第八章科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象及詳解

第八章科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象及詳解,2,4,第一節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的作用,第二節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單,第三節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用步驟,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,返回,第一節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的作用,從跨進(jìn)校門，我們就開始了對數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等自然科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精力來學(xué)習(xí)和掌握各門知識。但是，對于如何在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)到的這些知識，卻是一片茫然。進(jìn)入社會以后，在學(xué)生時(shí)代所學(xué)的大量自然科學(xué)知識基本上都被封存起來了，很少再有機(jī)會來重新回顧這些知識，更談不上利用這些知識來解決那些看起來難以解決的技術(shù)問題。然而，在解決技術(shù)問題的過程中，這些科學(xué)原理，尤其是科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用，對于問題的求解往往具有不可估量的作用。一個(gè)普通的工程師通常知道大約100個(gè)效應(yīng)和現(xiàn)象，但是科學(xué)文獻(xiàn)中卻記錄了大約10000種效應(yīng)。,下一頁,返回,.,第一節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的作用,每種效應(yīng)都可能是求解某一類問題的關(guān)鍵由于在學(xué)校里學(xué)生們只學(xué)習(xí)到了效應(yīng)本身，而并沒有學(xué)過如何將這些效應(yīng)用到實(shí)際工作中。因此，當(dāng)他們從學(xué)校畢業(yè)以后，即使在運(yùn)用一些眾所周知的效應(yīng)時(shí)也會出現(xiàn)問題，更不用說那些很少聽說的效應(yīng)了。另一方面，作為科學(xué)原理和效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者，科學(xué)家們常常并不關(guān)心，也不知道該如何去應(yīng)用他們所發(fā)現(xiàn)的效應(yīng)。在對大量高水平專利的研究過程中，阿奇舒勒發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象:那些不同凡響的發(fā)明專利通常都是利用了某種科學(xué)效應(yīng)，或者是出人意料地將已知的效應(yīng)及其綜合，應(yīng)用到以前沒有使用過該效應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域中。例如，市場上出售的一次性壓電打火機(jī)，是利用了壓電陶瓷的壓電效應(yīng)制成的。,上一頁,下一頁,返回,.,第一節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的作用,只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，將壓力施加到壓電陶瓷上，壓電陶瓷就會產(chǎn)生高電壓，由此形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。為了幫助工程師利用科學(xué)原理和效應(yīng)來解決工程技術(shù)問題，阿奇舒勒和TRIZ理論的研究者共同開發(fā)了一個(gè)科學(xué)效應(yīng)數(shù)據(jù)庫。其目的就是為了將那些在工程技術(shù)領(lǐng)域中常常用到的功能和特性，與人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)原理和效應(yīng)所能夠提供的功能和特性對應(yīng)起來，以方便工程師進(jìn)行檢索。下面首先介紹TRIZ理論中，解決發(fā)明問題時(shí)經(jīng)常遇到的、需要實(shí)現(xiàn)的30種功能，以及實(shí)現(xiàn)這些功能時(shí)經(jīng)常用到的100個(gè)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，然后對這100個(gè)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)解釋，以便于讀者進(jìn)行查閱和應(yīng)用。,上一頁,返回,.,第二節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單,到目前為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的科學(xué)原理和效應(yīng)在數(shù)量上是非常驚人的。如何將這些寶貴的知識組織起來，便于工程技術(shù)人員進(jìn)行檢索和使用呢?通過對全世界250萬份高水平發(fā)明專利的研究，TRIZ將高難度的問題和所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了歸納總結(jié)，常見的共有30個(gè)功能，并賦予每個(gè)功能以相對應(yīng)的一個(gè)代碼，功能代碼詳見表8-1。有了功能代碼，可根據(jù)代碼來查找TRIZ所推薦的此代碼下的各種可用科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單詳見表8-1。,返回,.,第三節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用步驟,當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)新的技術(shù)系統(tǒng)時(shí)，為了將兩個(gè)技術(shù)過程連接在一起，就需要找到一個(gè)紐帶。雖然我們清楚地知道這個(gè)紐帶應(yīng)該具備什么樣的功能，卻不知道這個(gè)紐帶到底應(yīng)該是什么。此時(shí)，我們就可以到科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單中，利用紐帶所應(yīng)該具備的功能來查找相應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)。當(dāng)對現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，往往會希望將那些不能滿足要求的組件替換掉。此時(shí)，由于該組件的功能是明確的，所以我們可以將該組件所承擔(dān)的功能作為目標(biāo)，到科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單中查找相應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)。表8-1列出了可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的30種功能及其對應(yīng)的100個(gè)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象(其詳細(xì)解釋見本章第四節(jié))，我們可以利用此表解決技術(shù)創(chuàng)新中遇到的問題。應(yīng)用科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象解決問題時(shí)，一般有如下6個(gè)步驟:,下一頁,返回,.,第三節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用步驟,(1)首先根據(jù)實(shí)際情況對問題進(jìn)行分析，確定解決此問題所要實(shí)現(xiàn)的功能。