Медицинская физика

Ядра, атомы и молекулы также имеют магнитный момент. Магнитный момент молекулы является векторной суммой магнитных моментов атомов, из которых она состоит. Магнитное поле воздействует на ориентацию частиц, имеющих магнитные моменты, в результате чего вещество намагничивается. Степень намагничивания вещества характеризуется намагниченностью. Среднее значение вектора намагниченности равно отношению суммарного магнитного момента Spmi всех частиц, расположенных в объеме магнетика, к этому объему:

Таким образом, намагниченность является средним магнитным моментом единицы объема магнетика. Единицей намагниченности служит ампер на метр (А/м).

39. Свойства магнетиков и магнитные свойства тканей человека

Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля магнитные моменты. При отсутствии магнитного поля эти моменты расположены хаотически и их намагниченность равна нулю. Степень упорядоченности магнитных моментов зависит от двух противоположных факторов – магнитного поля и молекулярно-хаотиче-ского движения, поэтому намагниченность зависит как от магнитной индукции, так и от температуры.

В неоднородном магнитном поле в вакууме частицы парамагнитного вещества перемещаются в сторону большего значения магнитной индукции, как говорят, втягиваются в поле. К парамагнетикам относят алюминий, кислород, молибден и т. д.

Диамагнетизм присущ всем веществам. В парамагнетиках диамагнетизм перекрывается более сильным парамагнетизмом.

Если магнитный момент молекул равен нулю или настолько мал, что диамагнетизм преобладает над парамагнетизмом, то вещества, состоящие из таких молекул, относят к диамагнетикам. Намагниченность диамагнетиков направлена противоположно магнитной индукции, ее значение растет с возрастанием индукции. Частицы диамагнетика в вакууме в неоднородном магнитном поле будут выталкиваться из поля.

Ферромагнетики, подобно парамагнетикам, создают намагниченность, направленную на индукцию поля; их относительная магнитная проницаемость много больше единицы. Ферромагнитные свойства присущи не отдельным атомами или молекулам, а лишь некоторым веществам, находящимся в кристаллическом состоянии. К ферромагнетикам относят кристаллическое железо, никель, кобальт, многие сплавы этих элементов между собой и с другими неферромагнитными соединениями, а также сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами. Намагниченность ферромагнетиков зависит не только от магнитной индукции, но и от их предыдущего состояния, от времени нахождения образца в магнитном поле. Хотя ферромагнетиков и не очень много в природе, в основном именно их используют как магнитные материалы в технике.

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. В некоторых случаях индукцию таких полей удается измерить. Так, например, на основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца (биотоков сердца) создан диагностический метод – магнитокардиография. Так как магнитная индукция пропорциональна силе тока, а сила тока (биоток) согласно закону Ома пропорциональна напряжению (биопотенциал), то в общем магнито-кардиограмма 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.

40. Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля

Суть электромагнитной индукции – переменное магнитное поле порождает электрическое поле (открыто М. Фарадеем в 1831 г.). Основной закон электромагнитной индукции При всяком изменении магнитного потока в нем возникают электродвижущие силы электромагнитной индукции.

где e – электродвижущие силы;

dt – промежуток времени;

dФ – изменение магнитного потока. Это основной закон электромагнитной индукции, или закон Фарадея.

При изменении магнитного потока, пронизывающего контур (изменении магнитного поля со временем, приближении или удалении магнита, изменении силы тока в соседнем или дальнем контуре и т. п.), в контуре всегда возникает электродвижущая сила электромагнитной индукции, пропорциональная скорости изменения магнитного потока. Изменение магнитного поля вызывает электрическое поле. Так как ток есть производная от заряда по времени, то можно записать:

Отсюда следует, что заряд, протекающий в проводнике вследствие электромагнитной индукции, зависит от изменения магнитного потока, пронизывающе40б го контур, и его сопротивления. Эту зависимость используют для измерения магнитного потока приборами, регистрирующими электрический заряд, индуцируемый в контуре.