Номер 2, страница 144 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. Минимальное значение магнитной индукции магнитного поля МРТ равен $0.1 \text{ Тл}$, максимальное значение магнитной индукции магнитного поля Земли $65 \text{ мкТл}$.

а) Во сколько раз магнитное поле МРТ больше магнитного поля Земли?

б) Выясните, как длительное действие сильного магнитного поля действует на организм человека?

а) Во сколько раз магнитное поле МРТ больше магнитного поля Земли?

Дано:

Минимальная магнитная индукция МРТ, $B_{МРТ} = 0,1$ Тл

Максимальная магнитная индукция поля Земли, $B_{Земли} = 65$ мкТл

$B_{МРТ} = 0,1 \text{ Тл}$
$B_{Земли} = 65 \text{ мкТл} = 65 \times 10^{-6} \text{ Тл} = 0,000065 \text{ Тл}$

Найти:

Отношение $\frac{B_{МРТ}}{B_{Земли}}$

Решение:

Чтобы определить, во сколько раз магнитное поле МРТ больше магнитного поля Земли, необходимо найти отношение их магнитных индукций. Для этого значения обеих индукций должны быть в одной и той же единице измерения — в данном случае, в Тесла (Тл), которая является единицей СИ.

Значение индукции поля МРТ уже дано в Тл: $B_{МРТ} = 0,1 \text{ Тл}$.

Значение индукции поля Земли дано в микротесла (мкТл). Переведем его в Тесла, зная, что приставка "микро" (мк) означает $10^{-6}$:

$B_{Земли} = 65 \text{ мкТл} = 65 \times 10^{-6} \text{ Тл}$.

Теперь вычислим искомое отношение:

$\frac{B_{МРТ}}{B_{Земли}} = \frac{0,1 \text{ Тл}}{65 \times 10^{-6} \text{ Тл}} = \frac{10^{-1}}{65 \times 10^{-6}} = \frac{10^{6-1}}{65} = \frac{10^5}{65} = \frac{100000}{65} \approx 1538,46$

Таким образом, минимальное значение индукции магнитного поля МРТ превосходит максимальное значение индукции магнитного поля Земли примерно в 1538 раз.

Ответ: Магнитное поле МРТ больше магнитного поля Земли примерно в 1538 раз.

б) Выясните, как длительное действие сильного магнитного поля действует на организм человека?

Длительное воздействие сильных статических (постоянных) магнитных полей, которые создаются, например, в аппаратах для магнитно-резонансной томографии (МРТ), является предметом пристального изучения. На сегодняшний день, на основе множества научных исследований, считается, что такие поля в диапазоне индукций, используемых в стандартной медицинской диагностике (обычно от 0,1 до 3 Тл), не оказывают доказанного долгосрочного вредного влияния на организм человека.

Все известные взаимодействия можно условно разделить на несколько групп:

1. Кратковременные эффекты при движении. Когда человек движется внутри сильного магнитного поля, в его теле (как в любом проводнике) могут наводиться очень слабые электрические токи. Это может вызывать временные ощущения, такие как головокружение, нарушение равновесия, тошнота, появление металлического привкуса во рту или зрительные ощущения (вспышки света, "магнитофосфены"). Эти эффекты полностью обратимы и исчезают, как только движение прекращается или человек покидает зону действия поля.

2. Силовое воздействие на ферромагнитные объекты. Это главный и наиболее опасный фактор риска. Магнитное поле с огромной силой притягивает предметы из ферромагнитных металлов (железо, сталь и др.) и может вызвать смещение или вращение металлических имплантатов (например, старых сосудистых клипс, кардиостимуляторов, несовместимых с МРТ, эндопротезов) или инородных тел (осколков металла) внутри организма. Это может привести к разрывам тканей и сосудов, то есть к тяжелейшим травмам. Именно по этой причине перед МРТ-сканированием пациентов тщательно проверяют на наличие противопоказаний.

3. Взаимодействие на клеточном и молекулярном уровне. Молекулы нашего тела, в первую очередь вода, являются диамагнетиками и слабо отталкиваются полем. Некоторые другие молекулы, например, дезоксигемоглобин (гемоглобин без кислорода), являются парамагнетиками и слабо притягиваются. Однако эти силы настолько ничтожны, что не способны вызвать каких-либо значимых физиологических или биохимических изменений в клетках и тканях. Исследования, проведенные на сотрудниках МРТ-кабинетов, которые подвергаются воздействию поля в течение многих лет, не выявили повышения риска каких-либо заболеваний, включая онкологические, по сравнению с остальным населением.

Авторитетные международные организации, включая Всемирную организацию здравоохранения (ВОЗ), приходят к выводу, что существующие данные не указывают на наличие долгосрочных рисков для здоровья от воздействия статических магнитных полей, используемых в медицине.

Ответ: Согласно современным научным данным, длительное воздействие сильных статических магнитных полей (как в МРТ) не вызывает доказанных необратимых или отложенных негативных последствий для здоровья человека. Основные риски связаны не с самим полем, а с наличием в теле ферромагнитных объектов и с возникновением временных сенсорных ощущений при движении в поле.