(2)根據(jù)功能從科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單表中確定與此功能相對應(yīng)的功能代碼，此代碼應(yīng)是F1F30中的一個(gè)。(3)從科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象清單表中查找此功能代碼下TRIZ所推薦的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，獲得相應(yīng)的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的名稱。(4)篩選所推薦的每個(gè)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象，優(yōu)選適合解決本問題的科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象。(5)查找優(yōu)選出來的每個(gè)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的詳細(xì)解釋，應(yīng)用于該問題的解決，并驗(yàn)證方案的可行性;如果問題沒能得到解決或功能無法實(shí)現(xiàn)，重新分析問題或查找合適的效應(yīng)。(6)形成最終的解決方案,上一頁,下一頁,返回,.,第三節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用步驟,例如，電燈泡廠的廠長將廠里的工程師召集起來開會，他讓這些工程師們看一疊來自顧客的批評信，顯然顧客對燈泡質(zhì)量非常不滿意。(1)問題分析:工程師們覺得燈泡里的壓力有些問題。壓力有時(shí)比正常的高，有時(shí)比正常的低。(2)確定功能:準(zhǔn)確測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。(3)TRIZ推薦的可以測量壓力的物理效應(yīng)和現(xiàn)象:機(jī)械振動(dòng)、壓電效應(yīng)、駐極體、電暈放電、及韋森堡效應(yīng)等。(4)效應(yīng)取舍:經(jīng)過對以上效應(yīng)逐一分析，只有“電暈”的出現(xiàn)依賴于氣體成分和導(dǎo)體周圍的氣壓，所以電暈放電適合測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。,上一頁,下一頁,返回,.,第三節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象的應(yīng)用步驟,(5)方案驗(yàn)證:如果在燈泡燈口上加上額定高電壓，氣體達(dá)到額定壓力就會產(chǎn)生電暈放電。(6)最終解決方案:用電暈放電效應(yīng)測量燈泡內(nèi)部氣體的壓力。應(yīng)用科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象解決技術(shù)問題是再簡單不過的事情了，這就像我們到超市買東西一樣，選擇好要買東西的種類，衡量一下幾種同類產(chǎn)品的性價(jià)比，我們就可以做出決定了。其實(shí)TRIZ提供的所有工具都一樣，只要我們有“解決問題”的欲望，任何“方案”都會很簡單地就屬于自己了。,上一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,一、X射線X射線是波長介于紫外線和，射線間的電磁輻射，由德國物理學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，故又稱倫琴射線。波長小于0.1埃(1埃=10-10m)的稱為超硬X射線，在0.11埃范圍內(nèi)的稱硬X射線，110埃范圍內(nèi)的稱軟X射線。X射線的特征是波長非常短，頻率很高，它是不帶電的粒子流，因此能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象。X射線具有很強(qiáng)的穿透力，醫(yī)學(xué)上X射線常用做透視檢查，工業(yè)中用來探傷。長期受X射線輻射對人體有傷害。X射線可激發(fā)熒光、使氣體電離、使感光乳膠感光，故X射線可用做電離計(jì)、閃爍計(jì)數(shù)器和感光乳膠片檢測等。晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)對X射線可產(chǎn)生顯著的衍射作用，X射線衍射法已成為研究晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)和各種缺陷的重要手段。,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,二、安培力安培力是電流在磁場中受到的磁場的作用力，其本質(zhì)是在洛倫茲力的作用下，導(dǎo)體中作定向運(yùn)動(dòng)的電子與金屬導(dǎo)體中晶格上的正離子不斷地碰撞，把動(dòng)量傳給導(dǎo)體，因而使載流導(dǎo)體在磁場中受到磁力的作用。電流為I、長為L的直導(dǎo)線，在勻強(qiáng)磁場B中受到的安培力大小為:F=BILsin其中為電流方向與磁場方向間的夾角。安培力的方向由左手定則判定:伸出左手，四指指向電流方向，讓磁力線穿過手心，大拇指的方向就是安培力的方向。對于任意形狀的電流受非勻強(qiáng)磁場的作用力，可把電流分解為許多段電流元IL，則每段電流元處的磁場B可看成勻強(qiáng)磁場，電流元所受的安培力為:,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,F=ILBsin把這些安培力加起來就是整個(gè)電流受的力。應(yīng)該注意，當(dāng)電流方向與磁場方向相同或相反時(shí)，即=0或180時(shí)，電流不受磁場力的作用。當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流受的安培力最大:F=BIL三、巴克豪森效應(yīng)1919年，巴克豪森發(fā)現(xiàn)鐵的磁化過程的不連續(xù)性，鐵磁性物質(zhì)在外場中磁化實(shí)質(zhì)上是它的磁疇存在逐漸變化的過程，與外場同向的磁疇不斷增大，不同向的磁疇逐漸減小。在磁化曲線最陡區(qū)域，磁疇的移動(dòng)會出現(xiàn)躍變，尤其硬磁材料更是如此。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,當(dāng)鐵受到逐漸增強(qiáng)的磁場作用時(shí)，它的磁化強(qiáng)度不是平衡地而是以微小跳躍的方式增大的。發(fā)生跳躍時(shí)，有噪聲伴隨著出現(xiàn)。如果通過擴(kuò)音器把它們放大，就會聽到一連串的“咔嗒”聲，這就是“巴克豪森效應(yīng)”。后來，當(dāng)人們認(rèn)識到鐵是由一系列小區(qū)域組成，而在每個(gè)小區(qū)域內(nèi)，所有的微小原子磁體都是同向排列的，巴克豪森效應(yīng)才最后得到合理的解釋。每個(gè)獨(dú)立的小區(qū)域，都是一個(gè)很強(qiáng)的磁體，但由于各個(gè)磁疇的磁性彼此抵消，所以普通的鐵顯示不出磁性。但是當(dāng)這些磁疇受到一個(gè)強(qiáng)磁場作用時(shí)，它們才會同向排列起來，于是鐵便成為磁體。在同向排列的過程中，相鄰的兩個(gè)磁疇彼此摩擦并發(fā)生振動(dòng)，噪聲就是這樣產(chǎn)生的。只有所謂的“鐵磁物質(zhì)”具有這種磁疇結(jié)構(gòu)，也就是說，這些物質(zhì)具有形成強(qiáng)磁體的能力，其中以鐵表現(xiàn)得最為顯著。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,如一個(gè)鐵磁棒在一個(gè)線圈里，當(dāng)線圈電流增大時(shí)，線圈磁場增大，此時(shí)鐵中的磁力線會猛增，然后趨向于飽和，這種現(xiàn)象也稱為巴克豪森效應(yīng)。四、包辛格效應(yīng)包辛格效應(yīng)是塑性力學(xué)中的一個(gè)效應(yīng)，是指原先經(jīng)過變形，然后在反向加載時(shí)，彈性極限或屈服強(qiáng)度降低的現(xiàn)象，特別是彈性極限在反向加載時(shí)幾乎下降到零，這說明在反向加載時(shí)塑性變形立即開始了。此效應(yīng)是德國的包辛格于1886年發(fā)現(xiàn)的，故稱為包辛格效應(yīng)。由于在金屬單晶體材料中不出現(xiàn)包辛格效應(yīng)，所以一般認(rèn)為，它是由多晶體材料晶界間的殘余應(yīng)力引起的。包辛格效應(yīng)使材料具有各向異性性質(zhì)。若一個(gè)方向屈服極限提高的值和相反方向降低的值相等，則稱為理想包辛格效應(yīng)。