1、第第3章章举例举例磁现象的应用磁现象的应用信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现生物磁的测量生物磁的测量生物磁的来源生物磁的来源磁的副作用磁的副作用核磁共振技术核磁共振技术动植物与磁动植物与磁磁疗法磁疗法其它磁应用其它磁应用主要参考文献主要参考文献 地球的电磁场地球的电磁场 人体中的应用人体中的应用 信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到信鸽爱好者都知道，如果把鸽子放飞到数百公里以外，它们还会自动归巢数百公里以外，它们还会自动归巢.鸽子为鸽子为什么有这么好的认家本领呢？什么有这么好的认家本领呢？信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜鸽子是怎么认识归家之路的鸽子是怎么认识归家之路的?是鸽子眼神好、记
2、忆力惊人吗？不是。倘是鸽子眼神好、记忆力惊人吗？不是。倘若是把鸽子装在严密遮挡的笼子里运到一个陌若是把鸽子装在严密遮挡的笼子里运到一个陌生的地方放飞，它们依然能轻而易举地飞回家。生的地方放飞，它们依然能轻而易举地飞回家。有人说，鸽子是利用地球磁场导航的，按有人说，鸽子是利用地球磁场导航的，按照此论，当地球磁场畸形时鸽子就不认识路了。照此论，当地球磁场畸形时鸽子就不认识路了。果真如此吗？果真如此吗？若在鸽子头顶和脖子上绕几匝线圈，以若在鸽子头顶和脖子上绕几匝线圈，以小电池供电，鸽子头部就产生一个均匀的附小电池供电，鸽子头部就产生一个均匀的附加磁场。当电流顺时针方向流动时，在阴天加磁场。当电流顺时
3、针方向流动时，在阴天放飞的鸽子向四面八方乱飞，放飞的鸽子向四面八方乱飞，这表明：地球这表明：地球磁场是鸽子的导航罗盘。磁场是鸽子的导航罗盘。那么鸽子是怎样按那么鸽子是怎样按照地球磁场来确定飞行方向的呢？照地球磁场来确定飞行方向的呢？有人把鸽子看作有有人把鸽子看作有10001000欧姆电阻的半导体，欧姆电阻的半导体，它在地球磁场中振翅飞行时，切割磁感线，因它在地球磁场中振翅飞行时，切割磁感线，因而在两翅之间产生感应电动势。鸽子按不同方而在两翅之间产生感应电动势。鸽子按不同方向飞行，因为切割磁感线方向不同，所以感应向飞行，因为切割磁感线方向不同，所以感应电动势也各不相同。鸽子体内的感受器官根据电动
4、势也各不相同。鸽子体内的感受器官根据感应电动势就可以判别飞行的方向。感应电动势就可以判别飞行的方向。上面的讨论是上面的讨论是阴天阴天放飞的情况，那么放飞的情况，那么晴天晴天放放飞时又如何呢？试验表明，附加磁场对它没有影飞时又如何呢？试验表明，附加磁场对它没有影响，依然能定向飞行，响，依然能定向飞行，这一事实说明：地球磁场这一事实说明：地球磁场并不是它唯一的导航罗盘。并不是它唯一的导航罗盘。原来，鸽子能检测偏原来，鸽子能检测偏振光，在晴天它能根据振光，在晴天它能根据太阳的位置太阳的位置选取择特定的选取择特定的飞行方向，并由体内生物钟对太阳的移动进行相飞行方向，并由体内生物钟对太阳的移动进行相应的
5、较正。应的较正。必须说明：当电流逆时针方向流动时，不必须说明：当电流逆时针方向流动时，不管是晴天还是阴天外地飞行，鸽子都能飞回家。管是晴天还是阴天外地飞行，鸽子都能飞回家。除鸽子外，能检测地球磁场的还有甲虫、除鸽子外，能检测地球磁场的还有甲虫、蜜蜂、苍蝇、鱼、白蚁、蜗牛等。蜜蜂、苍蝇、鱼、白蚁、蜗牛等。原来原来，其头颅内存在其头颅内存在磁性细粒磁性细粒(磁性细磁性细胞胞)，起罗盘定向作用，起罗盘定向作用.它们可以利用地磁找它们可以利用地磁找到自己的家到自己的家.信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜 如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就会迷航就会迷航.如果鸽子飞过无线电发射
