磁場技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用（專業(yè)詳細）

磁場技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用（專業(yè)詳細）第一章

磁場知識第一節(jié)

磁場的概念及類型第二節(jié)

電磁場知識第三節(jié)

地磁場知識第四節(jié)

磁場的生物效應(yīng)第二章

磁鐵知識第一節(jié)

磁鐵的一般知識第二節(jié)

電磁鐵知識第三章

磁的應(yīng)用第一節(jié)

磁鐵的應(yīng)用第二節(jié)

磁化技術(shù)的運用第三節(jié)

磁化器的原理及應(yīng)用第四節(jié)

磁化水第五節(jié)

磁場處理對種子發(fā)芽的影響第六節(jié)

磁處理對植物生長的影響第一章

磁場知識第一節(jié)

磁場的概念及類型一、磁場的概念1、磁場的簡易定義。對放入其中的小磁針有磁力的作用的物質(zhì)叫做磁場。磁場是一種看不見，而又摸不著的特殊物質(zhì)。磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。2、磁場的實質(zhì)。電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來源于電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或變化電場產(chǎn)生的。3、磁場的特征。磁場的基本特征是能對其中的運動電荷施加作用力，磁場對電流、對磁體的作用力或力距皆源于此。而現(xiàn)代理論則說明，磁力是電場力的相對論效應(yīng)。二、磁場的表示與電場相仿，磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強度矢量B，也可以用磁感線形象地圖示。然而，作為一個矢量場，磁場的性質(zhì)與電場頗為不同。運動電荷或變化電場產(chǎn)生的磁場，或兩者之和的總磁場，都是無源有旋的矢量場，磁力線是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。換言之，在磁場中不存在發(fā)出磁力線的源頭，也不存在會聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零，即磁場是有旋場而不是勢場（保守場），不存在類似于電勢那樣的標(biāo)量函數(shù)。三、磁感應(yīng)強度1、定義。磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱和方向的基本物理量，是矢量。磁感應(yīng)強度B在所有點上的散度均為零。與磁力線方向垂直的單位面積上所通過的磁力線數(shù)目，又叫磁力線的密度，也叫磁通密度，用B表示，單位為特斯拉，符號T。由于歷史的原因，與電場強度E對應(yīng)的描述磁場的基本物理量被稱為磁感應(yīng)強度B，而另一輔助量卻被稱為磁場強度H，名實不符，容易混淆。通常所謂磁場，均指的是B。2、公式。B在數(shù)值上等于垂直于磁場方向長1m，電流為1A的導(dǎo)線所受磁場力的大小。公式表示為：B＝F/IL(由F＝BIL推導(dǎo)而來)3、方向。磁場方向即磁感應(yīng)強度的方向，判定方法是放入檢驗小磁針?biāo)艽艌隽Φ姆较?，也是小磁針穩(wěn)定平衡時的方向。4、在磁場中，同向的電流相互吸引，反向的電流相互排斥。四、磁通量1、定義。設(shè)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個面積為S且與磁場方向垂直的平面，磁感應(yīng)強度B與面積S的乘積，叫做穿過這個平面的磁通量，簡稱磁通，是標(biāo)量，但有正負(fù)，正負(fù)僅代表穿向。也即磁通量是通過某一截面積的磁力線總數(shù)，用Φ表示，單位為韋伯，符號Wb。2、公式。通過一線圈的磁通的表達式為：Φ＝B*S*cosθ（其中B為磁感應(yīng)強度，S為該線圈的面積，S與B的垂面夾角θ。）1Wb＝1T·1㎡。公式中的B既可以是電流產(chǎn)生的磁場，也可以是變化電場產(chǎn)生的磁場，或兩者之和。3、意義。通過某一平面的磁通量的大小，可以用通過這個平面的磁力線的條數(shù)的多少來形象地說明。在同一磁場中，磁力線越密的地方，也就是穿過單位面積的磁力線條數(shù)越多的地方，磁感應(yīng)強度B越大。因此，B越大，S越大，穿過這個面的磁感線條數(shù)就越多，磁通量就越大。4、磁場的高斯定理。通過任意閉合曲面的磁通量為零，即它表明磁場是無源的，不存在發(fā)出或會聚磁力線的源頭或尾閭，亦即不存在孤立的磁單極。五、磁場方向規(guī)定小磁針的北極在磁場中某點所受磁場力的方向為該電磁場的方向。從北極出發(fā)到南極的方向，在磁體內(nèi)部是由南極到北極，在外可表現(xiàn)為磁感線的切線方向或放入磁場的小磁針在靜止時北極所指的方向!磁場的南北極與地理的南北極正好相反，且一端的兩種極之間存在一個偏角，稱為磁偏角！磁偏角不斷地發(fā)生緩慢變化！掌握磁偏角的變化對于應(yīng)用指南針指向具有重要意義！六、磁感線（磁力線）在磁場中畫一些曲線，使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同，這些曲線叫磁力線。磁力線是閉合曲線。規(guī)定小磁針的北極所指的方向為磁力線的方向。磁鐵周圍的磁力線都是從N極出來進入S極，在磁體內(nèi)部磁力線從S極到N極。七、磁場與磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象是最早被人類認(rèn)識的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國古代一大發(fā)明。磁場是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽)，星系（如銀河系），行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認(rèn)識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中，處處可遇到磁場，發(fā)電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。地球的磁極與地理的兩極相反。八、安培力1、通電導(dǎo)體受安培力方向。電流在磁場中某處所受的磁場力（安培力），與電流在磁場中放置的方向有關(guān)，當(dāng)電流方向與磁場方向平行時，電流受的安培力最小，等于零；當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大。2、左手定則。讓磁感線垂直穿過左手手心，四指指向電流方向，并使拇指與四指垂直，拇指所指方向即通電導(dǎo)體所受磁場力（安培力）方向。若磁感線不與電流方向垂直，則將磁感應(yīng)強度分解到垂直于電流和平行于電流方向，對垂直于電流的分量應(yīng)用上述左手定則即可，若平行，則不受安培力?？梢姡才嗔Υ怪迸c磁感應(yīng)強度和電流共同確定的平面。3、公式。F＝BIL*Sinθ九、洛倫茲力1、點電荷q以速度v在磁場中運動時受到力f的作用。在磁場給定的條件下，f的大小與電荷運動的方向有關(guān)。當(dāng)v沿某個特殊方向或與之反向時，受力為零；當(dāng)v與此特殊方向垂直時受力最大，為fm。fm與|q|及v成正比，比值與運動電荷無關(guān)，反映磁場本身的性質(zhì)，定義為磁感應(yīng)強度的大小，即B的方向定義為：由正電荷所受最大力fm的方向轉(zhuǎn)向電荷運動方向v時，右手螺旋前進的方向。2、公式。定義了B之后，運動電荷在磁場B中所受的力可表為F＝qvBSinθ，此即洛倫茲力公式。十、磁場類型1、恒定磁場。磁場強度和方向保持不變的磁場稱為恒定磁場或恒磁場，如鐵磁片和通以直流電的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場。2、交變磁場。磁場強度和方向在規(guī)律變化的磁場，如工頻磁療機和異極旋轉(zhuǎn)磁療器產(chǎn)生的磁場。3、脈動磁場。磁場強度有規(guī)律變化而磁場方向不發(fā)生變化的磁場，如同極旋轉(zhuǎn)磁療器、通過脈動直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場。4、脈沖磁場。用間歇振蕩器產(chǎn)生間歇脈沖電流，將這種電流通入電磁鐵的線圈即可產(chǎn)生各種形狀的脈沖磁場。脈沖磁場的特點是間歇式出現(xiàn)磁場，磁場的變化頻率、波形和峰值可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。5、恒磁場又稱為靜磁場，而交變磁場，脈動磁場和脈沖磁場屬于動磁場。磁場的空間各處的磁場強度相等或大致相等的稱為均勻磁場，否則就稱為非均勻磁場。離開磁極表面越遠，磁場越弱，磁場強度呈梯度變化。第二節(jié)

