電磁學(xué)的應(yīng)用

byShanHong電磁學(xué)的應(yīng)用磁懸浮列車計算機(jī)與電磁學(xué)汽車與電磁學(xué)生命與電磁學(xué)農(nóng)業(yè)與電磁學(xué)2021/5/91磁懸浮列車

我們知道，在電磁學(xué)里，當(dāng)通給兩個互相平行的線圈的電流同向時就互相吸引，反之互相排斥如果把許多對電流方向相反的線圈分別安裝在列車和軌道上，列車就會懸浮起來，同樣，在列車和軌道的適當(dāng)位置分別安裝許多對電流方向相同的線圈，由于互相吸引，可使列車前進(jìn)。磁浮列車就是根據(jù)這一簡單的電磁學(xué)原理設(shè)計而成若。將上述線圈改用超導(dǎo)線圈就得到一種能耗小，功率大的超導(dǎo)磁浮列車了。

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2021/5/92磁懸浮列車新型磁浮列車主要的部件有超導(dǎo)電磁體；懸浮裝置；推進(jìn)裝置；導(dǎo)向裝置等。超導(dǎo)電磁體主要由超導(dǎo)電線圈和容納它的超低溫容器構(gòu)成，超導(dǎo)線圈放在作為內(nèi)槽的筒形容器內(nèi)，內(nèi)槽和超導(dǎo)電線圈周圍空間輸入液態(tài)氮，使超導(dǎo)電線圈處于超導(dǎo)電態(tài)車輛起動時，由地面電源使車上超導(dǎo)線圈勵磁，然后切斷電源，超導(dǎo)線圈處于永久電流狀態(tài)下工作。懸浮裝置是在車廂上安置一系列超導(dǎo)電磁體，它的永久電流產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，車廂下方的軌道上安置一系列懸浮線圈（如閉合鋁環(huán)），當(dāng)列車行駛時，車上超導(dǎo)磁體的磁場被地面上的鋁環(huán)切割，由于電磁感應(yīng)，鋁環(huán)中的感應(yīng)電流的磁場和超導(dǎo)電磁體的磁場方向相反，互相排斥將列車懸浮起來懸浮高度可在10cm左右當(dāng)列車減速或停車時，鋁環(huán)中的感應(yīng)電流變小或?yàn)榱悖×Σ蛔憧朔熊嚨闹亓?，故仍需安裝車輪以便支承列車，當(dāng)列車高速運(yùn)動時，車輪自動縮回。推進(jìn)裝置是在軌道兩側(cè)，裝有一系列推進(jìn)、導(dǎo)向兩用線圈，通過計算機(jī)控制，由地面上電源供給該線圈三相電流，其頻率與車速相對應(yīng)，使之獲得移動磁場，移動磁場與列車上的超導(dǎo)磁體的磁場互相吸引，使列車前進(jìn)。導(dǎo)向裝置采用與懸浮同樣的原理，不同的是需要把左右導(dǎo)向線圈進(jìn)行電氣連接，使得當(dāng)列車位于軌道正中時，導(dǎo)向線圈的電流為零，偏離正中位置時，則及時供給相應(yīng)的導(dǎo)向電流，此時，車上超導(dǎo)磁體的磁場與軌道兩側(cè)的導(dǎo)向電流的磁場相互作用，使列車重新回到正中位置。

home2021/5/93磁懸浮列車磁浮列車是目前世界上技術(shù)最先進(jìn)并且己經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的新型列車，與普通高速列車相比具有許多優(yōu)越性：第一，速度高，時速可達(dá)500km以上，預(yù)想在真空隧道中運(yùn)行的磁浮列車時速可達(dá)1600km。第二，能耗低。由于沒有輪子、無磨擦等因素，它比目前最先進(jìn)的高速火車省電30％。在500km/h速度下，每座位／公里的能耗僅為飛機(jī)的1／3～l／2，比汽車也少耗能30％。因無輪軌接觸，震動小，舒適性好，對車輛和路軌的維修費(fèi)用也大大減少。第三，爬坡能力強(qiáng)，鐵路坡度可達(dá)100‰（即每1000m鐵路可以升高或降低100m），可降低工程造價。第四，它在運(yùn)行時不與軌道發(fā)生摩擦，目爬坡能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑小，所以發(fā)出的噪音很低，（只有當(dāng)速度達(dá)到200km／h以上時，才會產(chǎn)生與空氣摩擦的輕微噪音）。它的磁場強(qiáng)度非常低，與地球磁場相當(dāng)，遠(yuǎn)低于家用電器。因此，人們普遍認(rèn)為磁浮列車是21世紀(jì)最理想的地面交通工具。第五，安全系數(shù)高。它的車廂下端像伸出了兩排彎曲的胳膊，將路軌緊緊摟住，絕對不可能出軌。列車運(yùn)行的動力來自固定在路軌兩則的電磁流，同一區(qū)域內(nèi)的電磁流強(qiáng)度相同，不可能出現(xiàn)幾輛列車速度不同或相向而動的現(xiàn)象，從而排除了列車追尾或相撞的可能。列車的整個安全系統(tǒng)可以相互檢測，自動替補(bǔ)，這在其它交通工具是不具備的，因而它是一種高安全度的交通工具。