6、塔，强如果鸽子飞过无线电发射塔，强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向大的电磁波干扰也会使它们迷失方向.候鸟候鸟(如燕鸥如燕鸥)作季节性往返迁徙而不作季节性往返迁徙而不迷途迷途,其大脑组织中含有比鸽子更丰富的其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁磁性成分性成分.信鸽归巢之谜信鸽归巢之谜 20 20世纪世纪7070年代，年代，Blakemore 在研究生在研究生存在海底淤泥的厌氧细菌时发现，存在海底淤泥的厌氧细菌时发现，这种细这种细菌能自动沿磁场方向游动，于是把它叫做菌能自动沿磁场方向游动，于是把它叫做趋磁细菌趋磁细菌.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现 趋磁细菌体内有由大小约趋磁细菌体内有由大小约50 nm的
7、主要由的主要由Fe3O4组成的几十个小颗粒构成的长链组成的几十个小颗粒构成的长链.正是正是由于细菌自身的小磁石链，使它能借助由于细菌自身的小磁石链，使它能借助鞭毛的挥动而沿磁鞭毛的挥动而沿磁场方向运动场方向运动.因为厌氧细菌总要避开富氧的上层而因为厌氧细菌总要避开富氧的上层而游向养料丰富的水底淤泥，因而在北半球游向养料丰富的水底淤泥，因而在北半球（磁场线斜向下）就沿地磁方向游向下方（磁场线斜向下）就沿地磁方向游向下方.趋磁细菌的发现趋磁细菌的发现生命与电磁学生命与电磁学 地球的电磁场 由于地球周围物质的电离和碰撞作用，导致大量电子进入地球，使地球变成一个大的带电体。假定，地球近似是一个大导体，
8、则其表面的负电荷密度约为1Mc/km2，地球表面的电场强度为120V/m，其方向是指向地心的。地球表面携带负电荷，地球是自西向东转的，那么地球所带的负电荷在自转的时候可以等效看作是绕自转轴的环流了，这样的环流产生的磁场就是我们的地磁场。它的南北极和我们的地理南北极相反。地球磁场的95%是来源于这样的环流的。根据测定，地磁场等效于一个位于地球中心，大小约为81025Gcm3（1G=10-4T）的磁偶极子。不过，这个等效的磁偶极子的方向和地球自转轴不完全重合，它们之间的夹角约为11，地球表面的磁感应强度在一般情况下是从0.3G（赤道水平方向）到0.7G（两极垂直方向）。生命与电磁学生命与电磁学在地
9、球上的生物都受到地磁场的影响。家鸽就是明显的例子，据说是因为它们体内含有永磁物质。我还听说，有些动物的精子里也有永磁物质。1972年，有报道称：在试验过程中，将捉到的欧洲知更鸟放在大笼子里，发现它栖息时，有一种本能性的选择，偏爱栖息在笼子的北边；若设法使笼子内的磁场方向改变，则知更鸟栖息的地方也随之改变；当笼子内的磁场方向与地磁相反时，它栖息在南边。磁场与声，电，光一样，在一定条件下，达到一定阀值时，将会产生生物效应。老鼠在地磁屏蔽（即“零磁场”）的环境中，寿命要缩短。在强磁场作用下，番茄会提前结果，小麦会早熟，蚕会提前作茧。根据电磁学知识，可以知道：活的机体或生物标本处于磁场中时，可能会发生
10、如下的一些物理作用：（1）运动导体中产生电动势；（2）有洛仑磁力作用于运动电荷；（3）有力或力矩作用于永磁偶极子和抗磁或顺磁颗粒。此外，磁场还能引起三种化学或生物现象：（1）降低生化反映速率，减弱高分子转动扩散；（2）使和化学反应效率有关的键角变化；（3）使DNA和RDA中质子隧道效应发生变化。总的说来呢，磁场和生命体的耦合有两个渠道：直接耦合和间接耦合。磁直接耦合只有在体内含有永磁物质时，比如你刚才说的鸽子和动物精子等，这种强度的相互作用才有意义。因为通过磁极化后再发生的相互作用，其作用力将以数量级递减。但是，当电磁场对各类生命体赖以生存的水环境进行处理后，能使水的理化特性发生变化，而这一变