電磁場知識一、電磁場與電磁波1、電磁場是有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場和磁場的統(tǒng)一體和總稱。隨時間變化的電場產(chǎn)生磁場，隨時間變化的磁場產(chǎn)生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質(zhì)存在的一種形式，是統(tǒng)一的整體，電場和磁場是它緊密聯(lián)系、相互依存的兩個側(cè)面，變化的電場產(chǎn)生磁場，變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。電磁場的性質(zhì)、特征及其運動變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。2、電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁波具有可交換的能量和動量，電磁波與實物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉(zhuǎn)化等等，都證明電磁場是客觀存在的物質(zhì)，它的“特殊”只在于沒有靜質(zhì)量。3、在電磁學(xué)里，電磁場是一種由帶電物體（電荷或電流）產(chǎn)生的一種物理場。處于電磁場的帶電物體會感受到電磁場的作用力。電磁場與帶電物體之間的相互作用可以用麥克斯韋方程和洛倫茲力定律來描述。二、電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)1、電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象就是因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。即閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。2、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是電路必須是閉合且通的，穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。如果缺少一個條件，就不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。3、電磁感應(yīng)現(xiàn)象不應(yīng)與靜電感應(yīng)混淆。電磁感應(yīng)將電動勢與通過電路的磁通量聯(lián)系起來，而靜電感應(yīng)則是使用另一帶電荷的物體使物體產(chǎn)生電荷的方法。三、電磁感應(yīng)定律1、電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通變化率成正比。2、意義。法拉第電磁感應(yīng)定律的重要意義在于，一方面，依據(jù)電磁感應(yīng)的原理，人們制造出了發(fā)電機，電能的大規(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送成為可能；另一方面，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。人類社會從此邁進了電氣化時代。3、感應(yīng)電動勢的正負(fù)極可利用感應(yīng)電流方向判定，電源內(nèi)部的電流方向是由負(fù)極流向正極。四、感應(yīng)電動勢1、定義。穿過導(dǎo)電回路所環(huán)繞的面積內(nèi)的磁通發(fā)生變化時，在該回路中產(chǎn)生的電動勢；或當(dāng)導(dǎo)線切割磁力線時，在導(dǎo)線兩端產(chǎn)生的電動勢。要使閉合電路中有電流，這個電路中必須有電源，因為電流是由電源的電動勢引起的。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象里，既然閉合電路里有感應(yīng)電流，那么這個電路中也必定有電動勢，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電動勢。2、感應(yīng)電動勢分為感生電動勢和動生電動勢。感生電動勢的大小跟穿過閉合電路的磁通量改變的快慢有關(guān)系，即ε＝nΔΦ/Δt。感生電動勢是因為穿過閉合線圈的磁場強度發(fā)生變化產(chǎn)生渦旋電場導(dǎo)致電流定向運動。其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁場變化的反方向，四指握拳，四指方向即為感應(yīng)電動勢方向。動生電動勢是因為導(dǎo)體自身在磁場中做切割磁感線運動而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，其方向用右手定則判斷，使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運動方向，則其余四指指向動生電動勢的方向。動生電動勢的方向與產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同。右手定則確定的動生電動勢的方向符合能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。產(chǎn)生動生電動勢的那部分做切割磁力線運動的導(dǎo)體就相當(dāng)于電源。3、當(dāng)穿過某一不閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時，線圈中雖然沒有感應(yīng)電流，但感應(yīng)電動勢依舊存在。當(dāng)一段導(dǎo)體在勻強磁場中做勻速切割磁感線運動時，不論電路是否閉合，感應(yīng)電動勢的大小只與磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)體長度L、切割速度v及v和B方向間夾角θ的正弦值成正比，即ε＝BLvsinθ(式中θ為B,L,v三者間通過互相轉(zhuǎn)化兩兩垂直所得的角)。五、感應(yīng)電動勢公式1、普適公式。感應(yīng)電動勢ε＝nΔΦ/Δt（式中ε為產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，單位為V；n為合電路線圈匝數(shù)，ΔΦ為磁通量變化量，單位Wb；Δt為發(fā)生變化所用時間，單位為s）2、切割磁感線運動公式。感應(yīng)電動勢ε＝BLVsinA（式中V為速度，單位m/s；L為導(dǎo)線有效長度，單位m；其中v和L不可以和磁感線平行，但可以不和磁感線垂直，其中sinA為v或L與磁感線的夾角）3、交流發(fā)電機最大的感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電動勢εm＝nBSω（式中Em為感應(yīng)電動勢峰值；ω為角速度，單位rad/s）4、導(dǎo)體一端固定以ω旋轉(zhuǎn)切割。感應(yīng)電動勢ε＝B(L^2)ω/25、自感電動勢。感應(yīng)電動勢ε自＝-n*ΔΦ/Δt＝LΔI/Δt（式中L為自感系數(shù)，單位H，線圈L有鐵芯時比無鐵芯時要大；ΔI為變化電流，Δt為所用時間；ΔI/Δt為自感電流變化率，即變化的快慢）六、交變電磁場與瞬變電磁場時變電磁場還可以進一步分為周期變化的交變電磁場及非周期性變化的瞬變電磁場。對它們的研究在目的上和方法上有一些各自的特點。交變電磁場在單一頻率的正弦式變化下，可采用復(fù)數(shù)表示以化簡計算，在電力技術(shù)及連續(xù)波分析中應(yīng)用甚多。瞬變電磁場又稱脈沖電磁場，覆蓋的頻率很寬，介質(zhì)或傳輸系統(tǒng)呈現(xiàn)出色散特性，往往需要采取頻域、或時序展開等方法進行分析。七、電磁波（電磁輻射）麥克斯韋方程表明，不僅磁場的變化要產(chǎn)生電場，而且電場的變化也要產(chǎn)生磁場。時變場在這種相互作用下，產(chǎn)生電磁輻射，即為電磁波，也常稱為電波。這種電磁波從場源處以光速向周圍傳播，在空間各處按照距場源的遠近有相應(yīng)的時間滯后現(xiàn)象。電磁波還有一個重要特點，它的場矢量中有與場源至觀察點間的距離成反比的分量。這些分量在空間傳播時的衰減遠較恒定場為小。按照坡印廷定理，電磁波在傳播中攜有能量，可以作為信息的載體。這就為無線電通信、廣播、電視、遙感等技術(shù)開拓了道路。電與磁可說是一體兩面，變動的電會產(chǎn)生磁，變動的磁則會產(chǎn)生電。電磁的變動就如同微風(fēng)輕拂水面產(chǎn)生水波一般，因此被稱為電磁波，而其每秒鐘變動的次數(shù)便是頻率。當(dāng)電磁波頻率低時，主要藉由有形的導(dǎo)電體才能傳遞；當(dāng)頻率漸提高時，電磁波就會外溢到導(dǎo)體之外，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。舉例來說，太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們?nèi)匀荒芨惺艿胶挽汴柟獾墓馀c熱，這就好比是“電磁輻射藉由輻射現(xiàn)象傳遞能量”的原理一樣。電磁波是電磁場的一種運動形態(tài)。從科學(xué)的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁輻射是傳遞能量的一種方式，輻射種類可分為三種：游離輻射、有熱效應(yīng)的非游離輻射和無熱效應(yīng)的非游離輻射。在高頻電磁振蕩的情況下，部分能量以輻射方式從空間傳播出去所形成的電波與磁波的總稱叫做電磁波。在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部反回原電路而沒有能量輻射出去。然而，在高頻率的電振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部反回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去。電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。電磁波的傳播有沿地面?zhèn)鞑サ牡孛娌?，還有從空中傳播的空中波。波長越長的地面波，其衰減也越少。電磁波的波長越長也越容易繞過障礙物繼續(xù)傳播。中波或短波等空中波則是靠圍繞地球的電離層與地面的反復(fù)反射而傳播（電離層在離地面50～400km之間）。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。其速度等于光速（每秒3×10^8m）。光波其實就是電磁波，無線電波也有和光波同樣的特性，如當(dāng)它通過不同介質(zhì)時，也會發(fā)生折射、反射、繞射、散射及吸收等現(xiàn)象。在空間傳播的電磁波，距離最近的電場（磁場）強度方向相同和量值最大兩點之間的距離，就是電磁波的波長λ。電磁波的頻率γ即電磁振蕩電流的頻率，無線電廣播中用的單位是千赫，速度是c，根據(jù)λγ＝c，求出λ＝c/γ。八、電磁波譜按照波長或頻率的順序把電磁波排列起來，就是電磁波譜。把每個波段的頻率由低至高依次排列，它們就是工頻電磁波、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線及γ射線。各種光線和射線，都是波長不同的電磁波。其中以無線電的波長最長，宇宙射線的波長最短。無線電波3000m～0.3mm、紅外線0.3mm～0.75μm、可見光0.7μm～0.4μm、紫外線0.4μm～10mμm、X射線10mμm～0.1mμm、γ射線0.1mμm～0.001mμm、宇宙射線小于0.001mμm。九、電磁輻射對人體的傷害㈠、電磁輻射廣義的電磁輻射通常是指電磁波頻譜而言。狹義的電磁輻射是指電器設(shè)備所產(chǎn)生的輻射波，通常是指紅外線以下部分。㈡、電磁輻射危害人體的機理主要是熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和積累效應(yīng)等。1、熱效應(yīng)。人體內(nèi)70%以上是水，水分子受到電磁波輻射后相互摩擦，引起機體升溫，從而影響到身體其他器官的正常工作。2、非熱效應(yīng)。人體的器官和組織都存在微弱的電磁場，它們是穩(wěn)定和有序的，一旦受到外界電磁波的干擾，處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場即將遭到破壞，人體正常循環(huán)機能就會遭受破壞。3、累積效應(yīng)。熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)作用于人體后，對人體的傷害尚未來得及自我修復(fù)之前再次受到電磁波輻射的話，其傷害程度就會發(fā)生累積，久之會成為永久性病態(tài)或危及生命。對于長期接觸電磁波輻射的群體，即使功率很小，頻率很低，也會誘發(fā)想不到的病變，應(yīng)引起警惕?、?、電磁輻射的危害各國科學(xué)家經(jīng)過長期研究證明：長期接受電磁輻射會造成人體免疫力下降、新陳代謝紊亂、記憶力減退、提前衰老、心率失常、視力下降、血壓異常、皮膚產(chǎn)生斑痘、粗糙，甚至導(dǎo)致各類癌癥等；男女生殖能力下降、婦女易患月經(jīng)紊亂、流產(chǎn)、畸胎等癥。磁場會使人體產(chǎn)生嚴(yán)重的危害性病變和思維的延續(xù)變化。如果人類長期生活在強磁場范圍內(nèi)，會導(dǎo)致內(nèi)分泌紊亂失調(diào)，大腦也會產(chǎn)生不正常的延續(xù)思維，會誘發(fā)人體的某些潛能和特殊的功能變化，也會誘發(fā)癌癥。在大都市中，由電網(wǎng)和通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的不同頻段的電磁波輻射，已經(jīng)給人類帶來了諸多不利因素。十、電子煙霧一項新研究發(fā)現(xiàn)，電腦、打印機及其他辦公設(shè)備產(chǎn)生的“電子煙霧”(即電磁場、電磁輻射)，可能使員工置身于污染物和細菌水平更高的工作環(huán)境中。第三節(jié)