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,有反向塑性變形的問題須考慮包辛格效應(yīng)，而其他問題，為了簡化常忽略這一效應(yīng)。包辛格效應(yīng)在理論上和實(shí)際上都有其重要意義。在理論上由于它是金屬變形時(shí)長程內(nèi)應(yīng)力的度量，包辛格效應(yīng)可用來研究材料加工硬化的機(jī)制。在工程應(yīng)用上，首先是材料加工成型工藝需要考慮包辛格效應(yīng);其次，包辛格效應(yīng)大的材料，內(nèi)應(yīng)力較大。五、爆炸爆炸是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能不斷地自我加速而在瞬間完成，并伴隨有光的發(fā)射，系統(tǒng)溫度瞬時(shí)達(dá)到極大值和氣體的壓力急劇變化，以致形成沖擊波等現(xiàn)象。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,由于急劇的化學(xué)反應(yīng)被限制在一定的環(huán)境內(nèi)導(dǎo)致氣體劇烈膨脹，這能使密閉環(huán)境的外壁損壞甚至破裂、粉碎，造成爆炸的效果。爆炸可通過化學(xué)反應(yīng)、放電、激光束效應(yīng)、核反應(yīng)等方法獲得。爆炸力學(xué)主要研究爆炸的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，以及對爆炸的力學(xué)效應(yīng)的利用和防護(hù)。它從力學(xué)角度研究化學(xué)爆炸、核爆炸、電爆炸、粒子束爆炸、高速碰撞等能量突然釋放或急劇轉(zhuǎn)化的過程，以及由此產(chǎn)生的強(qiáng)沖擊波、高速流動(dòng)、大變形和破壞、拋擲等效應(yīng)。自然界的雷電、地震、火山爆發(fā)、隕石碰撞、星體爆發(fā)等現(xiàn)象也可用爆炸力學(xué)方法來研究。爆炸力學(xué)是流體力學(xué)、固體力學(xué)和物理學(xué)、化學(xué)之間的一門交叉學(xué)科，在武器研制、礦藏開發(fā)、機(jī)械加工、安全生產(chǎn)等方面有著廣泛的應(yīng)用。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,六、標(biāo)記物在材料中引入標(biāo)記物，可以簡化混合物中包含成分的辨別工作，而且使有標(biāo)記物的運(yùn)動(dòng)和過程的追蹤更加容易?？勺鳛闃?biāo)記物的物質(zhì)有:鐵磁物質(zhì)、普通的和發(fā)光的油漆、有強(qiáng)烈氣味的物質(zhì)等。七、表面物體的表面:用面積和狀態(tài)來描述物體外表的性質(zhì)和特性。表面狀態(tài)確定了物體的大量特性和與其他物體交互作用時(shí)所呈現(xiàn)的本性。八、表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很小(在1mm以下)，用肉眼是難以看到的，因此它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度反映零件表面的光滑程度，表面粗糙度越小，則表面越光滑。表面粗糙度是衡量零件表面加工精度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，零件表面粗糙度的高低將影響到兩配合零件接觸表面的摩擦、運(yùn)動(dòng)面的磨損、貼合面的密封、配合面的工作精度、旋轉(zhuǎn)件的疲勞強(qiáng)度、零件的美觀等，甚至對零件表面的抗腐蝕性都有影響。最常見的表面粗糙度參數(shù)是“輪廓算術(shù)平均偏差”，記作Ra。九、波的干涉由兩個(gè)或兩個(gè)以上的波源發(fā)出的具有相同頻率，相同振動(dòng)方向和恒定的相位差的波在空間疊加時(shí)，在疊加區(qū)的不同地方振動(dòng)加強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象，稱為“波的干涉”。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,符合上列條件的波源稱為“相干波源”，它們發(fā)出的波稱為“相干波”。這是波的疊加中最簡單的情況。兩相干波疊加后，在疊加區(qū)內(nèi)每一個(gè)位置有確定的振幅。在有的位置上，振幅等于兩波分別引起的振動(dòng)的振幅之和，這些位置的合振動(dòng)最強(qiáng)，稱為“相長干涉”;而有些位置的振幅等于兩波分別引起的振動(dòng)的振幅之差，這些位置上的合振動(dòng)最弱，稱為“相消干涉”。它是波的一個(gè)重要特性。在日常生活中最常見的是水波的干涉，利用電磁波的干涉，可作定向發(fā)射天線;利用光的干涉，可精確地進(jìn)行長度測量等。十、伯努利定律丹尼爾伯努利于1726年首先提出了“伯努利定律”。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,這是在流體力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)理論方程建立之前，水力學(xué)所采用的基本原理，其實(shí)質(zhì)是理想液體做穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)能量守恒。在密封管道內(nèi)流動(dòng)的理想液體具有壓力能、動(dòng)能和勢能三種能量，它們可以互相轉(zhuǎn)變，并且管道內(nèi)的任一處液體的這三種能量總和是一定的，即“動(dòng)能+勢能+壓力能=常數(shù)”。其最為著名的推論為:等高流動(dòng)時(shí)，流速大，壓力就小由以上定律得出伯努利方程為:式中P1/r壓力能;V2/(2g)動(dòng)能;h勢能。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,又流速公式為:V=Q/A式中V流速;U流量;A截面積當(dāng)流體的速度加快時(shí)，物體與流體接觸的接口上的壓力減小;反之，壓力會增加。十一、超導(dǎo)熱開關(guān)超導(dǎo)熱開關(guān)是一個(gè)用于低溫(接近0K)下的裝置，用于斷開被冷卻物體和冷源之間的連接。當(dāng)工作溫度遠(yuǎn)低于臨界溫度的時(shí)候，此裝置充分發(fā)揮了超導(dǎo)體從常態(tài)到超導(dǎo)狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程中熱導(dǎo)電率顯著減少的特性(高達(dá)10000倍)。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,熱開關(guān)由一條連接樣本和冷卻器的細(xì)導(dǎo)線或擔(dān)絲組成(參見居里效應(yīng))。當(dāng)電流通過纏繞線螺線管時(shí)會產(chǎn)生磁場，使超導(dǎo)性停止，讓熱量通過導(dǎo)線，就相當(dāng)于開關(guān)處于“打開”;當(dāng)移開磁場的時(shí)候，超導(dǎo)性就得到恢復(fù)，電線的熱阻快速增加，換句話說，相當(dāng)于開關(guān)處于“關(guān)閉”。十二、超導(dǎo)性超導(dǎo)性是指在溫度和磁場都小于一定數(shù)值的條件下，許多導(dǎo)電材料的電阻和體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度都突然變?yōu)榱愕男再|(zhì)。具有超導(dǎo)性的材料稱為超導(dǎo)體。許多金屬(如鋼、錫、鋁、鉛、擔(dān)、妮等)、合金(如妮錯(cuò)合金、妮欽合金)和化合物(如Nb3Sn妮錫超導(dǎo)材料、Nb3Al等)都可成為超導(dǎo)體。從正常態(tài)過渡到超導(dǎo)態(tài)的溫度稱為該超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度(或臨界溫度Te)。現(xiàn)有材料僅在很低的溫度環(huán)境下才具有超導(dǎo)性。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,當(dāng)磁場達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，超導(dǎo)性被破壞，這個(gè)磁場極限值稱為臨界磁場。目前發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體有兩類:第一類只有一個(gè)臨界磁場(如電汞、純鉛等);第二類有下臨界磁場He1和上臨界磁場He2。