电磁场心电图的探究实验报告

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1、《电磁场与电磁波》课程专题研讨心电图工作原理姓名：杨依书学号：13211022同组成员：杨晶晶班级：通信1305指导教师：李一玫时间：2015年06月目录一、题目2二、问题分析3三、阐述原理31.心肌细胞电势差的产生机理32.测量心电图原理6四、理论分析61.电偶极子62.电偶极矩63.电偶极子的电势74.电偶层电势75.心电向量96.容积导电10五、定性分析心电图测量原理10六、收获与体会11七、建议与改进12八、参考文献:12一、题目心电图是检测和诊断心脏功能的重要仪器。当心脏跳动时，身体各部分的电势会发生变化，把金属电极贴在人体

2、有关部分的皮肤上测量电极间电势差的变化情况，就能诊断心脏跳动是否异常。电极间的电势差有数毫伏，利用记录仪或示波器可把电势差随时间的变化记录或显示出来。距离很小的正负电荷层称为电偶层，研究电偶层的电势，定性分析心电图的工作原理。二、问题分析通过题目阐述，我们知道心脏跳动是否异常可以由人体相关皮肤上的电势差的变化情况来反映。利用记录仪或示波器把这种电势差随时间的变化记录或者显示出来即可分析心脏跳动是否异常。本题重点是如何求得电势差。三、阐述原理1.心肌细胞电势差的产生机理心肌细胞在静息状态时，膜外排列阳离子带正电荷，膜内排列同等比例阴离子

3、带负电荷，保持平衡的极化状态，不产生电位变化。当细胞一端的细胞膜受到刺激，其通透性发生改变，使细胞内外正、负离子的分布发生逆转，受刺激部位的细胞膜出现除极化，使该处细胞膜外正电荷消失而其前面尚未除极的细胞膜外仍带正电荷，从而形成一对电偶（dipole）。电源（正电荷）在前，电穴（负电荷）在后，电流自电深流入电穴，并沿着一定的方向迅速扩展，直到整个心肌细胞除极完毕。此时心肌细胞膜内带正电荷，膜外带负电荷，称为除极（depolarization）状态。而后，由于细胞的代谢作用，使细胞膜又逐渐复原到极化状态，这种恢复过程称为复极（repol

4、arization）过程，复极与除极先后程序一致，但复极化的电偶是电穴在前，电源在后，并较缓慢向前推进，直至整个细胞全部复极为止。这个过程可以用下图来表示。2.测量心电图原理心脏机械收缩前，心肌先产生电激动．由于人体是个容积导体，心肌的这种电激动相对人体体表就等效为电矩大小和方向随心脏跳动周期性变化的电偶极子，医学上称为心电向量．心电向量的电场周期性地变化，使人体各处电势随之周期性地变化．测量和描记人体体表某两点问的电势差变化波形，就是心电图．由空同心电向量环可以看出，心脏在空间所建立的电场是随时间作周期性变化的。任一瞬时，在空问两点

5、(例如人体表面不同的两点左臂与右臂)的电势差或电压是确定且可测量的，显然，这一测量值是随时间周期变化的。因而当将两块金属电极贴在人体有关部分的皮肤上时，这两块金属电极即构成电偶层，电偶层外任一点电位的变化，描述着心肌细胞除极与复极的过程。将这些电位随时间的变化记录下来，即为心电图。四、理论分析1.电偶极子：两个相距较近的、带电量相等且异性的点电荷体系称为电偶极子。2.电偶极矩：数学定义：p=ql单位：库仑·米（C·m）[其中q为某一点电荷的带电量，l为两个点电荷之间间距、方向由负电荷指向正电荷]3.电偶极子的电势则a点的电势为：当a点

6、远离电偶极子时，即r>>L那么则上式表明：第一．电偶极子电场中的电势与电矩成正比；说明电矩是表征作为场源的电偶极子整体电性质的物理量，它决定着电偶极子电场的性质；第二．电偶极于电场中电势的分布与方位有关。以电偶极子轴线的中垂面为零势面而将整个电场分为正、负两个对称的区域，正电荷所在一侧为正电势区，负电荷所在一侧为负电势区4.电偶层电势所谓电偶层是指相距很近、互相平行且具有等值异号电荷密度的两个带电面，可以将电偶层看成许多平行排列的电偶极子的集合。人体中存在着电偶层构成的闭合曲面。心肌细胞就是这样，静息时，细胞内均匀带负电．外面均匀带正

7、电根据计算可知细胞内为非零等电势，细胞外电势为零。计算整个表面积为S的电偶极层在P点的电势：设元偶极子中心到P点的距离为r,选取迭定中心点为零电位点。当，因为r>>,由电偶极子在远场产生的电位知元偶极子在P点产生的电位元为其中可认为是对P点所张立体角元，所以整个电偶层在P点产生的电位为可见，不论电偶层形状如何，其外部任意一点的电位总是和层面对该点所张立体角成正比。至于电位的正负，则由与之间夹角而定，当待求点在正电荷外侧时，与夹锐角，电位为正，反之在负电层外侧电位为负。这样即可将电偶层层外电场的计算问题，简化成计算立体角问题。因而，求P

8、点电位的关键是求出层面对P点的立体角。立体角为电偶层各个面积元对P点所张的立体角的代数和。所以式中S为电极所在平面，为与的夹角。特殊地，若金属电极为无限大平面，则对平面外任一点所张的立体角的绝对值为。5.心电向量综合心电