地磁場知識地球可視為一個磁偶極，地磁場是從地心至磁層頂?shù)目臻g范圍內(nèi)的磁場。地磁的北磁極在地理的南極附近；地磁的南磁極在地理的北極附近。磁針的指極性是由于地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁針的N極，地球的南磁極（磁性為N極）吸引著磁針的S極。地磁的磁感線和地理的經(jīng)線是不平行的，它們之間的夾角叫做磁偏角。中國古代的著名科學(xué)家沈括是第一個注意到磁偏角現(xiàn)象的科學(xué)家。通過地磁場兩個磁極的假想直線（磁軸）與地球的自轉(zhuǎn)軸大約成11.3°的傾斜。地球的磁場向太空伸出數(shù)萬公里形成地球磁圈。地球磁圈對地球而言有屏障太陽風(fēng)所挾帶的帶電粒子的作用。地球磁圈在白晝區(qū)(向日面)受到帶電粒子的力影響而被擠壓，在地球黑夜區(qū)(背日面)則向外伸出。地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分，它們在成因上完全不同?；敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠?，起源于地球內(nèi)部，比較穩(wěn)定，變化非常緩慢，屬于靜磁場部分。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源于地球外部，相對比較微弱。地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾個組成部分。偶極子磁場是地磁場的基本成分，其強度約占地磁場總強度的90%，產(chǎn)生于地球液態(tài)外核內(nèi)的電磁流體力學(xué)過程，即自激發(fā)電機效應(yīng)。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個地域，平均強度約占地磁場的10%。地磁異常又分為區(qū)域異常和局部異常，與巖石和礦體的分布有關(guān)。地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。平靜變化主要是以一個太陽日為周期的太陽靜日變化，其場源分布在電離層中。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中產(chǎn)生的各種短暫的電流體系。磁暴是全球同時發(fā)生的強烈磁擾，持續(xù)時間約為1～3天，幅度可達10納特。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區(qū)內(nèi)。除外源場外，變化磁場還有內(nèi)源場。內(nèi)源場是由外源場在地球內(nèi)部感應(yīng)出來的電流所產(chǎn)生的。地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯(lián)系，又和地殼上地幔的電性結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以在空間物理學(xué)和固體地球物理學(xué)的研究中都具有重要意義。近地空間的地磁場，像一個均勻磁化球體的磁場，其強度在地面兩極附近還不到1高斯，所以地磁場是非常弱的磁場。地磁場強度的單位過去通常采用伽馬（γ），即1納特斯拉。1960年決定采用特斯拉作為國際測磁單位，1高斯＝10^(-4)特斯拉（T），1伽馬＝10^(-9)特斯拉＝1納特斯拉（nT），簡稱納特。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很遠的空間，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害。行軍、航海利用地磁場對指南針的作用來定向。人們還可以根據(jù)地磁場在地面上分布的特征尋找礦藏。地磁場的變化能影響無線電波的傳播。當(dāng)?shù)卮艌鍪艿教柡谧踊顒佣l(fā)生強烈擾動時，遠距離通訊將受到嚴(yán)重影響，甚至中斷。假如沒有地磁場，從太陽發(fā)出的強大的帶電粒子流（通常叫太陽風(fēng)），就不會受到地磁場的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而直射地球。在這種高能粒子的轟擊下，地球的大氣成份可能不是現(xiàn)在的樣子，生命將無法存在。所以地磁場這頂“保護傘”對我們來說至關(guān)重要。地磁場強度大約是500～600毫高斯，也就是5～6*E-5特斯拉（E-5即0.00001）第四節(jié)