當(dāng)外磁場達(dá)到He1時(shí)，第二類超導(dǎo)體內(nèi)出現(xiàn)正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)相互混合的狀態(tài);只有磁場增大到He2時(shí)，其體內(nèi)的混合狀態(tài)消失而轉(zhuǎn)化為正常導(dǎo)體。超導(dǎo)體已逐步應(yīng)用于加感器、發(fā)電機(jī)、電纜、儲能器和交通運(yùn)輸設(shè)備等方面。十三、磁場在永磁體或電流周圍所發(fā)生的力場，即凡是磁力所能達(dá)到的空間，或磁力作用的范圍，叫做磁場;所以嚴(yán)格說來，磁場是沒有一定界限的，只有強(qiáng)弱之分。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,與任何力場一樣，磁場是能量的一種形式，它將一個(gè)物體的作用傳遞給另一物體。磁場的存在表現(xiàn)在它的各個(gè)不同的作用中，最容易觀察的是對場內(nèi)所放置磁針的作用，力作用于磁針，使該針向一定方向旋轉(zhuǎn)。自由旋轉(zhuǎn)磁針在某一地方所處的方位表示磁場在該處的方向，即每一點(diǎn)的磁場方向都是朝著磁針的北極端所指的方向。如果我們想象有許許多多的小磁針，則這些小磁針將沿磁力線而排列，所謂的磁力線是在每一點(diǎn)上的方向都與此點(diǎn)的磁場方向相同。磁力線始于北極而終于南極，磁力線在磁極附近較密，故磁極附近的磁場最強(qiáng)。磁場的第二個(gè)作用便是對運(yùn)動(dòng)中的電荷產(chǎn)生力，此力恒與電荷的運(yùn)動(dòng)方向相垂直，與電荷的電量成正比。磁場強(qiáng)度:表示磁場強(qiáng)弱和方向的矢量。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,由于磁場是電流或運(yùn)動(dòng)電荷引起的，而磁介質(zhì)在磁場中發(fā)生的磁化對磁場也有影響。磁力線:描述磁場分布情況的曲線。這些曲線上各點(diǎn)的一切線方向，就是該點(diǎn)的磁場方向。曲線越密的地方表示磁場越強(qiáng)，曲線越稀的地方表示磁場越弱。磁力線永遠(yuǎn)是閉合的曲線，永磁體的磁力線，可以認(rèn)為是由N極開始，終止于S極。實(shí)際上永磁體的磁性起源于電子和原子核的運(yùn)動(dòng)，與電流的磁場沒有本質(zhì)上的區(qū)別，磁極只是一個(gè)抽象的概念，在考慮到永磁體內(nèi)部的磁場時(shí)，磁力線仍然是閉合的。十四、磁彈性,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,磁彈性效應(yīng)是指當(dāng)彈性應(yīng)力作用于鐵磁材料時(shí)，鐵磁體不但會產(chǎn)生彈性應(yīng)變，還會產(chǎn)生磁致伸縮性質(zhì)的應(yīng)變，從而引起磁疇壁的位移，改變其自發(fā)磁化的方向。十五、磁力磁力是指磁場對電流、運(yùn)動(dòng)電荷和磁體的作用力。磁力是靠電磁場來傳播的，電磁場的速度是光速，因此磁力作用的速度也是光速。電流在磁場中所受的力由安培定律確定。運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中所受的力就是洛倫茲力。但實(shí)際上磁體的磁性由分子電流所引起，所以磁極所受的磁力歸根結(jié)底仍然是磁場對電流的作用力。這是磁力作用的本質(zhì)。十六、磁性材料,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,磁性材料主要是指由過渡元素鐵、鉆、鎳及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的材料。從材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上講，磁性材料分為“金屬及合金磁性材料”和“鐵氧體磁性材料”兩大類，鐵氧體磁性材料又分為多晶結(jié)構(gòu)和單晶結(jié)構(gòu)材料。從應(yīng)用功能上講，磁性材料分為軟磁材料、永磁材料、磁記錄一矩磁材料、旋磁材料等。軟磁材料、永磁材料、磁記錄一矩磁材料中既有金屬材料又有鐵氧體材料，而旋磁材料和高頻軟磁材料就只能是鐵氧體材料。因?yàn)榻饘僭诟哳l和微波頻率下將產(chǎn)生巨大的渦流效應(yīng)，導(dǎo)致金屬磁性材料無法使用，而鐵氧體的電阻率非常高，能有效地克服這一問題而得到廣泛應(yīng)用。從形態(tài)上講，磁性材料包括粉體材料、液體材料、塊體材料、薄膜材料等。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,磁性材料現(xiàn)在主要分兩大類:軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易丟失磁性的材料稱為軟磁性材料，不容易丟失磁性的材料稱為硬磁性材料。軟磁性材料包括硅鋼片和軟磁鐵芯，硬磁性材料包括鋁鎳鉆、衫鉆、鐵氧體和鉸鐵硼。其中，最貴的是衫鉆磁鋼，最便宜的是鐵氧體磁鋼，性能最好的是鉸鐵硼磁鋼，但是性能最穩(wěn)定、溫度系數(shù)最好的是鋁鎳鉆磁鋼，用戶可以根據(jù)不同的需求選擇不同的硬磁材料。磁性材料的應(yīng)用很廣，可用于電聲、電信、電表、電機(jī)中，還可作記憶元件、微波元件等。如記錄語言、音樂、圖像信息的磁帶;計(jì)算機(jī)的磁性存儲設(shè)備;乘客乘車的憑證和票價(jià)結(jié)算的磁性卡等。十七、磁性液體,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,磁性液體又稱磁流體、鐵磁流體或磁液，是由強(qiáng)磁性粒子、基液以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀溶液。該流體在靜態(tài)時(shí)無磁性吸引力，當(dāng)外加磁場作用時(shí)，才表現(xiàn)出磁性。它既具有液體的流動(dòng)性又具有固體磁性材料的磁性。為了使磁流體具有足夠的電導(dǎo)率，需在高溫和高速下，加上鉀、艷等堿金屬和加入微量堿金屬的惰性氣體(如氦、氫等)作為工質(zhì)，以利用非平衡電離原理來提高電離度。磁性液體在電子、儀表、機(jī)械、化工、環(huán)境、醫(yī)療等行業(yè)都具有獨(dú)特而廣泛的應(yīng)用。根據(jù)用途不同，可以選用不同基液的產(chǎn)品。十八、單向系統(tǒng)分離,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,單向系統(tǒng)的分離是建立在混合物中各成分的物理一化學(xué)特性不同的基礎(chǔ)上，例如尺寸、電荷、分子、活性、揮發(fā)性等。分離可通過熱場作用(蒸餾、精餾、升華、結(jié)晶、區(qū)域熔化)來獲得，也可通過電場作用(電滲、電泳)來獲得，或通過與物質(zhì)一起的多相系統(tǒng)的生成來促進(jìn)分離，比如溶劑、吸附劑和其他的分離法(抽出、分離、色譜法、使用半透膜和分子篩的分離法)。十九、彈性波彈性波:彈性介質(zhì)中物質(zhì)粒子間有彈性相互作用，當(dāng)某處物質(zhì)粒子離開平衡位置，即發(fā)生應(yīng)變時(shí)，該粒子在彈性力的作用下發(fā)生振動(dòng)，同時(shí)又引起周圍粒子的應(yīng)變和振動(dòng)，這樣形成的振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程稱為“彈性波”。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,在液體和氣體內(nèi)部只能由壓縮和膨脹而引起應(yīng)力，所以液體和氣體只能傳遞縱波。而固體內(nèi)部能產(chǎn)生切應(yīng)力，所以固體既能傳遞橫波也能傳遞縱波?？v波:也稱“疏密波”。振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波稱為“縱波”?？v波的傳播過程是沿著波前進(jìn)的方向出現(xiàn)疏、密不同的部分。實(shí)質(zhì)上，縱波的傳播是由于媒質(zhì)中各體元發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使體元恢復(fù)原狀的縱向彈性力而實(shí)現(xiàn)的。因此縱波只能在拉伸壓縮的彈性的媒質(zhì)中傳播，一般的固體、液體、氣體都具有拉伸和壓縮彈性，所以它們都能傳遞縱波。聲波在空氣中傳播時(shí)，由于空氣微粒的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致，所以也是縱波。