home2021/5/94磁懸浮列車盡管磁懸浮列車技術(shù)有上述的許多優(yōu)點(diǎn)，但仍然存在一些不足：由于磁懸浮系統(tǒng)是以電磁力完成懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車停電后的制動問題仍然是要解決的問題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需很長時間的運(yùn)行考驗(yàn)。

目前直世界上對磁懸浮列車進(jìn)行過研究的國家主要是德國、日本、英國、加拿大、美國、前蘇聯(lián)和中國。美國和前蘇聯(lián)分別在上世紀(jì)70年代和80年代放棄了研究計劃，但美國最近又開始了研究計劃。英國從1973年才開始研究磁懸浮列車?yán)仁亲钤鐚⒋艖腋×熊囃度肷虡I(yè)運(yùn)營的國家之一。1984年4月，從伯明翰機(jī)場到火車站之間600m長的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)正式運(yùn)營，旅客乘坐磁懸浮列車從機(jī)場到火車站僅需90S。但1995年，在運(yùn)行了11年之后被停止運(yùn)營。對磁懸浮列車研究最為成熟的是德國和日本。

我國在研制磁浮列車方面取得了很大成績。1996年1月29日西南交通大學(xué)的載人磁浮列車和43m長的試驗(yàn)線己經(jīng)通過鑒定。1997年4月，國家科委工業(yè)科技司又在西南交通大學(xué)召開了"都江堰市青城山磁浮列車工程試驗(yàn)示范線可行性研究"評審會，專家們認(rèn)為，我國在研制磁浮列車幾項(xiàng)主要關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，具備修建試驗(yàn)示范線的技術(shù)基礎(chǔ)，我國擁有磁浮鐵路的日子已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。

home2021/5/95計算機(jī)與電磁學(xué)

磁記錄計算機(jī)與超導(dǎo)

home2021/5/96計算機(jī)與電磁學(xué)磁記錄磁記錄是現(xiàn)在使用得非常廣泛的一種信息技術(shù)。它利用了鐵磁材料的特性和電磁感應(yīng)的規(guī)律。用來記錄信息（如聲音，圖象或特殊信息）的鐵磁材料常制成粉狀而用粘結(jié)劑涂敷在特制的帶，圓柱或圓盤的表面，稱為磁帶，磁鼓或磁盤。錄音或錄象時，需要一個錄音磁頭，它實(shí)際上是一個具有微小氣隙的電磁鐵（如圖）。

home2021/5/97計算機(jī)與電磁學(xué)錄音時，就使磁帶靠近磁頭的氣隙走過，磁頭的線圈內(nèi)此時將通入由聲音或圖象轉(zhuǎn)化成的電信號，即強(qiáng)弱和頻率都在改變著的電流。這電流將使鐵心的磁化狀態(tài)以及縫隙中的磁場發(fā)生同步的變化。這變化著磁場將使附近經(jīng)過的磁帶上的磁粉的磁化狀態(tài)發(fā)生同步的變化，從而使磁粉離開磁頭后，它的剩磁的強(qiáng)弱變化相應(yīng)于輸入磁頭的電流的變化，也就是相應(yīng)于聲音或圖像信號的變化．這樣就在磁帶上記錄下了聲音或圖像(如圖)。