11、化则会间接影响生命体。而且值得一提的是：对生物细胞的分裂和生长，磁场的作用出现了正反馈现象。生命与电磁学生命与电磁学 现在的很多医疗器械和药物都提及磁疗，看来就是利用我们上面提到的磁场生物效应了。事实上，历史记载：我国把磁石（磁铁矿）作为内服药物已有两千多年的历史了。磁场疗法（简称磁疗）是指在人体一些经穴或患处施加磁场作用。过去用作场源的是一些强度不高的磁性材料，它只能对个别磁敏感较强的穴位起作用，所以疗效不显著。近代出现了新的磁性材料，大大地增强了磁场强度，现在的磁场强度一般为1003000高斯。磁场的类型也增多了，有：恒定磁场、旋转磁场、脉冲磁场和交变磁场等。磁疗中除了用场源直接对准穴位或
12、患处作用外，还可以用磁片，磁带贴敷和埋针（以磁针刺入穴位）等。另外，还有饮用磁水的方法等等。其实，人体内神经和肌肉的活动中也有很多的电磁特性，我们也可以把它们作为切入点进行研究！心电图就是科学家应用人体的电磁特性为人类服务的一个典型例子。（1）生物电流产生的磁）生物电流产生的磁 主要由主要由生物体内大分子活动期间生物体内大分子活动期间生物生物电流引起电流引起.生物磁的来源生物磁的来源（2）生物体内）生物体内微量强磁性物质微量强磁性物质产生的磁产生的磁 人体心脏在收缩和舒张时产生的人体心脏在收缩和舒张时产生的生物生物电流导致的电流导致的心磁场心磁场约为约为10-1110-10 T 人体脑神经活动
13、产生的人体脑神经活动产生的脑脑(神经神经)磁场磁场约约为为10-1310-12 T 美国心脏学会的研究表明：美国心脏学会的研究表明：心脏磁场的心脏磁场的产生和人的心理状态产生和人的心理状态喜怒哀乐等密切相喜怒哀乐等密切相关关.人体内的生物磁人体内的生物磁 心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理心磁图、脑磁图等能提供生物体内生理和病理状态的信息和病理状态的信息.近几年来，近几年来，人类实现了测量人体和生物人类实现了测量人体和生物体的极微弱磁场体的极微弱磁场,发展了发展了核磁共振成像诊断核磁共振成像诊断技术技术.从而实现了利用磁探病、治病从而实现了利用磁探病、治病.生物磁的测量生物磁的测量 利用核磁利
14、用核磁共振成像技术共振成像技术可以诊断人体可以诊断人体异常组织，判异常组织，判断疾病断疾病.核磁共振技术核磁共振技术 原子核带有正电，并进行原子核带有正电，并进行自旋运动自旋运动.通常情况下，原子核通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡旋空间取向从无序向有序过渡.SsS 如果此时核自旋系统受到外界作用，一如果此时核自旋系统受到外界作用，一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应定频率的射频激发原子核即可引起共振效应.核磁共振技术核磁共振技术 在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的在射频脉冲停
15、止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，形成射电信号，把该信号检出，进行空间，形成射电信号，把该信号检出，进行空间分辨，就能得到运动中原子核分布图像分辨，就能得到运动中原子核分布图像.核磁共振技术核磁共振技术 核磁共振成像的特点是核磁共振成像的特点是流动液体不产生流动液体不产生信号信号,称为流动效应或流动空白效应称为流动效应或流动空白效应.因此因此血血管是灰白色管状结构，管是灰白色管状结构，而而血液为无信号的黑血液为无信号的黑色色.这样使血管很容易与软组织分开