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,橫波:質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直，這樣的波稱為“橫波”。橫波在傳播過程中，凡是傳播到的地方，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都在自己的平衡位置附近振動(dòng)。由于波以有限的速度向前傳播，所以后開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)比先開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在步調(diào)上要落后一段時(shí)間，即存在一個(gè)相位差。橫波的傳播，在外表上形成一種“波浪起伏”的現(xiàn)象，即形成波峰和波谷，傳播的只是振動(dòng)狀態(tài)，媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)并不隨波前進(jìn)。實(shí)質(zhì)上，橫波的傳播是由于媒質(zhì)內(nèi)部發(fā)生剪切變形(即是媒質(zhì)各層之間發(fā)生平行于這些層的相對移動(dòng))并產(chǎn)生使體元恢復(fù)原狀的剪切彈性力而實(shí)現(xiàn)的。否則一個(gè)體元的振動(dòng)，不會牽動(dòng)附近體元也動(dòng)起來，離開平衡位置的體元，也不會在彈性力的作用下回到平衡位置。固體有切變彈性，所以在固體中能傳播橫波，液體和氣體沒有切變彈性，因此只能傳播縱波，而不能傳播橫波。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,液體表面形成的水波是由于重力和表面張力作用而產(chǎn)生的，表面每個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向又不與波的傳播方向保持垂直，嚴(yán)格地說，在水表面的水波并不屬于橫波的范疇，因?yàn)樗ㄅc地震波都是既有橫波又有縱波的復(fù)雜類型的機(jī)械波。為簡便起見，有的書中仍將水波列為橫波。聲音:即“律音”，具有單一基頻的聲音。純律音(或純音)具有近似于單一的諧振波形。這種律音可由音叉產(chǎn)生，樂器則產(chǎn)生復(fù)雜的律音，它可以分解成一個(gè)基頻以及一些較高頻率的泛音。次聲波:又稱亞聲波，是低于20Hz，不能引起人的聽覺的聲波。它傳播的速度和聲波相同。在很多大自然的變化中，如地震、臺風(fēng)、海嘯、火山爆發(fā)等過程都會有次聲波發(fā)生人為的次聲波也在核爆炸、噴氣式飛機(jī)飛行以及行駛的車船、壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,凡暈車、暈船，也都是受車、船運(yùn)行時(shí)次聲波的影響。利用次聲波亦可監(jiān)視和檢測大氣的變化。超聲波:聲波頻率高于20000Hz，超過一般正常人聽覺所能接收到的頻率上限，不能引起耳感的聲波。其頻率通常在2x1045x108Hz，范圍內(nèi)。它具有與聲波一樣的傳播速度，因?yàn)槌暡ǖ念l率高，波長短，所以它具有很多特性。由于它在液體和固體中的衰減比在空氣中衰減小，因而穿透力大;超聲波的定向性強(qiáng)，一般聲波的波長大，在其傳播過程中，極易發(fā)生衍射現(xiàn)象，而超聲波的波長很短，就不易發(fā)生衍射現(xiàn)象，會像光波一樣沿直線傳播;當(dāng)超聲波遇到雜質(zhì)時(shí)會發(fā)生反射，若遇到界面時(shí)則將產(chǎn)生拆射現(xiàn)象;超聲波的功率很大，能量容易集中，對物質(zhì)能產(chǎn)生強(qiáng)大作用。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,可用來焊接、切削、鉆孔、清洗機(jī)件等;在工業(yè)上被用來探傷、測厚、測定彈性模量等無損檢測，以及研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)等;在醫(yī)學(xué)上可用做臨床探測，如用“B超”測肝、膽、脾、腎等病癥，或用來殺菌、治療、診斷等;在航海、漁業(yè)方面，可用來導(dǎo)航、探測魚群、測量海深等，超聲波在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。波的反射:波由一種媒質(zhì)達(dá)到與另一種媒質(zhì)的分界面時(shí)，返回原媒質(zhì)的現(xiàn)象。例如聲波遇障礙物時(shí)的反射，它遵從反射定律。在同類媒質(zhì)中由于媒質(zhì)不均勻也會使波返回到原來密度的介質(zhì)中，即產(chǎn)生反射。波的拆射:波在傳播過程中，由一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生偏拆的現(xiàn)象，稱為波的拆射。在同類媒質(zhì)中，由于媒質(zhì)本身不均勻，也會使波的傳播方向改變。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,此種現(xiàn)象也稱波的折射，它同樣遵循波的折射定律。二十、彈性形變固體受外力作用而使各點(diǎn)間相對位置發(fā)生改變，若外力撤銷后物體能恢復(fù)原狀，則這樣的形變叫做彈性形變，如彈簧的形變等。當(dāng)外力撤銷后，物體不能恢復(fù)原狀，則稱這樣的形變?yōu)樗苄涡巫?。因物體受力情況不同，在彈性限度內(nèi)，彈性形變有4中基本類型:拉伸、壓縮形變、切變、彎曲形變和扭轉(zhuǎn)形變。彈性形變是指外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來了解它的物理本質(zhì)。二十一、低摩阻,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,研究人員發(fā)現(xiàn)，在高度真空狀態(tài)及暴露在高能量粒子發(fā)射的環(huán)境下，摩擦力會下降并趨近于零。這種摩擦力趨近于零的性質(zhì)稱為低摩阻。當(dāng)關(guān)掉發(fā)射時(shí)，摩擦力會逐漸地增加。當(dāng)發(fā)射再一次被打開的時(shí)候，摩擦力又消失了。這個(gè)現(xiàn)象一直困擾著科學(xué)家們，直至找到一種合理解釋。這個(gè)解釋是:放射能量引起了固體表面的分子更自由地運(yùn)動(dòng)，從而減少了摩擦力。此解釋引起了另一個(gè)既不需要放射也不需要真空而減少摩擦力的方案，這就是研究如何改變物體表面的成分以減少摩擦力。二十二、電場電場是存在于電荷周圍能傳遞電荷與電荷之間相互作用的物理場。在電荷周圍總有電場存在;同時(shí)電場對場中其他電荷發(fā)生力的作用。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,靜止電荷在其周圍空間的電場，稱為靜電場;隨時(shí)間變化的磁場在其周圍空間激發(fā)的電場稱為有旋電場(也稱感應(yīng)電場或渦旋電場)。靜電場是有源無旋場，電荷是場源;有旋電場是無源有旋場。普通意義的電場則是靜電場和有旋電場之和。變化的磁場引起電場，所以運(yùn)動(dòng)電荷或電流之間的作用要通過電磁場來傳遞。電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質(zhì)。電場這種物質(zhì)與通常的物質(zhì)不同，它不是由分子、原子所組成，但它是客觀存在的。電場具有通常物質(zhì)所具有的動(dòng)力和能量等客觀屬性。電場力的性質(zhì)表現(xiàn)為電場對放入其中的電荷有作用力，這種力稱為電場力。電場的能的性質(zhì)表現(xiàn)為:當(dāng)電荷在電場中移動(dòng)時(shí)，電場力對電荷做功(這說明電場具有能量)。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,電場是一個(gè)矢量場，其方向?yàn)檎姾傻氖芰Ψ较颉ｋ妶龅牧Φ男再|(zhì)用電場強(qiáng)度來描述。二十三、電磁場電磁場是有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場和磁場的統(tǒng)一體的總稱。任何隨時(shí)間而變化的電場，都要在鄰近空間激發(fā)磁場，因而變化的電場總是和磁場的存在相聯(lián)系。當(dāng)電荷發(fā)生加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，在其周圍除了磁場之外，還有隨時(shí)間而變化的電場。