磁場的生物效應(yīng)一、概述外加磁場對于生物的影響稱為磁場生物效應(yīng)。這是生物磁學(xué)中的重要研究內(nèi)容之一。由于外加磁場的類型和生物層次的不同，磁場生物效應(yīng)也有不同的表現(xiàn)。根據(jù)磁場的類型和強度，磁場生物效應(yīng)可以分為強磁場效應(yīng)、地磁場效應(yīng)、微弱磁場效應(yīng)和交變磁場效應(yīng)。又根據(jù)磁場所作用的生物層次，磁場生物效應(yīng)可以分為生物分子效應(yīng)、細胞效應(yīng)、組織器官效應(yīng)和整體效應(yīng)。這些效應(yīng)對于不同生物又是多種多樣的。生物磁場一般有兩個來源：一種是由于生物體中的電子傳遞和離子轉(zhuǎn)移等過程的生物電流產(chǎn)生的；另一種是由于生物體內(nèi)的強磁性物質(zhì)(如Fe3Q4)磁化后產(chǎn)生的。生物磁場的強度是很微弱的，例如人的心臟活動產(chǎn)生的心磁場約10-7～10-8奧。關(guān)于磁場生物效應(yīng)的機理，目前尚不十分清楚，仍在繼續(xù)研究中。一般說來，磁場會使生物材料受到磁力(在不均勻磁場中)或磁轉(zhuǎn)矩(在均勻磁場中)的作用，會使帶電粒子受到洛淪茲力的作用，而這些力和力矩又會影響到生物體中電子(離子)的傳遞、自由基的運動、合順磁離子的蛋白質(zhì)和菌的活性、生物膜的滲透以及生物半導(dǎo)體和生物中水的性質(zhì)。但其具體的過程和機制，既包括物理的作用，又涉及生物的結(jié)構(gòu)和功能，是一個十分復(fù)雜而沒有完全解決的問題。構(gòu)成生物體的生物材料都具有一定的磁性。例如，大多數(shù)生物材料具有抗磁性，少數(shù)含過渡族金屬離子(如Fe、Co、Ni、Mn等離子)的生物材料在一定條件下只有順磁性。最近在一些生物(如某些細菌、蜜蜂和鴿子)體中還發(fā)現(xiàn)了微量的亞鐵磁性的Fe3O4顆粒?？勾判院晚槾判詫儆趶姶判?，亞鐵磁性屬于弱磁性，兩者強弱相差可達幾百萬倍以上。二、不同磁場的生物效應(yīng)1、強磁場生物效應(yīng)。在磁場生物效應(yīng)中，一般指強度高于100奧的磁場為強磁場。實驗發(fā)現(xiàn)，強度高于14000奧的均勻恒定磁場，會抑制某些細菌的生長。把果蠅飼養(yǎng)在均勻恒定磁場中，觀察果蠅形態(tài)上的變化，發(fā)現(xiàn)磁場強度為100～1500奧時，形態(tài)并無顯著的畸變，而當(dāng)磁場強度增加到3000～4000奧時，畸變就迅速顯著地增大。若把不同蛹齡或蟲齡的果蠅放在強度約22000奧、梯度約9000奧/mm的不均勻恒定磁場中，1小時齡的果蠅蛹經(jīng)過幾分鐘便死亡，蛹齡較長的果蠅蛹經(jīng)過10分鐘后約有50%不能變?yōu)槌上x，變?yōu)槌上x后也不能活到1小時以上。把移植有腫瘤的小白鼠飼養(yǎng)在強度約2400～4500奧、梯度約1000奧/cm的不均勻恒定磁場中，經(jīng)過27天后，腫瘤完全消失，但不加磁場的對照搬到22天后便因腫瘤長大而死亡。磁場可以影響紅血球的凝結(jié)速率，實驗表明強度為50、400和5000奧的均勻恒定磁場分別使紅血球凝結(jié)速率增加21%、25%和30%。2、地磁場生物效應(yīng)。地球表面的地磁場強度為0.3～0.5奧，它是地球上生物和人類生活環(huán)境的一種始終起作用的物理因素。生物和人類在長期的演化過程中，已經(jīng)適應(yīng)了這一物理環(huán)境。如果環(huán)境磁場劇烈變化，如地球上發(fā)生磁暴、地質(zhì)時代的地磁場反向或進入宇宙空間的磁場，都可能影響生物和人的活動。還有一些生物利用了地磁場這一環(huán)境因素作為生物導(dǎo)航和定向的依據(jù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些水生細菌有沿著地磁場方向朝北游動的習(xí)性，稱為向磁性。冬小麥在磁場(等效地磁場)中生長時，其根總是平行于地磁場或等效地磁場，也表現(xiàn)向磁性．還發(fā)現(xiàn)果蠅的ST基因有序程度的變化與地磁傾角的變化隨季節(jié)呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。經(jīng)過長期試驗表明；鴿子的導(dǎo)航與地磁場有密切的聯(lián)系。最近已經(jīng)在向磁性細菌和鴿子頭部發(fā)現(xiàn)強磁性的Fe2O4微粒，可能與它們的向磁性或?qū)Ш接嘘P(guān)。3、微弱磁場的生物效應(yīng)。在生物磁學(xué)中，一般將遠低于地磁場強度的磁場(如＜10-3奧)稱為微弱磁場。例如行星際空間磁場約5×10-5奧，月球表面磁場小于10-5奧，地磁場在反向的過渡時期中估計可能降低到遠低于正常值．進行微弱磁場的生物效應(yīng)實驗需要高靈敏度的磁強計和抵消地磁場的裝置。將眼蟲藻、綠藻和纖毛蟲在低于10-3奧的恒定微弱磁場中培養(yǎng)3個星期，發(fā)現(xiàn)其生長繁殖加快，但在102奧的強磁場中培養(yǎng)，生長繁殖卻受到抑制。把小白鼠飼養(yǎng)在10-3奧的微弱磁場中，一年以后，其壽命比對照組縮短6個月，并且不能再生育4、交變磁場的生物效應(yīng)。強度隨時間變化的交變磁場與強度不隨時間改變的恒定磁場對生物的效應(yīng)是不完全相同的。后者(恒定磁場)為狹義的生物效應(yīng)，前者(交變磁場)還具有電磁感應(yīng)作用。人眼部受到變化的磁場作用時，在無光的情況下也會產(chǎn)生光的感覺，稱為磁閃光現(xiàn)象。實驗研究表明，磁閃光的強度和特性與交變磁場的頻率有關(guān)。當(dāng)頻率為20～30赫茲時，磁閃光效應(yīng)最為顯著。實驗還發(fā)現(xiàn)，強度為1500～1700奧、頻率為12赫茲的交變磁場，可以抑制剛移植到小鼠身上的腫溜的長大。三、磁場對不同生物層次的效應(yīng)1、磁場對生物分子的效應(yīng)。實驗觀測到，生物胰蛋白酶在1500奧均勻恒定磁場中活性增大，因而在受紫外光輻射時，其光密度變小。在創(chuàng)傷愈合實驗中，施加強度3000～4000奧、梯度200奧/cm的不均勻恒定磁場，使成纖維細胞增殖和纖維化都減小，因而推斷是不均勻磁場干擾了生物大分子的產(chǎn)生。把S-37腫瘤細胞放在3700奧均勻磁場中處理1～3小時，會使這腫瘤細胞中的脫氧核糖核酸(DNA)合成減少，表明磁場對這種合成有抑制的作用。2、磁場對細胞的效應(yīng)。在對兔和小鼠的無血漿細胞作體外培養(yǎng)時，若施加強度14600奧，梯度5000奧/cm的不均勻恒定磁，會顯著增加這些細胞的生長速度。但把細胞放在組織培養(yǎng)液中培養(yǎng)時，若施加4000奧的均勻恒定磁場，則會抑制它的生長。把體外培養(yǎng)的S-37腫瘤細胞放在4400～8000奧的均勻恒定磁場中在37℃處理18小時，觀察到這些細胞發(fā)生退化變性現(xiàn)象，但如果放在1000～2000奧的均勻恒定磁場中作同樣的處理，則未觀察到任何可察覺的變化。這一實驗表明這種退化現(xiàn)象需要磁場強度超過一定峰值時才會產(chǎn)生。