home2021/5/98計算機(jī)與電磁學(xué)我們可以想象一下放音或放像的工作過程：讓已錄了音(或像)的磁帶在磁頭的氣隙下面通過．磁帶上鐵粉的剩磁強(qiáng)弱的變化將引起鐵心內(nèi)磁通的變化。這變化將在線圈內(nèi)產(chǎn)生同步變化的感應(yīng)電流．很明顯．只要此時磁帶移動的速度和錄音時磁帶移動的速度相同，此時線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的變化將和錄音時輸入的信號電流的變化相同．將此電流放大再經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換或電像轉(zhuǎn)換就可以得到原來記錄的聲音或圖像．要想把已記錄了的聲音或圖像抹去，只要在磁帶通過時在磁頭的線圈內(nèi)通以等幅振蕩電流就可以了，這就是消音．錄音磁粉和磁頭鐵心都是磁性材料，但它們是有別的，由于要起的作用不同，所以錄音磁粉和磁頭鐵心所用的材料就不同．磁粉要記錄聲音或圖像，并希望加以保存，所以應(yīng)該具有較大的剩磁和矯頑力．因此磁粉應(yīng)選用硬磁材料，即磁滯回線比較胖的材料。對磁頭鐵心來說，要求它能及時地準(zhǔn)確地與信號發(fā)生同步的變化，所以要求它具有很小的剩磁，面且磁導(dǎo)率比較大．因此，鐵心要選用軟磁材料，即磁滯回線瘦，面且磁化曲線比較陡(u大)的材料．另外，由于磁化曲線在微弱磁場范圍內(nèi)有彎曲，不是線性的，就容易使記錄失真．為了避免這一缺點(diǎn)，就在與輸入錄音信號的同時輸入一個等輻振蕩電流(頻率比信號的最高頻率大5—10倍)，稱之為偏磁電流．這樣就能使要記錄的信號只在磁化曲線的直線部分發(fā)生變化，從而減少了失真．home2021/5/99計算機(jī)與電磁學(xué)計算機(jī)與超導(dǎo)現(xiàn)在的計算機(jī)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)了，有人就會提問：計算機(jī)的運(yùn)行速度越來越快了，它的發(fā)展會不會受到物理?xiàng)l件的限制？現(xiàn)實(shí)中隨著集成電路芯片上元件密度不斷提高，而整個主機(jī)又裝在愈來愈小的空間中，那么各個層次上元件發(fā)散的熱量又會對計算機(jī)造成潛在的威脅。有資料說，計算機(jī)的功率密度已達(dá)到幾瓦/厘米2的水平，相當(dāng)于家庭爐灶上熱水鍋的功率密度。對于計算機(jī)的元件的散熱問題，如果提高集成電路底板上的散熱效率，或采用傳熱效率高的傳熱液體（如氟利昂）作成計算機(jī)的冷卻系統(tǒng)，對此科學(xué)家早就有了超導(dǎo)計算機(jī)的設(shè)想，采用超導(dǎo)材料和超導(dǎo)器件來代替原來計算機(jī)中的半導(dǎo)體材料和器件。超導(dǎo)體在低溫下沒有電阻，這樣就可以用超導(dǎo)材料來做計算機(jī)的內(nèi)外傳輸連線，是一種最理想的不發(fā)熱導(dǎo)線。超導(dǎo)材料除了做不發(fā)熱導(dǎo)線外，還可以用來邏輯開關(guān)元件。超導(dǎo)邏輯開關(guān)元件是根據(jù)英國科學(xué)家約瑟夫遜在1962年發(fā)明的超導(dǎo)隧道結(jié)。在兩塊超導(dǎo)體中間夾一層極薄的絕緣氧化層，約瑟夫遜發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體內(nèi)的電子對可以穿越絕緣層而產(chǎn)生導(dǎo)電電流。這就是超導(dǎo)隧道效應(yīng)，又稱“約瑟夫遜效應(yīng)”。而當(dāng)外加電流超過臨界電流Ic時，超導(dǎo)體進(jìn)入正常導(dǎo)體狀態(tài)，這時超導(dǎo)隧道效應(yīng)消失，器件處于截止?fàn)顟B(tài)。這種隧道結(jié)器件有導(dǎo)通，截止兩種狀態(tài)可用做邏輯開關(guān)元件。這種邏輯開關(guān)元件跟半導(dǎo)體開關(guān)元件相比，有著自己的優(yōu)越性，由于從超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)的轉(zhuǎn)變非?？?，因此，這種元件的開關(guān)時間可能達(dá)到皮秒的數(shù)量級。這種器件的功率消耗很低，大約為微瓦量級，因此，明顯優(yōu)于半導(dǎo)體開關(guān)元件。只是，因?yàn)槌瑢?dǎo)計算機(jī)必須在低溫狀態(tài)下工作，這就對材料，器件等的要求比較高，也會給制備工作帶來困難。另外，維持低溫狀態(tài)的費(fèi)用還比較昂貴。