一般來說，隨時(shí)間變化的電場也是時(shí)間的函數(shù)，因而它所激發(fā)的磁場也隨時(shí)間變化。故充滿變化電場的空間，同時(shí)也充滿變化的磁場。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,二者互為因果，形成電磁場。這說明，電場與磁場并不是兩個(gè)可分離的實(shí)體，而是由它們形成了一個(gè)統(tǒng)一的物理實(shí)體。所以電與磁的交互作用不能說是分開的過程，僅能說是電磁交互作用的兩種形態(tài)。在電場和磁場之間存在著最緊密的聯(lián)系，不僅磁場的任何變化伴隨著電場的出現(xiàn)，而且電場的任何變化也伴隨著磁場的出現(xiàn)。所以在電磁場內(nèi)，電場可以不因?yàn)殡姾啥嬖?，而由于磁場的變化而產(chǎn)生，磁場也可以不是由于電流的存在而存在，而是由于電場變化所產(chǎn)生。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動(dòng)量，是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場的性質(zhì)、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定二十四、電磁感應(yīng),上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,電磁感應(yīng)是指因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象。閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流、1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng)，提出了磁能否產(chǎn)生電，磁能否對電產(chǎn)生作用的問題。1822年阿喇戈和洪堡在測量地磁強(qiáng)度時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)金屬對附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年，阿喇戈根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象做了銅盤實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤會帶動(dòng)上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn)，但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步，稍滯后。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但由于沒有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流，因此當(dāng)時(shí)未能予以說明。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,1831年8月，法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個(gè)線圈，其一為閉合回路，在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針，另一個(gè)線圈與電池組相連，接開關(guān)，形成有電源的閉合回路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合上開關(guān)，磁針偏轉(zhuǎn);一切斷開關(guān)，磁針反向偏轉(zhuǎn)，這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識到，這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)，把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為五類:變化的電流、變化的磁場、運(yùn)動(dòng)的恒定電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵、在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體，并把這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。隨后法拉第發(fā)現(xiàn)，在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比，他由此認(rèn)識到，感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢產(chǎn)生的，即使沒有回路、沒有感應(yīng)電流，感應(yīng)電動(dòng)勢依然存在。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,后來，法拉第給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同，把感應(yīng)電動(dòng)勢分為動(dòng)生電動(dòng)勢和感生電動(dòng)勢兩種，前者起源于洛倫茲力，后者起源于變化磁場產(chǎn)生的有旋電場。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。它不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為人類獲取巨大而廉價(jià)的電能開辟了道路，具有重大的實(shí)用意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。二十五、電弧,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,電弧是一種氣體放電現(xiàn)象，即在電壓的作用下，電流以電擊穿產(chǎn)生等離子體的方式，通過空氣等絕緣介質(zhì)所產(chǎn)生的瞬間火花?；」夥烹?產(chǎn)生高溫的氣體放電現(xiàn)象，它能發(fā)射出耀眼的白光。通常是在常壓下發(fā)生，并不需要很高的電壓，而有很強(qiáng)的電流。例如把兩根炭棒或金屬棒接于電壓為數(shù)十伏的電路上，先使兩棒的頂端相互接觸，通過強(qiáng)大的電流，然后使兩棒分開保持不大的距離，這時(shí)電流仍能通過空隙，而使兩端間維持弧形白光，稱之為“電弧”。維持電弧中強(qiáng)大電流所需的大量離子，主要是由電極上蒸發(fā)出來的。電弧可作為強(qiáng)光源(如弧光燈)、紫外線源(太陽燈)或強(qiáng)熱源(電弧爐、電焊機(jī)等)。在高壓開關(guān)電器中，由于觸頭分開而引起電弧，有燒毀觸頭的危險(xiǎn)，必須采取措施，使之迅速熄滅。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,在加速器的離子源中，也有用弧光放電。這種弧光放電機(jī)制是:電子從加熱到白熾的陰極發(fā)射出來，在起弧電源的電場加速下，獲得一定能量后與氣體原子碰撞，產(chǎn)生激發(fā)與電離而引起的放電，也稱為“弧放電”。二十六、電介質(zhì)電工中一般認(rèn)為電阻率超過0.1m的物質(zhì)便屬于電介質(zhì)。電介質(zhì)的帶電粒子被原子、分子的內(nèi)力或分力間的力緊密束縛著，因此，這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動(dòng)，產(chǎn)生極化。在靜電場中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在磁場，這是電介質(zhì)與導(dǎo)體的基本區(qū)別。電介質(zhì)包括氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)等范圍廣泛的物質(zhì)。固態(tài)物質(zhì)包括晶態(tài)電介質(zhì)和非晶態(tài)電介質(zhì)兩大類，后者包括玻璃、樹脂和高分子聚合物等，是良好的絕緣材料。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,凡在外電場作用下產(chǎn)生宏觀上不等于零的電偶極矩，因而形成宏觀束縛電荷的現(xiàn)象稱為電極化，能產(chǎn)生電極化現(xiàn)象的物質(zhì)統(tǒng)稱為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電阻率一般都很高，被稱為絕緣體。