還發(fā)現(xiàn)磁場強度對于s-37腫瘤細胞的呼吸有較大的影響，當(dāng)磁場從80奧增加到7300奧時，細胞的呼吸由顯著的興奮狀態(tài)轉(zhuǎn)變到顯著的抑制狀態(tài)。3、磁場對組織和器官的效應(yīng)。把水芹放在強度約4000奧、梯度約5000奧/cm的不均勻恒定磁場中，并消除重力的影響，可觀察到水芹根經(jīng)過幾十分鐘便向著磁場強度減弱的方向生長，表現(xiàn)出“背磁性”。把小鼠飼養(yǎng)在4200奧的均勻恒定磁場中，4天以后發(fā)現(xiàn)小鼠的腎上腺皮層的網(wǎng)狀帶組織受到破壞和變窄，骨髓中的巨核細胞因數(shù)減少，脾臟中的巨核細胞數(shù)卻增加。比較磁場、光和聲音對哺乳動物腦器官的影響，實驗表明，磁場的影響雖較弱，但卻表現(xiàn)出潛伏期長的抑制效應(yīng)和滯后效應(yīng)。4、磁場對生物整體的效應(yīng)。許多實驗結(jié)果表明，不論在均勻的還是不均勻的強磁場中，若干細菌的生長都會受到抑制。大麥的根和苗在1200奧的恒定磁場中，其生長速度都比不加磁場的對照組高。為觀察磁場對生物遺傳的影響，把果蛹蛹放在強度約22000奧、梯度約9000奧/cm的不均勻恒定磁場中處理30分鐘，觀測到后代的發(fā)育時間有顯著增加，直到第30代也沒有恢復(fù)正常。四、磁場生物效應(yīng)的應(yīng)用1、在環(huán)境保護中的應(yīng)用。利用高梯度磁分離法，可以大量除去煤中污染性強的硫化物。在水中施加強磁性細粉（如Fe3O4粉，稱為磁性種子），再通過磁分離器或高梯度磁分離器，可以高效率的消除水中的細菌、病毒、洗滌劑和有害殘留物（如Hg等）等，防止環(huán)境的污染。2、在生物工程中的應(yīng)用。長期的觀測和試驗表明，鴿子的認(rèn)家（導(dǎo)航）與地磁場有關(guān)，一些細菌在水中沿地磁場方向游動，表現(xiàn)出“向磁性”，這些現(xiàn)象為磁導(dǎo)航的仿生學(xué)研究提供了有意義的線索。對果蠅的試驗表明，磁場能引起果蠅遺傳上的變異，這有可能在遺傳工程上獲得應(yīng)用。在生物工程上，可以利用磁作用和電磁作用原理，制成人工心臟輸血的電磁泵；分離細胞、細菌、病毒和葉綠素中生物顆粒的磁電泳儀以及無轉(zhuǎn)動部件的電磁離心機等。在人類的宇航活動和空間生物學(xué)研究中，還可能利用一些磁技術(shù)和磁效應(yīng)。例如，可以利用強磁場防御高能宇宙線的照射，可以利用磁場產(chǎn)生的磁力造成失重狀態(tài)下的人工重力。研究入和生物在強磁場(如電磁推進裝置防高能宇宙射線設(shè)備)或極弱磁場(如星際空間、月球和某些行星磁場)中生活的影響也是需要和有意義的。3、在醫(yī)藥上的應(yīng)用。在病人的患處或其他部位(如經(jīng)穴)施加適當(dāng)強度的恒定磁場或交變磁場，可以治療一些疾病，稱為磁場療法，或簡稱磁療。臨床實踐表明，對于治療急性挫扭傷、腰肌勞損、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、高血壓、神經(jīng)性頭痛等常見病和多發(fā)病都有較好的或一定的療效。還可以利用磁場(或加脈沖電場配合)作外科手術(shù)時的麻醉，稱為磁場(或磁電)麻醉，簡稱磁麻。已經(jīng)把磁麻應(yīng)用到拔牙、切除扁桃體和粉瘤等手術(shù)，收到較好的效果。還有用強磁材料作成磁手鐲、磁項鏈，磁椅和磁床等，以治療高血壓和消除疲勞。這些磁療方法具有適應(yīng)癥較廣，治療安全，無創(chuàng)傷和痛苦，副作用極少，操作簡單等優(yōu)點。以磁石(Fe3O4)為重要成分的成藥如磁石、耳聾左慈丸、紫雪(散)、磁珠丸已寫入《中華人民共和國藥典》(1963年)。利用磁場作用的原理，已經(jīng)制成血流計，無觸點心肌和神經(jīng)刺激器，磁控導(dǎo)管，磁藥針，（紅，白）血球分禽器，還可以用核磁共振技術(shù)作癌的早期檢查和診斷。4、磁化水。流水經(jīng)過與水流方向垂直的一定強度的磁場處理后稱為磁場處理水，簡稱磁水，習(xí)慣上也稱磁化水。經(jīng)過長期和大量的試驗和應(yīng)用表明。磁水不但能顯著降低水垢，而且具有多方面的生物效應(yīng)。因而在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和食品工業(yè)等方面獲得了許多受到重視的應(yīng)用。5、在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用。許多試驗表明，利用磁場處理一些農(nóng)作物的種子，施加磁性肥料(如鋇鐵氧體BaFe12O19顆粒和微量稀土鹽類)，或利用經(jīng)磁場處理的水(簡稱磁水或磁化水)浸種、育秧或灌溉，以及用磁水養(yǎng)魚，可以提高種子發(fā)芽率，促使作物長勢好，收到增產(chǎn)的效果，或使魚病減少，促進魚的發(fā)育生長。在磁場中飼養(yǎng)的小雞和小白鼠，也比對照組的體重增加。利用磁學(xué)方法還可進行無損和快速的種子養(yǎng)分的測定和病蟲害的檢疫。五、神奇的生物磁場生物具有磁性是地球為生物留下的鮮明的環(huán)境烙印，但生物對磁性的擁有并不是完全被動的，它們通常是將磁性為我所用，有些生物則是將磁性當(dāng)作自身的生存法寶。1、植物，健康成長。植物的細胞具有極性，植物的生命磁場對自身的生長發(fā)育有著很重要的作用，研究人員將小麥、玉米的種子分別放置在水分和養(yǎng)料都一模一樣的容器內(nèi)，幾天過后，凡是胚根朝向磁南極的種子，都比胚根朝向磁北極的種子早發(fā)芽，并且根和莖部比較健壯。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)植物的磁性趨向?qū)淠镜纳L速度也會產(chǎn)生明顯的影響，根據(jù)這個發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家發(fā)明了定向植物機，以此來安排種子的種植方向，提高樹木的成活率和生長速度。2、細菌，避氧。20世紀(jì)70年代，一位美國科研人員在研究細菌的活動規(guī)律時，偶然觀測到一種水生細菌總是朝著磁北極游動，人們把這種水生細菌叫做磁性細菌或向磁性細菌。原來，在這種長條形細菌體中，延長軸排列著大約20顆細小的黑粒，這些細黑粒是直徑約50nm的強磁性四氧化三鐵。在電子顯微鏡下，細菌體內(nèi)的磁性小顆粒有規(guī)則的排成列，每一列長0.5μm，磁性細菌沿地磁場磁力線方向分別向南北移動，是由他們的厭氧特性導(dǎo)致的。3、動物，導(dǎo)航定位。我們都知道信鴿有種驚人的遠距離辨認(rèn)方向的本領(lǐng)，那么信鴿究竟是靠什么來辨別方向的呢？近年來科學(xué)家在解剖信鴿時，在信鴿頭部找到了許多具有強磁性的四氧化三鐵顆粒，這些磁性物質(zhì)排列成一定形狀，一定長度，組成對地磁十分敏感的“磁羅盤”。細心的人還可以觀察蜜蜂，蒼蠅等昆蟲，他們在起飛或降落的時候往往也朝向磁南極或磁北極，這也是這些昆蟲飛行定位的依據(jù)。第二章

