E0 H 0
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E
H
z
7 x
(6) 能量关系
s
u
方向：沿 u 的方向
能流密度大小： Wu =EH
ut
E u
辐射强度（玻印亭矢量）
S EH
2
H
x 对于平面波： S EH E 0 H 0 cos (t ) u 1 平均辐射强度： S E0H 0 2
λmT = b
式中常量 b＝2.898×10-3 m.k 。
它表明随着温度的升高，黑体具有最大辐射能的波长要向短波方向移动。
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7-5 X 射线的衍射
1895年伦琴发现X 射线，1901年获首届诺贝尔物理奖。
1. X 射线的产生
X 射线 : 在10-1102Å 范围内的电磁波
对于结构比较简单或单胞中原子数较小的晶体来说，周相问题可以用试差法，即根据某些线索提出试用结构，并不断根据衍射 强度数据来检验和修正试用结构的办法用以克服周相问题。其实，衍射强度谱也隐含着某种周相关系（J.卡勒和H.霍普特曼，1950 ）。现在小分子晶体结构都应用基于这个原理的直接法来求解了。1953年M.F.佩鲁茨发现，将重原子引入蛋白晶体制备成两种或更 多同晶型置换晶体就可以解决周相问题，从而在蛋白质晶体结构分析工作中出现了可喜的突破。他和J.C.肯德鲁在1960年完成了肌红 和血红蛋白晶体结构分析工作，人们得以首次看到蛋白质分子的结构图像。 （三）
以待测伦琴射线照射晶面，测得第一级极大的反射光相 应的入射角为17030" ，求波长。 解：
0
2d sin m d

2 sin ' 0 2d sin 1.80A
2.82A02013 Nhomakorabea8-24
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X射线晶体学和结构化学到了40年代，水平已经发展到足以对付生物大分子的结构分析问题了。 这里先从晶体结构分析谈起。 19世纪后期，有机化学已经发展到立体化学的水平，并为有机分子提供了确定结构的方法，曾 在有机化学的发展上起过重大作用。但化学之能全面发展到今天这样的水平，饮水思源，当归功于 上个世纪末W.K.伦琴发现X射线（1895）和M.F.劳厄发现了晶体对X射线的衍射（1912）。1913年 W.H.和W.L.布喇格父子测定了氯化钠和金刚石等的晶体结构。从此以后，X射线晶体结构分析成为 测定晶体和分子结构的主要方法。比起立体化学或其他任何方法，它具有无可比拟的优势。 这个方法利用了晶体中原子或分子在空间分布中具有三维周期性，而且周期很短。一般说，晶 体结构是三维点阵结构，点阵点所代表的一个单位，称为单胞。不难推算，晶体例如金刚石中相邻 原子间的距离当以1/10nm或 这样的单位来计算。伦琴发现的X射线的波长也是以 计的。 当X射线入射晶体时，其中所含原子中的全部电子就会跟着电磁波的电场振动，成为次生X射线的 波源，并继承入射波的波长和周相，从而产生衍射。晶体以 计的周期能使次生X射线只在一 系列由晶体的周期决定的方向上周相一致而互相加强，形成衍射线。各个衍身线按其方向和强度收 集在衍射图上成为位置和黑度确定的一系列衍射点，总称衍射谱。衍射点的位置可以给出晶体中原 子分布的周期性或单胞的形状和大小，而它们的强度是由晶体中各个原子的位置决定的。换言之， 如各个原子的种类和在单胞中的位置已知，亦即晶体结构已知，推算各个衍射点的强度倒并不困难 ，但从强度倒推结构还欠缺各衍射线的周相角数据。由于X射线在各种介质中的折光率几乎没有变 化，极接近于1，从而不可能找到能使衍射线直接聚合成像的透镜材料，而衍射波录下的只是衍射 线的方向和强度，已经失掉了它们的周相角数据，为结构分析工作产生了一个周相问题，如不克服 ，也难于利用数学方法合成成像。
按照电磁波在真空中的波长或频率的顺序把各种电磁波排 列起来，被称为电磁波谱。
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7-3 微波的生物效应
一、微波生物效应现象 从研究的方法上考虑，则可分为电磁场的致热生物效应和非热生物效应。 1．热效应现象 所谓热效应，是指电磁波照射到生物体中，使生物体的温度升高，从而 促进细胞的代谢水平，并由此引起生物体的各种生理和病理变化过程。 2．非热效应现象 所谓非热效应，是指电磁场通过热效应以外的方式来改变生物体生理、
应的研究相对来说要少一些，至今非热生物效应的微观
机理还不很清楚 。
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7-4 红外技术
一、红外辐射
在电磁波谱中，介于可见光和微波之间，波长在 0.75μ m－l000μ m范围内的电磁波被称为红外线。
0 近红外：波长范围为 .75 ~ 3m; 3 中红外：波长范围为 ~ 6m 6 远红外：波长范围为 ~ 15m 极远红外：波长范围为 ~ 1000m 15
3
B dS 0
S
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1 E dS
S
Maxwell方程组
0