有些電介質(zhì)的電阻率并不很高，不能稱為絕緣體，但由于能產(chǎn)生極化過程，也歸入電介質(zhì)。通常情況下電介質(zhì)中的正、負(fù)電荷互相抵消，宏觀上不表現(xiàn)出電性。電介質(zhì)在電氣工程上大量用做電氣絕緣材料、電容器的介質(zhì)及特殊電介質(zhì)器件(如壓電晶體)等。二十七、古登波爾和Dashen效應(yīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，一個(gè)恒定的或交流的強(qiáng)電場，會影響到在紫外線激發(fā)下的發(fā)光物質(zhì)(磷光體)的特性，這種現(xiàn)象也可在隨著紫外線移開后的一段衰減期中觀察到。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,用電場預(yù)激發(fā)晶體磷而生成閃光正是古登一波爾效應(yīng)的結(jié)果，也可在使用電場從金屬電極進(jìn)行磷光體的分解中觀察到這種現(xiàn)象。二十八、電離原子是由帶正電的原子核及其周圍帶負(fù)電的電子所組成。由于原子核的正電荷數(shù)與電子的負(fù)電荷數(shù)相等，所以原子對外呈中性。原子最外層的電子稱為價(jià)電子。所謂電離，就是原子受到外界的作用，如被加速的電子或離子與原子碰撞時(shí)，使原子中的外層電子特別是價(jià)電子擺脫原子核的束縛而脫離，原子成為帶一個(gè)或幾個(gè)正電荷的離子，這就是正離子。如果在碰撞中原子得到了電子，則成為負(fù)離子。二十九、電液壓沖壓，電水壓振擾,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,電液壓沖壓，電水壓振擾:高壓放電下液體的壓力產(chǎn)生急劇升高的現(xiàn)象三十、電泳現(xiàn)象處于物質(zhì)表面的那些原子、分子或離子與處于物質(zhì)內(nèi)部的原子、分子或離子不一樣。處于物質(zhì)表面的原子、分子或離子只受到旁側(cè)和底下其他粒子的吸引。因此物質(zhì)表面的粒子有剩余的吸附力，使物質(zhì)的表面產(chǎn)生了吸附作用。當(dāng)物質(zhì)被細(xì)分到膠粒大小時(shí)，暴露在周圍介質(zhì)中的表面積與體積比變得十分巨大。所以，在膠體分散系中，膠粒往往能從介質(zhì)中吸附離子，使分散的膠粒帶上電荷。不同的膠粒其表面的組成情況不同。它們有的能吸附正電荷，有的能吸附負(fù)電荷。因此有的膠粒帶正電荷，如氫氧化鋁膠體;有的膠粒帶負(fù)電荷，如三硫化二砷(As2S3)膠體等。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,如果在膠體中通以直流電，它們或者向陽極遷移，或者向陰極遷移。這就是所謂的電泳現(xiàn)象。影響電泳遷移率的因素有:(1)電場強(qiáng)度。電場強(qiáng)度是指單位長度的電位降，也稱電勢梯度。(2)溶液的pH值。它決定被分離物質(zhì)的解離程度和質(zhì)點(diǎn)的帶電性質(zhì)及所帶凈電荷量。(3)溶液的離子強(qiáng)度。電泳液中的離子濃度增加時(shí)會引起質(zhì)點(diǎn)遷移率的降低。(4)電滲。在電場作用下液體對于固體支持物的相對移動(dòng)稱為電滲。三十一、電暈放電,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,電暈放電是帶電體表面在氣體或液體介質(zhì)中局部放電的現(xiàn)象，常發(fā)生在不均勻電場中電場強(qiáng)度很高的區(qū)域內(nèi)，例如高壓導(dǎo)線的周圍、帶電體的尖端附近等。其特點(diǎn)為出現(xiàn)與日暈相似的光層，發(fā)出“嗤嗤”的聲音，產(chǎn)生臭氧、氧化氮等。電暈引起電能的損耗，并對通信和廣播產(chǎn)生干擾。例如，雷雨時(shí)尖端電暈放電，避雷針即用此法中和帶電的云層而防止雷擊。我們知道，電暈多發(fā)生在導(dǎo)體殼的曲率半徑小的地方，因?yàn)檫@些地方，特別是尖端，其電荷密度很大。而在緊鄰帶電表面處，電場(E)與電荷密度()成正比，故在導(dǎo)體的尖端處場強(qiáng)很強(qiáng)(即和E都極大)。所以在空氣周圍的導(dǎo)體電勢升高時(shí)，這些尖端之處能產(chǎn)生電暈放電。通常均將空氣視為非導(dǎo)體，但空氣中含有少數(shù)由宇宙線照射而產(chǎn)生的離子，帶正電的導(dǎo)體會吸收周圍空氣中的負(fù)離子而自行逐漸中和。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,若帶電導(dǎo)體有尖端，該處附近空氣中的電場強(qiáng)度(E)可變得很高。當(dāng)離子被吸向?qū)w時(shí)將獲得很大的加速度，這些離子與空氣碰撞時(shí)，將會產(chǎn)生大量的離子，使空氣變得極易導(dǎo)電，同時(shí)借電暈放電而加速導(dǎo)體放電。因空氣分子在碰撞時(shí)會發(fā)光，故電暈時(shí)在導(dǎo)體尖端處可見到亮光。電暈放電在工程技術(shù)領(lǐng)域中有多種影響。電力系統(tǒng)中的高壓及超高壓輸電線路導(dǎo)線上發(fā)生電暈，會引起電暈功率損失、無線電干擾、電視干擾以及噪聲干擾。進(jìn)行線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇足夠的導(dǎo)線截面積，或采用分裂導(dǎo)線降低導(dǎo)線表面電場的方式，以避免發(fā)生電暈。對于高電壓電氣設(shè)備，發(fā)生電暈放電會逐漸破壞設(shè)備絕緣性能。電暈放電的空間電荷在一定條件下又有提高間隙擊穿強(qiáng)度的作用。當(dāng)線路出現(xiàn)雷電或操作過電壓時(shí)，因電暈損失而能削弱過電壓幅值。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,利用電暈放電可以進(jìn)行靜電除塵、污水處理、空氣凈化等。地面上的樹木等尖端物體在大地電場作用下的電暈放電是參與大氣靜電平衡的重要環(huán)節(jié)。海洋表面濺射水滴上出現(xiàn)的電暈放電可促進(jìn)海洋中有機(jī)物的生成，還可能是地球遠(yuǎn)古大氣中生物前合成氨基酸的有效放電形式之一。針對不同應(yīng)用目的研究，電暈放電是具有不同重要意義的技術(shù)課題。三十二、電子力按照電場強(qiáng)度的定義，電場中任一點(diǎn)的場強(qiáng)(E)大小等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場力的大小。那么，點(diǎn)電荷(a)在電場中某點(diǎn)所受的電場力F=aE。電場力的大小為F=IaIE，方向取決于電荷a的正、負(fù)。不難判斷，正電荷所受的電場力，其方向與場強(qiáng)方向一致;負(fù)電荷所受的電場力，其方向與場強(qiáng)方向相反。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用力、運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中所受的洛倫茲力都屬于電子力。三十三、電阻電阻是描述導(dǎo)體制約電流性能的物理量。根據(jù)歐姆定律，導(dǎo)體兩端的電壓(U)和通過導(dǎo)體的電流強(qiáng)度(I)成正比。由U和I的比值定義的R=U/I稱為導(dǎo)體的電阻，其單位為歐姆，簡稱歐()。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。電阻的倒數(shù)G=1/R稱為電導(dǎo)，單位是西門子(S)。電阻率是表征物質(zhì)導(dǎo)電性能的物理量，也稱“體積電阻率”。電阻率越小導(dǎo)電本領(lǐng)越強(qiáng)。用某種材料制成的長1cm、橫截面積為1cm2的導(dǎo)體電阻，在數(shù)值上等于這種材料的電阻率。也有取長1m、截面積1mm2的導(dǎo)電體在一定溫度下的電阻定義電阻率的。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,此兩種定義法定義的電阻率在數(shù)值上相差4個(gè)數(shù)量級。如第一種定義，銅在20時(shí)的電阻率為1.7x10-6cm而第二種定義的電阻率為0.017mm。電阻率的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率電阻率()不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的溫度有關(guān)。