home2021/5/910汽車與電磁學(xué)

霍爾效應(yīng)與汽車電橋平衡在空氣流量計2021/5/911汽車與電磁學(xué)霍爾效應(yīng)與汽車霍爾效應(yīng)是一種電流的磁效應(yīng)，（少圖）當(dāng)電流通過霍爾元件時，比如說是p型半導(dǎo)體，在垂直于電流的方向施加一個磁場。空穴有一定的漂移速度v，空穴將受到垂直與磁場的洛倫茲力的作用，即：，洛倫茲力使電荷產(chǎn)生橫向偏轉(zhuǎn)，而偏轉(zhuǎn)的載流子將在邊界積累起來，產(chǎn)生一個橫向的電場E，直到電場對載流子的作用力與洛倫茲力相抵消為止，即：，霍爾電勢差就是由這個電場建立起來的。電磁流血計的工作原理也是根據(jù)這個原理制作的。home2021/5/912汽車與電磁學(xué)經(jīng)過簡單的推導(dǎo)我們知道霍爾電勢差就是：，其中：R為霍爾系數(shù)，d為樣品厚度。前面我們說過，可以根據(jù)這個電勢差來判斷半導(dǎo)體是n型的還是p型的，即半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型；還講了根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的高斯計來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度。其實(shí)它在生活中還有很多的應(yīng)用，這里我們來看看霍爾式電子點(diǎn)火裝置。下面兩個圖

home2021/5/913汽車與電磁學(xué)圖中的數(shù)字分別表示：1觸發(fā)葉輪的葉片；2霍爾元件；3永久磁鐵；4導(dǎo)板。第一幅圖是觸發(fā)葉片進(jìn)入空氣隙中，霍爾元件中的磁場被旁路了；第二幅圖是觸發(fā)葉片離開空氣隙霍爾元件被磁場飽和。既是通過出發(fā)葉片來旁路磁場，點(diǎn)火時需要相對比較高的電壓，所以這里還需要一個放大回路：

home2021/5/914汽車與電磁學(xué)具體的原理就是這樣的：當(dāng)觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動時，每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間的空隙時，通過霍爾元件的原磁場被觸發(fā)葉輪的葉片旁路，霍爾電壓消失，發(fā)生器無信號輸出，集成電路放大器輸出級導(dǎo)通，點(diǎn)火線圈初級繞組中便有電流通過。當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片離開時，永久磁鐵的磁通便通過導(dǎo)板到霍爾元件，這時產(chǎn)生霍爾電壓，發(fā)生器有信號輸出，集成電路輸出級截止，初級繞組中的電流被終止，次級繞組中便感應(yīng)出高壓電動勢，從而能夠點(diǎn)火?；瘘c(diǎn)著了，汽缸內(nèi)的燃?xì)忾_始燃燒，提供動力了。home2021/5/915汽車與電磁學(xué)但在點(diǎn)火之前，還要使用防爆傳感器來確定最佳的點(diǎn)火時間。所謂爆震是指發(fā)生在汽缸內(nèi)的一種非正常燃燒現(xiàn)象，就是汽缸內(nèi)的氣體在各種外界因素的作用下，產(chǎn)生自燃的現(xiàn)象。汽缸內(nèi)出現(xiàn)幾個火焰中心，伴隨著超音速沖擊波，缸內(nèi)壓力明顯波動，同時可聽到缸內(nèi)有類似金屬的“敲擊聲”。這里我們介紹其中的一種，就是磁致伸縮式爆震傳感器。磁致伸縮類似于壓電現(xiàn)象，是指某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生形變，即產(chǎn)生伸長或縮短，這種現(xiàn)象稱為“磁致伸縮”；相應(yīng)地，在外界機(jī)械力的作用下，某些鐵磁物質(zhì)會發(fā)生磁導(dǎo)率的改變，這種現(xiàn)象稱為“壓磁效應(yīng)”。如果將它們做成線圈的鐵芯，即會引起線圈的電感量發(fā)生變化，由此可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械量和電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)換。用于檢測爆震的磁致伸縮爆震傳感器裝在汽缸體上：