16、这样使血管很容易与软组织分开.核磁共振技术核磁共振技术 正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构脊髓显示为白色的强信号结构.核磁共振成像技术已用于全身各系统的核磁共振成像技术已用于全身各系统的成像诊断成像诊断.效果最佳的是颅脑及脊髓、心脏效果最佳的是颅脑及脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等.核磁共振技术核磁共振技术核磁共振技术核磁共振技术核磁共振全身成像图核磁共振全身成像图 应用核磁共振成像技术应用核磁共振成像技术,对心血管疾
17、病不对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化化,而且可作心室分析而且可作心室分析,进行定性及半定量的进行定性及半定量的诊断诊断,可作多个切面图可作多个切面图,空间分辨率高空间分辨率高,显示心显示心脏及病变全貌及其与周围结构的关系脏及病变全貌及其与周围结构的关系,优于其优于其它它X线成像、二维超声、核素及线成像、二维超声、核素及CT检查检查.核磁共振技术核磁共振技术 磁不仅可以诊断，而且磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾能够帮助治疗疾病病.磁石是古老中医的一味药材磁石是古老中医的一味药材.2 000多年多年前的战国时期，扁鹊就用磁石给人治病前的
18、战国时期，扁鹊就用磁石给人治病.磁疗法磁疗法 明代李时珍在明代李时珍在本草纲目本草纲目中，列举了中，列举了用磁石治疗肾虚、耳聋、眼花、大肠脱肛等用磁石治疗肾虚、耳聋、眼花、大肠脱肛等病症病症.11世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有世纪，古希腊和阿拉伯等国家也有用磁石治疗腹泻、脾脏和肝病等用磁石治疗腹泻、脾脏和肝病等.磁疗法磁疗法 磁疗对急性扭伤、肩周炎、腰肌劳损、磁疗对急性扭伤、肩周炎、腰肌劳损、神经性头痛等疗效显著；用磁场镇痛（磁麻）神经性头痛等疗效显著；用磁场镇痛（磁麻）代替药物麻醉代替药物麻醉.磁场对人体的作用主要体现在磁生物效磁场对人体的作用主要体现在磁生物效应、细胞效应、组织效应、器官效
19、应等应、细胞效应、组织效应、器官效应等.磁疗法磁疗法 现在，人们利用血液中不同成分的磁性现在，人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞差别来分离红细胞和白细胞.利用磁场与人体经络的相互作用，在治利用磁场与人体经络的相互作用，在治疗多种疾病方面有独到的作用，已经有疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗磁疗枕、磁疗腰带枕、磁疗腰带等应用等应用.磁化水磁化水：可治疗肾结石、胆结石、尿道：可治疗肾结石、胆结石、尿道结石等，有溶石、降石、排石作用，对高血结石等，有溶石、降石、排石作用，对高血压、糖尿病等也有一定疗效压、糖尿病等也有一定疗效.磁疗法磁疗法 癌症每年夺去世界上癌症每年夺去世界上7
20、00万人的生命万人的生命,我我国现在平均每国现在平均每5个死亡者中就有个死亡者中就有1人死于癌症人死于癌症.广州军区武汉总医院肿瘤科用脉冲磁场广州军区武汉总医院肿瘤科用脉冲磁场治疗仪进行临床试验取得较好的效果治疗仪进行临床试验取得较好的效果.磁疗法磁疗法 磁场能影响癌细胞的代谢磁场能影响癌细胞的代谢，使癌细胞的，使癌细胞的恶性程度降低恶性程度降低，抑制抑制癌细胞的分裂，癌细胞的分裂，提高提高细细胞的免疫功能胞的免疫功能.高压输电线附近高压输电线附近居民居民,受低频电磁波影受低频电磁波影响响,有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等有情绪易激动、易疲劳、工作效率低等症状症状.磁的副作用磁的副作用 在地