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化，即:=0(1+at)式中t攝氏溫度;0時(shí)的電阻率;a電阻率溫度系數(shù)。由于電阻率隨溫度的改變而改變，所以對某些電器的電阻，必須說明它們所處的物理狀態(tài)。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,如220V,100W電燈的燈絲電阻，通電時(shí)是484，未通電時(shí)是40。另外需要注意的是電阻率和電阻是兩個(gè)不同的概念，電阻率是反映物質(zhì)對電流阻礙作用的屬性，電阻是反映物體對電流的阻礙作用。電阻器是電路中用于限制電流、消耗能量和產(chǎn)生熱量的電器元件。用時(shí)引起的電阻變化，稱為磁電阻效應(yīng)。不論磁場與電流方向平行還是垂直，都將產(chǎn)生磁電阻效應(yīng)前者(平行)稱為縱磁場效應(yīng)，后者(垂直)稱為橫磁場效應(yīng)。一般強(qiáng)磁性材料的磁電阻率(磁場引起的電阻變化與未加磁場時(shí)電阻之比)在室溫下小于8%，在低溫下可增加到10%以上。已實(shí)用的磁電阻材料主要有鎳鐵系和鎳鉆系磁性合金。室溫下鎳鐵系坡莫合金的磁電阻率為1%3%，若合金中加入銅、鉻或錳元素，可使電阻率增加;鎳鉆系合金的電阻率較高，可達(dá)6%。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,與利用其他磁效應(yīng)相比，利用磁電阻效應(yīng)制成的換能器和傳感器，其裝置簡單，對速度和頻率不敏感。磁電阻材料已用于制造磁記錄磁頭、磁泡檢測器和磁膜存儲器的讀出器等。三十四、對流對流是液相或氣相中各部分的相對運(yùn)動(dòng)，是液體或氣體通過自身各部分的宏觀流動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的過程。對流是流體熱傳遞的主要方式，可分為自然對流和強(qiáng)迫對流兩種。因?yàn)闈舛炔罨驕夭钜鹈芏茸兓a(chǎn)生的對流，稱為自然對流;由于外力推動(dòng)而產(chǎn)生的對流，稱為強(qiáng)制對流。對于電解液來說，溶質(zhì)將隨液相的對流而移動(dòng)，是電化學(xué)中物質(zhì)傳遞過程的一種類型。冬天室內(nèi)取暖就是借助于室內(nèi)空氣的自然對流來傳熱的，大氣及海洋中也存在自然對流。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,靠外來作用使流體循環(huán)流動(dòng)，從而傳熱的是強(qiáng)迫對流，如由于人工的攪拌，或鼓風(fēng)機(jī)等機(jī)械力的作用而產(chǎn)生的對流。三十五、多相系統(tǒng)分離多相系統(tǒng)的分離是以混合成分的聚合狀態(tài)的不同為基礎(chǔ)的，最常使用連續(xù)相的聚合狀態(tài)來進(jìn)行判定。成分間具有不同分散度的多相固態(tài)系統(tǒng)通過沉積作用或篩分分離法來進(jìn)行分解，具有連續(xù)液體或氣體相位的系統(tǒng)通過沉積作用、過濾或離心分離機(jī)來進(jìn)行分離。通過烘干將固態(tài)相中的易沸液體進(jìn)行排除。三十六、二級相變,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,在發(fā)生相變時(shí)，體積不變化的情況下，也不伴隨熱量的吸收和釋放，只是比熱容、熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)等物理量發(fā)生變化，這一類變化稱為二級相變。如正常液態(tài)氦(氦I)與超流氦(氦II)之間的轉(zhuǎn)變，正常導(dǎo)體與超導(dǎo)體之間的轉(zhuǎn)變，順磁體與鐵磁體之間的轉(zhuǎn)變，合金的有序態(tài)與無序態(tài)之間的轉(zhuǎn)變等都是典型的二級相變的例子。二級相變大多是發(fā)生在極低溫度時(shí)的相變。例如，在居里點(diǎn)鐵磁體轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾朋w;在零磁場下超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)檎?dǎo)體;液態(tài)氦II與液態(tài)氦I之間的相變等。二級相變的特點(diǎn)是，兩相的化學(xué)勢和化學(xué)勢的一級偏微商相等，但化學(xué)勢的二級偏微商不相等。因此在相變時(shí)沒有體積變化和潛熱(即相變熱)。在相變點(diǎn)，兩相的體積、燴和嫡的變化是連續(xù)的，故這種相變也稱為連續(xù)相變。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,三十七、發(fā)光自發(fā)光:是一種“冷光”，可以在正常溫度和低溫下發(fā)出這種光。在自發(fā)光中，一些能量促使原子中的電子從“基態(tài)”(低能量狀態(tài))躍進(jìn)到“激發(fā)態(tài)”。在這種狀態(tài)之下，它會回復(fù)到“基態(tài)”，并以光這種能量形式釋放出來。光學(xué)促進(jìn)的自發(fā)光:指的是可見光或紅外光促發(fā)的磷光。在這其中，可見光或紅外光僅是先前儲備能量釋放的促發(fā)劑。白熱光:是指光從熱能中來。當(dāng)一個(gè)物體加熱到足夠高的溫度時(shí)，它就開始發(fā)出光輝如煉爐中的金屬或燈泡中發(fā)出的光，太陽和星星發(fā)出的光都是這種光。熒光和光致發(fā)光:它們的能量是由電磁輻射提供的(如射線光)。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,一般光致發(fā)光是指任何由電磁輻射引起的發(fā)光;而熒光通常是指由紫外線引起的，有時(shí)也用于其他類型的光致發(fā)光。磷光:是滯后的發(fā)光。當(dāng)一個(gè)電子被推到一個(gè)高能態(tài)時(shí)，有時(shí)會被捕獲(就如你舉起了那塊石頭，然后把它放在一張桌子上)。在一些時(shí)候，電子及時(shí)地逃脫了捕獲，有時(shí)則一直被捕獲直到有別的起因使它們逃脫(如石頭一直在桌子上，直到有東西沖擊它)。化學(xué)發(fā)光:由于吸收化學(xué)能，使分子產(chǎn)生電子激發(fā)而發(fā)光的現(xiàn)象?；瘜W(xué)反應(yīng)放出的熱量(即化學(xué)能)可轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物分子的電子激發(fā)能，當(dāng)這種產(chǎn)物分子產(chǎn)生輻射躍遷或?qū)⒛芰哭D(zhuǎn)移給其他會發(fā)光的分子使該分子再發(fā)生輻射躍遷時(shí)，便產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。但是多數(shù)的反應(yīng)所發(fā)出的光則是很微弱的，而且多在紅外線范圍，不容易被觀測。,上一頁,下一頁,返回,.,第四節(jié)科學(xué)效應(yīng)和現(xiàn)象詳解,產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光的反應(yīng)通常應(yīng)滿足這些條件:必須是放熱反應(yīng)，所放出的化學(xué)能足夠使反應(yīng)產(chǎn)物分子變成激發(fā)態(tài)分子;具備使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮蛹ぐl(fā)能的合適化學(xué)機(jī)制，這是化學(xué)發(fā)光最關(guān)鍵的一步;處于電子激發(fā)態(tài)的產(chǎn)物分子本身會發(fā)光或者將能量傳遞給其他會發(fā)光的分子。陰極發(fā)光:物質(zhì)表面在高能電子束的轟擊下發(fā)光的現(xiàn)象稱為陰極發(fā)光。不同種類的寶石或相同種類、不同成因的寶石礦物在電子束的轟擊下會發(fā)出不同顏色及不同強(qiáng)度的光，并且排列式樣有差別，由此可以研究寶石礦物的雜質(zhì)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)缺陷、生長環(huán)境及過程。陰極發(fā)光儀是檢測和記錄物質(zhì)陰極發(fā)光現(xiàn)象的一種光學(xué)儀器，主要由電子槍、真空系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、真空樣品倉、顯微鏡及照相系統(tǒng)構(gòu)成。