home2021/5/916汽車與電磁學(xué)在爆震發(fā)生時，將在某一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生異常的電壓信號，電子線路將這個異常電壓信號分離出來，作為爆震發(fā)生的信號進(jìn)行控制。這個也可以用來監(jiān)測大型的鍋爐的運(yùn)行情況。而且既然它和壓電元件的工作原理類似，也可以用壓電元件作為爆震傳感器了。home2021/5/917汽車與電磁學(xué)電橋平衡在空氣流量計

空氣流量計用于測量空氣流量，有利于控制進(jìn)氣量。所謂電橋平衡就是在下面的圖中：

當(dāng)時，電橋達(dá)到平衡，電流計中沒有電流。熱線式空氣流量計的原理圖就是上面的圖。其測量元件是直徑為0.03～0.05mm的鉑金屬絲饒成的線圈，放在進(jìn)氣管中，通以一定的加熱電流，線圈被加熱，通過的空氣將對加熱線圈有冷卻作用，使線圈的電阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡。為了保持電橋的平衡，必須提高電橋的電壓，加大流過熱線的電流，使熱線因電流增加而發(fā)熱，恢復(fù)到原來的阻值。電橋重新達(dá)到平衡所增加的電流的大小直接和空氣流量有關(guān)：，其中，I為增加的電流，Q為空氣的質(zhì)量流量，K為常數(shù)。

home2021/5/918生命與電磁學(xué)