21、球上在地球上,地磁强度低的地区地磁强度低的地区,肾癌发病肾癌发病率较高率较高,易出现磁暴的地区易出现磁暴的地区,青光眼发病率较青光眼发病率较高高.在高强度磁场下在高强度磁场下长期工作和生活，会影长期工作和生活，会影响人体生态平衡，出现食欲下降、头痛失眠响人体生态平衡，出现食欲下降、头痛失眠、血压失常、烦躁、生育畸形和导致癌变等、血压失常、烦躁、生育畸形和导致癌变等.磁的副作用磁的副作用 在在0.5 T环境中，每年累计不得超过环境中，每年累计不得超过30天天.约约3%5%的的人对磁有副作用人对磁有副作用，表现为，表现为心悸、恶心、头昏、乏力等心悸、恶心、头昏、乏力等.将地磁环境下生活的将地磁环境
22、下生活的老鼠置于磁屏蔽老鼠置于磁屏蔽中，中，其寿命大大缩短。其寿命大大缩短。置于人工强磁场中置于人工强磁场中，会立，会立即死亡即死亡.强磁场中强磁场中,细菌细菌的繁殖将受到抑制的繁殖将受到抑制.动植物与磁动植物与磁 把把果蝇果蝇饲养在饲养在0.30.4 T的磁场中的磁场中,其形其形态态畸变显著增大畸变显著增大.值得注意的是：值得注意的是：关于磁生物现象和效应关于磁生物现象和效应的作用机理尚未搞清，有待进一步研究的作用机理尚未搞清，有待进一步研究.动植物与磁动植物与磁其它磁应用其它磁应用 用电磁选种子用电磁选种子 桑蚕的人工孵化桑蚕的人工孵化 农业与电磁学农业与电磁学农业与电磁学农业与电磁学 用
23、电磁选种优良的种子，就是“纯，净，干，壮，饱和健”。这里呢，我们从电磁学的角度出发，只讲讲如何检验种子的含水量。传统的选种的方法是用烘烤脱水法来测量种子的含水量，也就是把样品种子烘烤一下，种子脱水，分别测量烘前后的质量，这样就可以测出含水量了呀：含水量=（试样的烘前质量 烘后质量）/试样的烘前质量。它的优点是简便，但是费时且精度差。现在用LC或RC谐振回路中的电容器来测量种子的含水量，具体的方法是：将种子填满电容器，由于不同含水量的种子介电常数不同，因而导致振荡回路的振荡频率因种子含水量的不同而不同，所以只要用含水量对频率定标后，就可以十分迅速且准确地显示出样本的含水量。当然，对不同类别的种子
24、，其含水量的频率定标是不同的。农业与电磁学农业与电磁学桑蚕的人工孵化桑蚕饲养的一个重要问题是人工孵化，因为受精卵产生以后有一段时间长短不一的滞育期，其滞育时间的长短除了和蚕种及蚕的机质有关外，还和蚕卵所处的物理化学环境有关。因此，桑蚕的自然孵化不仅是孵化不整齐，容易感染疾病，而且不能根据桑树生长的情况及时供应蚁蚕，给饲养带来困难和局限。这就需要进行人工孵化，也就是人为地制造蚕卵所处的物理化学环境，使蚕卵根据需要解除滞育，孵化出蚁蚕。现在我国和日本这方面做得比较好，利用电晕放电技术对家蚕卵进行电晕放电处理.电晕放电实际上是辉光放电的一种。曲率大的带电导体，其表面电荷密度高，该处附近的电场强度强。
25、当导体的曲率不断增大时，造成它附近的电场强度超过空气的击穿场强时，就会出现空气被电离的放电现象，在暗环境下可观察到该处周围呈现出蓝紫色的光晕。用用磁化水磁化水（在（在10-210-1 T下磁化）下磁化）浸种、育苗或浇灌，浸种、育苗或浇灌，可提高可提高种子发芽率，促进生长种子发芽率，促进生长.磁场影响植物生长磁场影响植物生长,通过对磁场强弱的通过对磁场强弱的调节调节,可促进植物生长可促进植物生长,也可抑制其发育也可抑制其发育.用磁化水浸种后收获的用磁化水浸种后收获的大米大米，含的粗蛋，含的粗蛋白和赖氨基酸成分增多白和赖氨基酸成分增多.用磁化水用磁化水浇灌的浇灌的黄瓜黄瓜香脆多水，香脆多水，辣椒辣
26、椒肉肉厚籽少厚籽少.以磁化水作为饮用水以磁化水作为饮用水，猪、鸡、牛、，猪、鸡、牛、羊等羊等家畜少病家畜少病、生长快、毛质提高生长快、毛质提高.磁分离法磁分离法可将可将煤中的硫除去煤中的硫除去，能将废水，能将废水中的油污、杂质等分离中的油污、杂质等分离.磁化水可以防止锅炉结垢磁化水可以防止锅炉结垢 用用磁铁作成的除铁器磁铁作成的除铁器可以可以去除面粉等中去除面粉等中可能存在的铁末可能存在的铁末.由于所有物质均具有或强或弱的磁性由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它们如果它们聚集在一起形成矿床聚集在一起形成矿床，就必然对附，就必然对附近区域的近区域的地磁场产生干扰地磁场产生干扰，使地磁场，使地