磁鐵知識第一節(jié)

磁鐵的一般知識一、磁鐵的概念磁鐵是可以產(chǎn)生磁場的物體，為一磁偶極子，能夠吸引鐵磁性物質(zhì)如鐵、鎳、鈷等金屬。磁極的判定是以細線懸掛一磁鐵，指向北方的磁極稱為指北極或N極，指向南方的磁極為指南極或S極。（如果將地球想成一大磁鐵，則目前地球的地磁北極是S極，地磁南極則是N極。）磁鐵異極則相吸，同極則排斥。指南極與指北極相吸，指南極與指南極相斥，指北極與指北極相斥。鐵、鈷、鎳等原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較特殊，其原子本身就具有磁矩。一般情況下，這些礦物分子的排列較混亂。而它們的磁區(qū)互相影響并顯示不出磁性來，但是在外力（如磁場）導(dǎo)引下其分子的排列方向就會趨向一致，其磁性就會明顯的顯示出來，也就是我們平時俗稱的磁鐵。最早發(fā)現(xiàn)及使用磁鐵的是中國人，“指南針”是中國四大發(fā)明之一。磁鐵只是一個通稱，是泛指具有磁性的東西，實際的成分不一定包含鐵。較純的金屬態(tài)的鐵本身沒有永久磁性，只有靠近永久磁鐵才會感應(yīng)產(chǎn)生磁性，一般的永久磁鐵里面加了其他雜質(zhì)元素（例如碳）來使磁性穩(wěn)定下來，但是這樣會使電子的自由性降低而不易導(dǎo)電，所以電流通過的時候燈泡亮不起來。鐵是常見的帶磁性元素，但是許多其他元素具有更強的磁性，像強力磁鐵很多就是銣鐵硼混合而成的。二、磁鐵的分類磁鐵又名吸鐵石，是指在周圍和自身內(nèi)部存在磁場的物體或材質(zhì)，分為天然和人造兩大類。天然磁鐵主要成分是四氧化三鐵，其化學(xué)式為Fe3O4，常稱“磁性氧化鐵”，是具有磁性的黑色晶體，可以看成是氧化亞鐵和氧化鐵組成的化合物。因在四氧化三鐵的晶體里存在著兩種不同價態(tài)的離子，其中三分之一是Fe2+，三分之二是Fe3+，是一種復(fù)雜的化合物。它不溶于水，也不能與水反應(yīng)。與酸反應(yīng)，不溶于堿。主要用于制底漆和面漆，用于電子工業(yè)的磁性材料，也用于建筑工業(yè)的防銹劑。人造磁鐵通常用金屬合金制成，具有強磁性。磁鐵又可分作“永久磁鐵（硬磁）”與“非永久磁鐵（軟磁）”。永久磁鐵是加上強磁，使磁性物質(zhì)的自旋與電子角動量成固定方向排列。永久磁鐵可以是天然產(chǎn)物，又稱天然磁石，也可以由人工制造（最強的磁鐵是釹鐵硼磁鐵）。而非永久性磁鐵，只有在某些條件下會有磁性，通常是以電磁鐵的形式產(chǎn)生，也就是利用電流來強化其磁場，當(dāng)電流去掉后，軟磁會慢慢失去磁性。有些非永久性磁鐵加熱到一定的溫度會突然失去磁性，這是由于組成磁鐵的眾多“元磁體”的排列從有序到無序所引起的；失去磁性的磁鐵放入到磁場中，當(dāng)磁化強度達到某一數(shù)值，它又被磁化，“元磁體”之排列又從無序到有序。三、人造磁鐵人造磁鐵一般蹄形磁鐵、條形磁鐵和環(huán)形磁鐵，是大家生活中最常見的，其中蹄形磁鐵比較受歡迎。單面磁鐵是指一面有磁性，另一面磁性較弱的磁鐵，方法是用特殊處理的鍍鋅鐵皮將雙面磁鐵的一面包裹，這樣被包裹的一面磁性將被屏蔽，磁力被折射到另一面，另一面磁性將增強。如有的場合只需要一面有磁性，另一面如有磁性會造成損壞或干擾；有的場合如包裝盒上的磁鐵則只需要一面有磁性，另一面可有可無，有磁性也沒有用，這樣使用單面磁會大大降低成本并節(jié)約磁性材料。單面磁鐵的磁力折射如同衛(wèi)星鍋對信號的折射或手電筒燈鍋對光線的折射，其折射效果主要由以下三方面決定：1、材料。材料的選擇以及厚薄，以及磁鐵與材料的間距有著密切的關(guān)系。純鐵皮容易漏磁，經(jīng)特殊處理后折射會增強，但100%屏蔽的材料還沒研究出，但不同廠家做的材料效果也不同。2、角度。根據(jù)折射原理，弧形材料效果最好，直角材料折射損耗較大。3、空間。磁力線在空中如同手機信號，需要有空間才能折射出來。手電筒燈鍋如完全包裹在燈炮上，使用效果肯定不好，因為有大量的光線折射被損耗。四、磁鐵的特性1、反磁性（抗磁性）。是一些類別的物質(zhì)，當(dāng)處在外加磁場中，會對磁場產(chǎn)生微弱排斥力的一種磁性現(xiàn)象。2、順磁性。是指一種材料的磁性狀態(tài)。有些材料可以受到外部磁場的影響，產(chǎn)生指同相向的磁化向量的特性。這樣的物質(zhì)具有正的磁化率。與順磁性相反的現(xiàn)象被稱為抗磁性。3、鐵磁性。是指一種材料的磁性狀態(tài)，具有自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。各材料中以鐵最廣為人知，故名之。某些材料在外部磁場的作用下得到磁化后，即使外部磁場消失，依然能保持其磁化的狀態(tài)而具有磁性，即所謂自發(fā)性的磁化現(xiàn)象。所有的永久磁鐵均具有鐵磁性或亞鐵磁性?；旧翔F磁性這個概念包括任何在沒有外部磁場時顯示磁性的物質(zhì)。至今依然有人這樣使用這個概念。但是通過對不同顯示磁性物質(zhì)及其磁性的更深刻認(rèn)識，學(xué)者們對這個概念做了更精確的定義。一個物質(zhì)的原胞中所有的磁性離子均指向它的磁性方向時才被稱為是鐵磁性的。若只有部分離子的磁場指向其磁性方向，則稱為亞鐵磁性。若其磁性離子所指的方向正好相互抵消（盡管所有的磁性離子只指向兩個正好相反的方向）則被稱為反鐵磁性。4、臨界溫度。物質(zhì)的磁性現(xiàn)象存在一個臨界溫度，在此溫度下才會發(fā)生。對于鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)，此溫度被稱為居里溫度，對于反鐵磁性物質(zhì)，此溫度被稱為尼爾溫度。5、電磁性。電磁鐵是可以以通電流的方式來產(chǎn)生磁力的裝置，在電力普及的社會中是一項不可缺少的工具，屬非永久磁鐵，與永久磁鐵同為磁鐵的一種。五、超導(dǎo)體電磁鐵超導(dǎo)磁鐵是由超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)線圈構(gòu)成的人工磁鐵。超導(dǎo)材料，又稱超導(dǎo)體。當(dāng)某導(dǎo)體在一定溫度下，可使電阻為零而稱之。零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。六、釹磁鐵也稱釹鐵硼磁鐵，其化學(xué)式為Nd2Fe14B，是一種人造的永久磁鐵，是目前為止具有最強磁力的永久磁鐵，被人們稱為磁王，擁有極高的磁性能，其最大磁能積高過鐵氧體10倍以上。其本身的機械加工性能亦相當(dāng)之好。工作溫度最高可達200℃。而且其質(zhì)地堅硬，性能穩(wěn)定，有很好的性價比，故其應(yīng)用極其廣泛。但因為其化學(xué)活性很強，所以必須對其表面凃?qū)犹幚怼?如鍍Zn、Ni、電泳、鈍化等)。釹磁鐵是住友特殊金屬公司的佐川真人等人于1982年發(fā)明的，由其化學(xué)式可知其主要由釹、鐵與硼等化學(xué)元素所構(gòu)成。在許多領(lǐng)域有可能取代傳統(tǒng)的純鐵磁鐵，鋁鎳鈷合金和釤鈷磁鐵譬如電動機，儀器和儀表，汽車工業(yè)，石油化工產(chǎn)業(yè)和磁性醫(yī)療保健產(chǎn)品。能生產(chǎn)各種形狀的：譬如圓盤磁鐵、圓環(huán)磁鐵、長方形磁鐵、弧磁鐵和其它形狀的磁鐵。具有強力磁性的釹磁鐵被廣泛被應(yīng)用在電子產(chǎn)品上，例如硬盤、手機、耳機等等七、磁鐵的制造有些物質(zhì)可以被摩擦成磁鐵，材料不是鐵，就是鋼，但并不是所有的鋼都可以被制成磁鐵，不銹鋼就不能充當(dāng)磁鐵?，F(xiàn)在我們來制造磁鐵，磁鐵與一根螺絲起子是你所需要的材料，拿磁鐵來摩擦螺絲起子的金屬部分，從一端到另一端，他們反復(fù)摩擦，就可以制造出一根具有磁性的螺絲起子。八、磁化（取向）方向大多數(shù)磁性材料可以沿同一方向充磁至飽和，這一方向叫做磁化方向（或取向方向）。沒有取向方向的磁鐵（也叫做各向同性磁鐵）比取向磁鐵（也叫各向異性磁鐵）的磁性要弱很多。九、辨別磁鐵的北極磁鐵北極的定義是磁鐵在隨意旋轉(zhuǎn)后它的北極指向地球的北極，簡稱N。同樣，磁鐵的南極也指向地球的南極，簡稱S。很顯然只憑眼睛是無法分辨的?？梢允褂弥改厢樫N近磁鐵，指向地球北極的指針會指向磁鐵的南極。十、安全的處理和存放磁鐵存放時要始終十分小心，因為磁鐵會自己吸附到一起，可能會夾傷手指。磁鐵相互吸附時也有可能會因碰撞而損壞磁鐵本身（碰掉邊角或撞出裂紋）。應(yīng)將磁鐵遠離易被磁化的物品，如軟盤，信用卡，電腦顯示器，手表，手機，醫(yī)療器械等。磁鐵應(yīng)遠離心臟起搏器。較大尺寸的磁鐵，每片之間應(yīng)加塑料或硬紙墊片以保證可以輕易地將磁鐵分開。磁鐵應(yīng)盡量存放在干燥，恒溫的環(huán)境中。只有能吸附到磁鐵上的材料才能起到隔斷磁場的作用，而且材料越厚，隔磁的效果越好。十一、磁鐵的性能主要有如下3個性能參數(shù)來確定磁鐵的性能：1、剩磁Br。永磁體經(jīng)磁化至技術(shù)飽和，并去掉外源磁場后，所保留的Br，稱為剩余磁感應(yīng)強度。2、矯頑力Hc。使磁化至技術(shù)飽和的永磁體的B降低到零，所需要加的反向磁感應(yīng)強度稱為磁感矯頑力，簡稱為矯頑力。3、磁能積BH。代表了磁鐵在氣隙空間（磁鐵兩磁極空間）所建立的磁能量密度，即氣隙單位體積的靜磁能量。由于這項能量等于磁鐵的Bm和Hm的乘積，因此稱為磁能積。4、附注。磁場，對磁極產(chǎn)生磁作用的空間稱為磁場。表面磁場，永磁體表面某一指定位置的磁感應(yīng)強度，稱為表面磁場。第二節(jié)

