращается с частотой hello_html_7a89d403.gif, равна:

hello_html_m5b400753.gif(14)

где е – заряд электрона.

Так как hello_html_7cf6ea44.gif, то hello_html_485aa79c.gif(15)

Тогда

hello_html_451d268.gif(16)

Электрон, вращающийся по орбите, имеет момент импульса hello_html_m368044e9.gif, который равен:

hello_html_550c878f.gif(17)

me – масса электрона.

Отношение магнитного момента частицы к ее моменту импульса называют магнитомеханическим.

Разделив (16) на (17) получим орбитальное магнитомеханическое отношение для электрона:

hello_html_m54a8e671.gif(18)

Магнитомеханическое отношение выражают через множитель Ланде g:

hello_html_m2226340b.gif (gорбт=1) (19)


Электрон обладает также и собственным моментом импульса, который называется спином. Спину соответствует спиновый магнитный момент. Спиновое магнитомеханическое отношение вдвое больше орбитального:

hello_html_m54d094bd.gif (gS=2) (20)

Ядра, атомы и молекулы также имеют магнитный момент.

Магнитное поле взаимодействует на ориентацию частиц вещества, имеющих магнитные моменты, в результате чего вещество намагничивается. Степень намагничивания вещества характеризуется намагниченностью.

Магнетики делят на три основных класса:

  • парамагнетики;

  • диамагнетики;

  • ферромагнетики.

Парамагнетики – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля. К ним относятся редкоземельные элементы, платина, алюминий и др.

Диамагнетики - вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля. К ним относятся многие металлы (например, Bi, Ag, Au), большинство органических соединений, и т.д.

Пара- и диамагнетики – это слабомагнитные вещества.

Ферромагнетики – это сильномагнитные вещества. Это вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, т.е. они намагничены даже при отсутствии внешнего магнитного поля. К ним относятся кроме основного их представителя – железа – например, кобальт, никель, их сплавы и соединения.


4. Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Ферромагнитных частиц в организме нет.

Биотоки, возникающие в организме, являются источником слабых магнитных полей. На основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца (биотоков сердца) создан диагностический метод – магнитокардиография.

Магнитокардиограмма аналогична электрокардиограмме. Однако магнитокардиография в отличие от электрокардиографии является бесконтактным методом, ибо магнитное поле может регистрироваться и на некотором расстоянии от биологического объекта – источника поля.

Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемый магнитобиологией.

В настоящее время физическая природа воздействия магнитного поля на биологические объекты еще не установлена.






Краткое описание документа:

Методическая разработка для преподавателей по дисциплине биофизика. 

Практическая ценность метода математического моделирования заключается в следующем:

1) правильно составленная и всесторонне использованная математическая исследования биосистем, сократить количество животных, необходимых такого исследования, и число опытов;

2) математическая модель облегчает решение задач прогнозирования хода и результатов экспериментов, течение болезней, эффектов лечебных воздействий. Такое прогнозирование позволяет подобрать оптимальные варианты лечения, в частности применения лекарственных препаратов.

 

Общая информация

Номер материала: 442391

Вам будут интересны эти курсы:

Курс «Администратор гостиницы»
Курс повышения квалификации «Правовое обеспечение деятельности коммерческой организации и индивидуальных предпринимателей»
Курс повышения квалификации «Интеллектуальная собственность: авторское право, патенты, товарные знаки, бренды»
Курс «Гид-экскурсовод: Основы туристского сопровождения»
Курс повышения квалификации «Основы управления проектами в условиях реализации ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: организация реабилитационной работы в социальной сфере»
Курс повышения квалификации «Организация практики студентов в соответствии с требованиями ФГОС технических направлений подготовки»
Курс повышения квалификации «Управление финансами: как уйти от банкротства»
Курс повышения квалификации «Экономика: инструменты контроллинга»
Курс повышения квалификации «Финансы: управление структурой капитала»
Курс повышения квалификации «Организация маркетинга в туризме»
Курс повышения квалификации «Источники финансов»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности по водоотведению и очистке сточных вод»
Курс профессиональной переподготовки «Техническая диагностика и контроль технического состояния автотранспортных средств»
Курс повышение квалификации «Информационная этика и право»
Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.