27、磁场出现异出现异常常.地磁的变化地磁的变化可以用来可以用来勘探矿床勘探矿床.根据这一点，可以在陆地、海洋或者空根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中中测量大地的磁性，测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图获得地磁图，对地磁图上上磁场异常的区域磁场异常的区域进行分析和进一步勘探，进行分析和进一步勘探，往往可以发现未知的矿藏或特殊的地质构造往往可以发现未知的矿藏或特殊的地质构造.很多矿藏资源都是共生的很多矿藏资源都是共生的，也就是说好也就是说好几种矿物质混合的一起几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁，它们具有不同的磁性性.利用这个特点，人们开发了利用这个特点，人们开发了磁选机磁选机.磁选机利用不同成
28、分矿物质的不同磁性磁选机利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，以及磁性强弱的差别，用磁铁吸引这些物质用磁铁吸引这些物质，那么它们所受到的吸引力就有所区别，那么它们所受到的吸引力就有所区别，结结果可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开果可以将混在一起的不同磁性的矿物质分开，实现了磁性选矿实现了磁性选矿.普通的水雷或者地雷只能在普通的水雷或者地雷只能在接触接触目标时爆炸目标时爆炸,因此作用有限因此作用有限.如果在水雷如果在水雷或地雷上或地雷上安装磁性传感器安装磁性传感器,由于坦克或由于坦克或者军舰等都是钢铁制造的者军舰等都是钢铁制造的,在它们在它们接近接近(无须接触无须接触)目标时目标时,
29、传感器就可传感器就可探测到磁场的变化使水雷探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸或地雷爆炸,提高了杀伤力提高了杀伤力.在飞机表面涂一层在飞机表面涂一层特殊的磁性材料特殊的磁性材料吸波材料吸波材料，可以吸收雷达发射的电磁波，使，可以吸收雷达发射的电磁波，使之很少反射，因此敌方雷达无法探测到雷达之很少反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，回波，从而使飞机达到隐身的目的从而使飞机达到隐身的目的.北极光是太阳风中的粒子和地磁场相互北极光是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果作用的结果.太阳风是太阳发出的高能带电粒子流太阳风是太阳发出的高能带电粒子流.当太阳发出的高能带电粒子流到达地球当太阳发出的高能带电粒子
30、流到达地球时，与地磁场发生相互作用，就好象带电的时，与地磁场发生相互作用，就好象带电的导线在磁场中受力一样，使得这些粒子向南导线在磁场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动和聚集，并且和地球高空的稀薄气北极运动和聚集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发光光.太阳黑子是太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的太阳上磁场活动非常剧烈的区域区域.太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，响，例如使得无线电通信暂时中断等例如使得无线电通信暂时中断等.因此，因此，研究太阳黑子对我们有重要意义研究太阳黑子对我们有重要意义