電磁鐵知識一、電磁鐵的定義內(nèi)部帶有鐵芯的、利用通有電流的線圈使其像磁鐵一樣具有磁性的裝置叫做電磁鐵。通常制成條形或蹄形。鐵芯要用容易磁化，又容易消失磁性的軟鐵或硅鋼來制作。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后就隨之消失。電磁鐵在日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。電磁鐵的發(fā)明也使發(fā)電機的功率得到了很大的提高。二、電磁鐵的分類和應(yīng)用電磁鐵在日常生活中有極其廣泛的應(yīng)用。電磁鐵是電流磁效應(yīng)（電生磁）的一個應(yīng)用，與生活聯(lián)系緊密，如電磁繼電器、電磁起重機、磁懸浮列車等。電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類型。如果按照用途來劃分電磁鐵，主要可分成以下五種：1、牽引電磁鐵。主要用來牽引機械裝置、開啟或關(guān)閉各種閥門，以執(zhí)行自動控制任務(wù)。2、起重電磁鐵。用作起重裝置來吊運鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料。3、制動電磁鐵。主要用于對電動機進行制動以達到準(zhǔn)確停車的目的。4、自動電器的電磁系統(tǒng)。如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動開關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。5、其他用途的電磁鐵。如磨床的電磁吸盤以及電磁振動器等。三、電磁鐵的原理將螺線管通電后可產(chǎn)生如一磁鐵棒的磁場。當(dāng)直流電通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生環(huán)形磁場，而通過作成螺線管的導(dǎo)體時則會產(chǎn)生類似棒狀磁鐵的磁場。當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣由于兩個磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強。為了使電磁鐵的磁性更強，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向要相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯要用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點。一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場強度與直流電大小、線圈圈數(shù)及中心的導(dǎo)磁物質(zhì)有關(guān)，在設(shè)計電磁鐵時會注重線圈的分布和導(dǎo)鐵物質(zhì)的選擇，并利用直流電的大小來控制磁場強度。然而線圈的材料具有電阻而限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場大小，但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用將有機會突破現(xiàn)有的限制。四、影響電磁鐵的磁力大小的因素1、纏繞在鐵芯上線圈的圈數(shù)。2、線圈中電流的強度。3、纏繞的線圈與鐵芯的距離。4、鐵芯的大小形狀。線圈的圈數(shù)多，電流的強度強，線圈與鐵芯的距離近，電磁鐵的磁力就強，反之，線圈的圈數(shù)少，電流的強度弱，線圈與鐵芯的距離遠，電磁鐵的磁力就弱。鐵芯的情況復(fù)雜一些，鐵芯的長短粗細要與線圈多少、電流大小相匹配，在線圈多少、電流大小與鐵芯基本相匹配的情況下，鐵芯細一點粗一點沒有多大影響。這時只靠加大鐵芯提高電磁鐵的磁力是不可能的。也就是說，不是鐵芯越粗越好，也不是鐵芯越細越好。另外，馬蹄形鐵芯比條形鐵芯磁力強，因為它把南北極的磁力集中在一起了。五、電磁鐵的設(shè)計因素1、行程越小力量越大，當(dāng)問及力量的時候，一定要加上行程，因為二者直接相關(guān)。2、一般情況下，功率越大力量越大，近似正比關(guān)系。當(dāng)功率大到一定程度時，電磁鐵接近磁飽和，力量增加很小。如果電阻、電流、電壓有變化，但功率不變，線包大小不變，那力量基本不變。3、同樣的電阻，若增加繞線匝數(shù)(換線徑更大的漆包線)則力量會增大，但如果原來漆包線就已繞滿，則不能更改漆包線，否則線包將會過大，以致不能裝入鐵殼中。4、同樣的漆包線線徑，增加繞線匝數(shù)，力量反而會稍減小(因為電阻已增大，它對力量的消弱超過了增加匝數(shù)對力量的增強)。改變漆包線線徑(電阻隨之改變)，但功率保持不變(P=U2/R，R、U都改變，使P不變)則力量不變。5、工作時間的長短決定功率的大小，長時間通電時，功率不能太大，否則易發(fā)熱燒壞。六、電磁鐵磁場方向的判斷電磁鐵的磁場方向可以用安培定則來判斷。安培定則是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關(guān)系的定則，也叫右手螺旋定則。1、通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。2、通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。3、性質(zhì)。直線電流的安培定則對一小段直線電流也適用。環(huán)形電流可看成許多小段直線電流組成，對每一小段直線電流用直線電流的安培定則判定出環(huán)形電流中心軸線上磁感強度的方向。疊加起來就得到環(huán)形電流中心軸線上磁感線的方向。直線電流的安培定則是基本的，環(huán)形電流的安培定則可由直線電流的安培定則導(dǎo)出直線電流的安培定則對電荷作直線運動產(chǎn)生的磁場也適用，這時電流方向與正電荷運動方向相同，與負(fù)電荷運動方向相反。七、交流電磁鐵與直流電磁鐵的區(qū)別1、交流電磁鐵的啟動吸力大，噪音大，易發(fā)熱，壽命較短；直流電磁鐵的電流恒定，吸力穩(wěn)定，壽命較長，噪音也小。2、交流電磁鐵使用電壓一般為交流220V，電氣線路配置簡單。交流電磁鐵啟動力較大，換向時間短。但換向沖擊大，工作時溫度升高(外殼應(yīng)設(shè)有散熱筋)，當(dāng)閥芯卡住時，電磁鐵因電流過大易燒壞，可靠性較差，所以切換頻率不許超過30次/min，壽命較短。3、直流電磁鐵一般使用24V直流電壓，因此需要專用直流電源。其優(yōu)點是不會因鐵芯卡住而燒壞(其圓筒形外殼上沒有散熱筋)，體積小，工作可靠，允許切換頻率為120次/min，換向沖擊小，使用壽命較長。但啟動力比交流電磁鐵小。八、自制簡易的電磁鐵需要漆包線、鐵釘來作本體，電池或電源供應(yīng)器提供電流。要刮除漆包線末端的漆，或用火燒。要以相同的方向纏繞漆包線。要在漆包線的末端打結(jié)綁緊。第三章