D
d m LE dl dt S B dS 0
1 d m L B dl 0 I c 2 dt
1、涡旋电场 —变化的磁场产生电场
前人的经验：
静 电 场 稳 恒 磁 场
S D 0 dS Q
L E 0 dr 0
S B0 dS 0
B0 dr 0 I
2
2、位移电流 —变化的电场产生磁场

L
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静 电 场
S D 0 dS Q

L
E0 dr 0
涡 旋 电 场
B L E dr S t dS

S
D dS 0
稳 恒 磁 场
S B0 dS 0
涡 旋

L
H 0 dr I
磁 场
D L H dr S t dS
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二、热辐射规律
红外辐射最显著的特性是热效应，遵从热辐射的一般规律。
能够吸收一切外来的电磁辐射的物体模型，叫做黑体。黑体的吸收本领最大，
因而它的辐射本领也最大。一般物体的辐射本领（或吸收本领）除与温度有关外，还和材 料种类、表面状态等因素有关。而黑体的辐射本领却只与温度无关。
人们由实验和理论总结出两条有关黑体辐射的规律。即：
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E, H
的频率、相位和振幅的关系
x 沿X轴正向传播的特解： y E 0 cos ( t ) E u
与之相应的磁场
E y H z x t
1 E y Hz dt x
E0 x Hz cos ( t ) u u
y
E , H 同相、同频
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电磁波的传播
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电磁波的传播
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电磁波的传播
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二、电磁波谱
1865年麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，并预言了电磁波的存在及 电磁波的波速就是光速。 1887年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言，并且证实了电磁波和光波 一样，具有反射、折射、干涉、偏振等现象。 此后，人们先后发现了X射线、 射线等都是电磁波。
④在应答的时间上和强度上，非热生物效应发生要快得多，强得多，而且能直接反
映出来。常常有这种情况，引起非热效应的人射功率密度可能是十分微弱的，但在 引起非热效应时，生物系统的应答常常是很强烈的。
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三、非热生物效应的一些机理问题讨论 电磁场与生物体的相互作用通常可分为热效应和非 热效应，历史上长时期主要是研究热效应，所以非热效
1． 斯忒藩—波尔兹曼定律 黑体的单位表面上在单位时间内发出的热辐射（包括全 部波长范围） 总能量（即辅出度）E0和它的热力学温度T的四次方成正比， 即 E0 T 4 式中σ=5.60×10-8W/m2，称为斯忒藩常量。 2．维恩位移定律 它表明温度越高黑体辐射总能量越大。 黑体辐射中能量最强的波长（称为峰值波长λm）与热力学温度T成反比， 即
生化过程的效应。或者说电磁场除了对生物组织的加热作用外，电磁辐射
对生物体的其他生理影响，这种影响是用别的手段提供热时不会出现的。 这种说法当然是很笼统的，但是到目前为止，还不能给非热生物效应下一
个确切的定义。
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二、热效应和非热效应的基本特点
电磁波致热生物效应的主要特点是：在生物体的平衡态附近，生物系统对电磁波 的应答（即响应）是属于线性范围，这种范围一直可达到场强值为105V／m的区域。 生物系统产生的热正比于场强的平方，并且这种热效应和用其他不同的加热方式 （如红外线和热水浴）加热生物系统所产生的热效应是相同的。 电磁场的非热生物效应有如下的一些特点： ①生物系统对满足一定条件的电磁波的应答是非线性的。这种应答在生物学上与免 疫反应相类似，在化学上与自催化学反应相类似，在物理学上与相变过程相类似。 这种应答方式有时可用协同性或相干性来说明。 ②非热生物效应的生物应答有频率特异性，即只对一定频率的电磁波有明显的应答， 一般将其称为“频率窗”效应。 ③除了“频率窗”外，还有所谓的“功率窗”或“振幅窗”效应。如前所述的新生 鸡离体前脑组织的钙离子的“功率窗”效应。


德拜相
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劳厄相
E, B
射线
不是带电粒子流，是电磁波！
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~ 0.1nm
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劳厄实验 （1912 年）
d ~ 0.1nm
~ 0.1nm
晶 片 作 光 栅
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劳 厄 斑
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以波长为1.10A 的伦琴射线照射晶面， 11015" 时获得 例： 第一级极大反射光，求d=?