31、.磁记录 计算机与超导 home计算机与电磁学计算机与电磁学 磁记录磁记录是现在使用得非常广泛的一种信息技术。它利用了铁磁材料的特性和电磁感应的规律。用来记录信息（如声音，图象或特殊信息）的铁磁材料常制成粉状而用粘结剂涂敷在特制的带，圆柱或圆盘的表面，称为磁带，磁鼓或磁盘。录音或录象时，需要一个录音磁头，它实际上是一个具有微小气隙的电磁铁（如图）。计算机与电磁学计算机与电磁学 录音时，就使磁带靠近磁头的气隙走过，磁头的线圈内此时将通入由声音或图象转化成的电信号，即强弱和频率都在改变着的电流。这电流将使铁心的磁化状态以及缝隙中的磁场发生同步的变化。这变化着磁场将使附近经过的磁带上的磁粉的磁化状态
32、发生同步的变化，从而使磁粉离开磁头后，它的剩磁的强弱变化相应于输入磁头的电流的变化，也就是相应 于声音或图像信号的变化 这样就在磁带上记录下了声音或图像(如图)。计算机与电磁学计算机与电磁学我们可以想象一下放音或放像的工作过程：让已录了音(或像)的磁带在磁头的气隙下面通过磁带上铁粉的剩磁强弱的变化将引起铁心内磁通的变化。这变化将在线圈内产生同步变化的感应电流很明显只要此时磁带移动的速度和录音时磁带移动的速度相同，此时线圈中产生的感应电流的变化将和录音时输入的信号电流的变化相同将此电流放大再经过电声转换或电像转换就可以得到原来记录的声音或图像要想把已记录了的声音或图像抹去，只要在磁带通过时在磁头
33、的线圈内通以等幅振荡电流就可以了，这就是消音录音磁粉和磁头铁心都是磁性材料，但它们是有别的，由于要起的作用不同，所以录音磁粉和磁头铁心所用的材料就不同磁粉要记录声音或图像，并希望加以保存，所以应该具有较大的剩磁和矫顽力因此磁粉应选用硬磁材料，即磁滞回线比较胖的材料。对磁头铁心来说，要求它能及时地准确地与信号发生同步的变化，所以要求它具有很小的剩磁，面且磁导率比较大因此，铁心要选用软磁材料，即磁滞回线瘦，面且磁化曲线比较陡(u大)的材料另外，由于磁化曲线在微弱磁场范围内有弯曲，不是线性的，就容易使记录失真为了避免这一缺点，就在与输入录音信号的同时输入一个等辐振荡电流(频率比信号的最高频率大510
34、倍)，称之为偏磁电流这样就能使要记录的信号只在磁化曲线的直线部分发生变化，从而减少了失真 计算机与电磁学计算机与电磁学计算机与超导现在的计算机技术越来越发达了，有人就会提问：计算机的运行速度越来越快了，它的发展会不会受到物理条件的限制？现实中随着集成电路芯片上元件密度不断提高，而整个主机又装在愈来愈小的空间中，那么各个层次上元件发散的热量又会对计算机造成潜在的威胁。有资料说，计算机的功率密度已达到几瓦/厘米2的水平，相当于家庭炉灶上热水锅的功率密度。对于计算机的元件的散热问题，如果提高集成电路底板上的散热效率，或采用传热效率高的传热液体（如氟利昂）作成计算机的冷却系统，对此科学家早就有了超导计
35、算机的设想，采用超导材料和超导器件来代替原来计算机中的半导体材料和器件。超导体在低温下没有电阻，这样就可以用超导材料来做计算机的内外传输连线，是一种最理想的不发热导线。超导材料除了做不发热导线外，还可以用来逻辑开关元件。超导逻辑开关元件是根据英国科学家约瑟夫逊在1962年发明的超导隧道结。在两块超导体中间夹一层极薄的绝缘氧化层，约瑟夫逊发现，超导体内的电子对可以穿越绝缘层而产生导电电流。这就是超导隧道效应，又称“约瑟夫逊效应”。而当外加电流超过临界电流Ic时，超导体进入正常导体状态，这时超导隧道效应消失，器件处于截止状态。这种隧道结器件有导通，截止两种状态可用做逻辑开关元件。这种逻辑开关元件跟