磁的應(yīng)用第一節(jié)

磁鐵的應(yīng)用一、在傳統(tǒng)工業(yè)中的磁應(yīng)用實際上，磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。例如，如果沒有磁性材料，電氣化就不可能成為現(xiàn)實，因為發(fā)電要用到發(fā)電機，輸電要用到變壓器，電力機械要用到電動機，電話機、收音機和電視機中要用到揚聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)等。二、生物界的磁應(yīng)用信鴿愛好者都知道，如果把鴿子放飛到數(shù)百公里以外，它們還會自動歸巢。鴿子為什么有這么好的認(rèn)家本領(lǐng)呢？原來，鴿子對地球的磁場很敏感，它們可以利用地球磁場的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵，鴿子就會迷航。如果鴿子飛過無線電發(fā)射塔，強大的電磁波干擾也會使它們迷失方向。三、在醫(yī)學(xué)上的磁應(yīng)用利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù)，其基本原理如下：原子核帶有正電，并進行自旋運動。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的，但將其置于外加磁場中時，核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長，當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時，磁化強度達到穩(wěn)定值。如果此時核自旋系統(tǒng)受到外界作用，如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)到磁場中原來的排列狀態(tài)，同時釋放出微弱的能量，成為射電信號，把這許多信號檢出，并使之隨時進行空間分辨，就得到運動中原子核分布圖像。核磁共振的特點是流動液體不產(chǎn)生信號稱為流動效應(yīng)或流動空白效應(yīng)。因此血管是灰白色管狀結(jié)構(gòu)，而血液為無信號的黑色。這樣使血管很容易與軟組織分開。正常脊髓周圍有腦脊液包圍，腦脊液為黑色的，并有白色的硬膜為脂肪所襯托，使脊髓顯示為白色的強信號結(jié)構(gòu)。核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦，及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化，而且可作心室分析，進行定性及半定量的診斷，可作多個切面圖，空間分辨率高，顯示心臟及病變?nèi)玻捌渑c周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系，優(yōu)于其他X線成像、二維超聲、核素及CT檢查等。磁不僅可以診斷，而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫(yī)的一味藥材?，F(xiàn)在，人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細胞和白細胞。另外，磁場與人體經(jīng)絡(luò)的相互作用可以實現(xiàn)磁療，在治療多種疾病方面有獨到的作用，已經(jīng)有磁療枕、磁療腰帶等應(yīng)用。四、在天文、地質(zhì)、考古和采礦等領(lǐng)域的磁應(yīng)用在圖片上我們都見過燦爛的北極光。北極光實際上是太陽風(fēng)中的粒子和地磁場相互作用的結(jié)果。太陽風(fēng)是由太陽發(fā)出的高能帶電粒子流。當(dāng)它們到達地球時，與地磁場發(fā)生相互作用，就好象帶電流的導(dǎo)線在磁場中受力一樣，使得這些粒子向南北極運動和聚集，并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，結(jié)果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā)光。太陽黑子是太陽上磁場活動非常劇烈的區(qū)域。太陽黑子的爆發(fā)對我們的生活會產(chǎn)生影響，例如使得無線電通信暫時中斷等。因此，研究太陽黑子對我們有重要意義。地磁的變化可以用來勘探礦床。由于所有物質(zhì)均具有或強或弱的磁性，如果它們聚集在一起，形成礦床，那么必然對附近區(qū)域的地磁場產(chǎn)生干擾，使得地磁場出現(xiàn)異常情況。根據(jù)這一點，可以在陸地、海洋或者空中測量大地的磁性，獲得地磁圖，對地磁圖上磁場異常的區(qū)域進行分析和進一步勘探，往往可以發(fā)現(xiàn)未知的礦藏或者特殊的地質(zhì)構(gòu)造。不同地質(zhì)年代的巖石往往具有不同的磁性。因此，可以根據(jù)巖石的磁性輔助判斷地質(zhì)年代的變化以及地殼變動。很多礦藏資源都是共生的，也就是說好幾種礦物質(zhì)混合的一起，它們具有不同的磁性。利用這個特點，人們開發(fā)了磁選機，利用不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強弱的差別，用磁鐵吸引這些物質(zhì)，那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別，結(jié)果可以將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開，實現(xiàn)了磁性選礦。五、在軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用磁性材料在軍事領(lǐng)域同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接觸目標(biāo)時爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器，由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的，在它們接近（無須接觸目標(biāo)）時，傳感器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，制空權(quán)是奪得戰(zhàn)役勝利的關(guān)鍵之一。但飛機在飛行過程中很容易被敵方的雷達偵測到，從而具有較大的危險性。為了躲避敵方雷達的監(jiān)測，可以在飛機表面涂一層特殊的磁性材料——吸波材料，它可以吸收雷達發(fā)射的電磁波，使得雷達電磁波很少發(fā)生反射，因此敵方雷達無法探測到雷達回波，不能發(fā)現(xiàn)飛機，這就使飛機達到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的“隱形飛機”。隱身技術(shù)是目前世界軍事科研領(lǐng)域的一大熱點。美國的F117隱形戰(zhàn)斗機便是一個成功運用隱身技術(shù)的例子。在美國的“星球大戰(zhàn)”計劃中，有一種新型武器“電磁武器”的開發(fā)研究。傳統(tǒng)的火炮都是利用彈藥爆炸時的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速，推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中，給螺線管通電，那么螺線管產(chǎn)生的磁場對炮彈將產(chǎn)生巨大的推動力，將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮，類似的還有電磁導(dǎo)彈等。六、在磁懸浮列車上應(yīng)用磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的磁懸浮高速列車系統(tǒng)。它的時速可達到500km以上，是當(dāng)今世界最快的地面客運交通工具，有速度快、爬坡能力強、能耗低運行時噪音小、安全舒適、不燃油、污染少、價格便宜等優(yōu)點。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。磁懸浮列車意味著這些火車?yán)么诺幕驹響腋≡趯?dǎo)軌上來代替舊的鋼輪和軌道列車。磁懸浮技術(shù)利用電磁力將整個列車車廂托起，擺脫了討厭的摩擦力和令人不快的鏘鏘聲，實現(xiàn)與地面無接觸、無燃料的快速“飛行”。七、磁鐵可去除鋁壺水垢在水壺頂上固定一塊磁鐵或廢收音機的喇叭，然后燒水，用上一個時期，水垢便會自然消失，所剩的余垢也很容易擦去，以后