地球的電磁場人體中的應(yīng)用home2021/5/919生命與電磁學(xué)地球的電磁場由于地球周圍物質(zhì)的電離和碰撞作用，導(dǎo)致大量電子進(jìn)入地球，使地球變成一個大的帶電體。假定，地球近似是一個大導(dǎo)體，則其表面的負(fù)電荷密度約為1Mc/km2，地球表面的電場強(qiáng)度為120V/m，其方向是指向地心的。地球表面攜帶負(fù)電荷，地球是自西向東轉(zhuǎn)的，那么地球所帶的負(fù)電荷在自轉(zhuǎn)的時候可以等效看作是繞自轉(zhuǎn)軸的環(huán)流了，這樣的環(huán)流產(chǎn)生的磁場就是我們的地磁場。它的南北極和我們的地理南北極相反。地球磁場的95%是來源于這樣的環(huán)流的。根據(jù)測定，地磁場等效于一個位于地球中心，大小約為8×1025G·cm3（1G=10-4T）的磁偶極子。不過，這個等效的磁偶極子的方向和地球自轉(zhuǎn)軸不完全重合，它們之間的夾角約為11°，地球表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度在一般情況下是從0.3G（赤道水平方向）到0.7G（兩極垂直方向）。home2021/5/920生命與電磁學(xué)在地球上的生物都受到地磁場的影響。家鴿就是明顯的例子，據(jù)說是因?yàn)樗鼈凅w內(nèi)含有永磁物質(zhì)。我還聽說，有些動物的精子里也有永磁物質(zhì)。1972年，有報道稱：在試驗(yàn)過程中，將捉到的歐洲知更鳥放在大籠子里，發(fā)現(xiàn)它棲息時，有一種本能性的選擇，偏愛棲息在籠子的北邊；若設(shè)法使籠子內(nèi)的磁場方向改變，則知更鳥棲息的地方也隨之改變；當(dāng)籠子內(nèi)的磁場方向與地磁相反時，它棲息在南邊。磁場與聲，電，光一樣，在一定條件下，達(dá)到一定閥值時，將會產(chǎn)生生物效應(yīng)。老鼠在地磁屏蔽（即“零磁場”）的環(huán)境中，壽命要縮短。在強(qiáng)磁場作用下，番茄會提前結(jié)果，小麥會早熟，蠶會提前作繭。根據(jù)電磁學(xué)知識，可以知道：活的機(jī)體或生物標(biāo)本處于磁場中時，可能會發(fā)生如下的一些物理作用：（1）運(yùn)動導(dǎo)體中產(chǎn)生電動勢；（2）有洛侖磁力作用于運(yùn)動電荷；（3）有力或力矩作用于永磁偶極子和抗磁或順磁顆粒。此外，磁場還能引起三種化學(xué)或生物現(xiàn)象：（1）降低生化反映速率，減弱高分子轉(zhuǎn)動擴(kuò)散；（2）使和化學(xué)反應(yīng)效率有關(guān)的鍵角變化；（3）使DNA和RDA中質(zhì)子隧道效應(yīng)發(fā)生變化?？偟恼f來呢，磁場和生命體的耦合有兩個渠道：直接耦合和間接耦合。磁直接耦合只有在體內(nèi)含有永磁物質(zhì)時，比如你剛才說的鴿子和動物精子等，這種強(qiáng)度的相互作用才有意義。因?yàn)橥ㄟ^磁極化后再發(fā)生的相互作用，其作用力將以數(shù)量級遞減。但是，當(dāng)電磁場對各類生命體賴以生存的水環(huán)境進(jìn)行處理后，能使水的理化特性發(fā)生變化，而這一變化則會間接影響生命體。而且值得一提的是：對生物細(xì)胞的分裂和生長，磁場的作用出現(xiàn)了正反饋現(xiàn)象。home2021/5/921生命與電磁學(xué)現(xiàn)在的很多醫(yī)療器械和藥物都提及磁療，看來就是利用我們上面提到的磁場生物效應(yīng)了。事實(shí)上，歷史記載：我國把磁石（磁鐵礦）作為內(nèi)服藥物已有兩千多年的歷史了。磁場療法（簡稱磁療）是指在人體一些經(jīng)穴或患處施加磁場作用。過去用作場源的是一些強(qiáng)度不高的磁性材料，它只能對個別磁敏感較強(qiáng)的穴位起作用，所以療效不顯著。近代出現(xiàn)了新的磁性材料，大大地增強(qiáng)了磁場強(qiáng)度，現(xiàn)在的磁場強(qiáng)度一般為100～3000高斯。磁場的類型也增多了，有：恒定磁場、旋轉(zhuǎn)磁場、脈沖磁場和交變磁場等。磁療中除了用場源直接對準(zhǔn)穴位或患處作用外，還可以用磁片，磁帶貼敷和埋針（以磁針刺入穴位）等。另外，還有飲用磁水的方法等等。其實(shí)，人體內(nèi)神經(jīng)和肌肉的活動中也有很多的電磁特性，我們也可以把它們作為切入點(diǎn)進(jìn)行研究！心電圖就是科學(xué)家應(yīng)用人體的電磁特性為人類服務(wù)的一個典型例子。home2021/5/922生命與電磁學(xué)概括地說來，人體某點(diǎn)的電位隨著時間的變化是連續(xù)的，周期性的，心電圖就是通過測量某點(diǎn)的電位隨時間的變化情況來確定心臟的健康狀況。我們首先來了解一下人體血液的“泵”——心臟。心臟是由大量的心肌細(xì)胞組成的空腔肌肉器官。心肌細(xì)胞是電中性的，在靜息狀態(tài)（也稱極化狀態(tài)）下，由于膜內(nèi)外離子濃度不同以及膜對各種離子具有選擇性的通透能力，膜外和膜內(nèi)分別均勻分布著等量的正、負(fù)電荷。從一個心肌細(xì)胞整體來看，正、負(fù)電荷的“重心”是重合的，與無極分子相類似，對外不顯電性。當(dāng)心肌細(xì)胞興奮時，細(xì)胞膜對離子的通透性發(fā)生改變，引起了膜內(nèi)外正、負(fù)離子的分布的改變，破壞了原來的極化狀態(tài)，這種過程叫做除極過程。在除極過程中，膜內(nèi)外正負(fù)電荷失去了原來的對稱性，正、負(fù)電荷的“重心”不再重合，類似有極分子，這時一個心肌細(xì)胞等效于一個電偶極子。這些電偶極子的存在導(dǎo)致人體的任意點(diǎn)的電位作連續(xù)性，周期性變化。home2021/5/923生命與電磁學(xué)那問題就復(fù)雜了，因?yàn)樾呐K是由大量的心肌細(xì)胞組成的空腔肌肉器官，追蹤每個心肌細(xì)胞的電偶極矩的大小和方向的變化是很困難的。這里采用求矢量和的方法來處理，也就是用一個矢量來表示瞬間形成的所有電偶極子的矢量和，我們把這個矢量叫做瞬間綜合心電向量。如下面的圖示：