36、半导体开关元件相比，有着自己的优越性，由于从超导态向正常态的转变非常快，因此，这种元件的开关时间可能达到皮秒的数量级。这种器件的功率消耗很低，大约为微瓦量级，因此，明显优于半导体开关元件。只是，因为超导计算机必须在低温状态下工作，这就对材料，器件等的要求比较高，也会给制备工作带来困难。另外，维持低温状态的费用还比较昂贵。霍尔效应与汽车 电桥平衡在空气流量计汽车与电磁汽车与电磁学学 霍尔效应与汽车霍尔效应是一种电流的磁效应，（少图）当电流通过霍尔元件时，比如说是p型半导体，在垂直于电流的方向施加一个磁场。空穴有一定的漂移速度v，空穴将受到垂直与磁场的洛伦兹力的作用，即：，洛伦兹力使电荷产生横向偏
37、转，而偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向的电场E，直到电场对载流子的作用力 与洛伦兹力相抵消为止，即：，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。电磁流血计的工作原理也是根据这个原理制作的。汽车与电磁学汽车与电磁学 经过简单的推导我们知道霍尔电势差就是：，其中：R为霍尔系数，d为样品厚度。前面我们说过，可以根据这个电势差来判断半导体是n型的还是p型的，即半导体材料的导电类型；还讲了根据霍尔效应制成的高斯计来测量磁感应强度。其实它在生活中还有很多的应用，这里我们来看看霍尔式电子点火装置。下面两个图汽车与电磁学汽车与电磁学图中的数字分别表示：1触发叶轮的叶片；2 霍尔元件；3 永久磁铁；4 导板
38、。第一幅图是触发叶片进入空气隙中，霍尔元件中的磁场被旁路了；第二幅图是触发叶片离开空气隙霍尔元件被磁场饱和。既是通过出发叶片来旁路磁场，点火时需要相对比较高的电压，所以这里还需要一个放大回路：汽车与电磁学汽车与电磁学具体的原理就是这样的：当触发叶轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空隙时，通过霍尔元件的原磁场被触发叶轮的叶片旁路，霍尔电压消失，发生器无信号输出，集成电路放大器输出级导通，点火线圈初级绕组中便有电流通过。当触发叶轮的叶片离开时，永久磁铁的磁通便通过导板到霍尔元件，这时产生霍尔电压，发生器有信号输出，集成电路输出级截止，初级绕组中的电流被终止，次级绕组中便感应出高压电动势
39、，从而能够点火。火点着了，汽缸内的燃气开始燃烧，提供动力了。汽车与电磁学汽车与电磁学 但在点火之前，还要使用防爆传感器来确定最佳的点火时间。所谓爆震是指发生在汽缸内的一种非正常燃烧现象，就是汽缸内的气体在各种外界因素的作用下，产生自燃的现象。汽缸内出现几个火焰中心，伴随着超音速冲击波，缸内压力明显波动，同时可听到缸内有类似金属的“敲击声”。这里我们介绍其中的一种，就是磁致伸缩式爆震传感器。磁致伸缩类似于压电现象，是指某些铁磁物质在外界磁场的作用下会产生形变，即产生伸长或缩短，这种现象称为“磁致伸缩”；相应地，在外界机械力的作用下，某些铁磁物质会发生磁导率的改变，这种现象称为“压磁效应”。如果将
40、它们做成线圈的铁芯，即会引起线圈的电感量发生变化，由此可以实现机械量和电学量之间的转换。用于检测爆震的磁致伸缩爆震传感器装在汽缸体上：汽车与电磁学汽车与电磁学 在爆震发生时，将在某一定频率范围内产生异常的电压信号，电子线路将这个异常电压信号分离出来，作为爆震发生的信号进行控制。这个也可以用来监测大型的锅炉的运行情况。而且既然它和压电元件的工作原理类似，也可以用压电元件作为爆震传感器了。汽车与电磁学汽车与电磁学电桥平衡在空气流量计空气流量计用于测量空气流量，有利于控制进气量。所谓电桥平衡就是在下面的图中：当 时，电桥达到平衡，电流计中没有电流。热线式空气流量计的原理图就是上面的图。其测量元件是直径为0.030.05mm的铂金属丝饶成的线圈，放在进气管中，通以一定的加热电流，线圈被加热，通过的空气将对加热线圈有冷却作用，使线圈的电阻值发生变化，电桥失去平衡。为了保持电桥的平衡，必须提高电桥的电压，加大流过热线的电流，使热线因电流增加而发热，恢复到原来的阻值。电桥重新达到平衡所增加的电流的大小直接和空气流量有关：，其中，I为增加的电流，Q为空气的质量流量，K为常数。