home2021/5/924生命與電磁學(xué)興奮在心肌內(nèi)傳播的過程中，各個瞬間的綜合心電向量的大小、方向都不同，也就是說瞬間綜合心電向量的大小和方向是隨時變動著的。由于心臟是個立體臟器，占有三度空間（上下，左右，前后），心電向量的變動也是立體的。由于興奮在心肌中傳播是連續(xù)的和周期性的，所以心電向量的變化也是連續(xù)的和周期性的，相應(yīng)地，人體某點(diǎn)的電位也是連續(xù)的和周期的。要測量電位，那么先了解一下電偶極子的電勢分布情況。對于下面的這對電偶極子電偶極矩是P=ql

，a點(diǎn)為它周圍電場中任意一點(diǎn)，r為從偶極子的中心

O點(diǎn)到a點(diǎn)所引的矢徑，設(shè)r>>l，θ為

r與l之間的夾角。根據(jù)電勢疊加原理，得到a點(diǎn)的電勢Ua：home2021/5/925生命與電磁學(xué)考慮到r>>l，略去l的平方項(xiàng)，得到：

home2021/5/926生命與電磁學(xué)這里取的是無窮遠(yuǎn)的電勢為零，當(dāng)然在電偶中心垂直面上的電位也等于零，都可以看作是電位零點(diǎn)。但是，我們不能把電極插入體內(nèi)來尋找零電位點(diǎn)；而且心電偶中心和零電位面也隨時變化，我們能測出人體表面的任何兩點(diǎn)的電位，它們的電勢差也應(yīng)該是連續(xù)的和周期的。這種電位差的方法是可行的，但是，科學(xué)家仍然努力在體外找比較穩(wěn)定的零電位點(diǎn)。而且理論上和實(shí)踐上都得到了肯定的回答。具體做法是：在一個均勻?qū)щ婓w中，如果以電偶中心為圓心畫圓，在圓周上選三個點(diǎn)R，L，F(xiàn)并使這三點(diǎn)等分圓周。

home2021/5/927根據(jù)電偶的電勢分布可以知道：

把L，R，F(xiàn)三點(diǎn)通過三個相等的高電阻R0（5～500KΩ）聯(lián)結(jié)起來，用T點(diǎn)表示這個聯(lián)結(jié)點(diǎn)。

根據(jù)電路理論有：，且生命與電磁學(xué)home2021/5/928

生命與電磁學(xué)所以：,人體軀干并非均勻?qū)w，從心臟到各肢體（R，L，F(xiàn)）的電阻并不相等，但是，通過高阻連接到中心端就可以消除這種差別。此外，R（右臂），L（左臂），F(xiàn)（足）對于心電偶中心也不滿足“120o對稱性”，因此VT不正好等于零，但實(shí)際上接近零。因此，在心臟興奮傳播的過程中，近似保持零電位不變，稱為“中心電端”。

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用電磁選種子

桑蠶的人工孵化

農(nóng)業(yè)與電磁學(xué)home2021/5/930農(nóng)業(yè)與電磁學(xué)用電磁選種優(yōu)良的種子，就是“純，凈，干，壯，飽和健”。這里呢，我們從電磁學(xué)的角度出發(fā)，只講講如何檢驗(yàn)種子的含水量。傳統(tǒng)的選種的方法是用烘烤脫水法來測量種子的含水量，也就是把樣品種子烘烤一下，種子脫水，分別測量烘前后的質(zhì)量，這樣就可以測出含水量了呀：含水量=（試樣的烘前質(zhì)量—

烘后質(zhì)量）/試樣的烘前質(zhì)量。它的優(yōu)點(diǎn)是簡便，但是費(fèi)時且精度差?，F(xiàn)在用LC或RC諧振回路中的電容器來測量種子的含水量，具體的方法是：將種子填滿電容器，由于不同含水量的種子介電常數(shù)不同，因而導(dǎo)致振蕩回路的振蕩頻率因種子含水量的