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第一章 第一节 第二节 第三节 第四节 第二章 第一节 第二节 第三章 第一节 第二节 第三节 第六节 第一章 第一节 一、磁场的概念 1、磁场的简易定义。对放入其中的小磁针有磁力的作用的物质叫做磁场。磁场是一种看不见，而又摸不着的特殊物质。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。 2、磁场的实质。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。 3、磁场的特征。磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力距皆源于此。而现代理论则说明，磁力是电场力的相对论效应。 二、磁场的表示 与电场相仿，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场，描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B，也可以用磁感线形象地图示。然而，作为一个矢量场，磁场的性质与电场颇为不同。运动电荷或变化电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，都是无源有旋的矢量场，磁力线是闭合的曲线族，不中断，不交叉。换言之，在磁场中不存在发出磁力线的源头，也不存在会聚磁力线的尾闾，磁力线闭合表明沿磁力线的环路积分不为零，即磁场是有旋场而不是势场（保守场），不存在类似于电势那样的标量函数。 三、磁感应强度 1、定义。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的基本物理量，是矢量。磁感应强度B在所有点上的散度均为零。与磁力线方向垂直的单位面积上所通过的磁力线数目，又叫磁力线的密度，也叫磁通密度，用B表示，单位为特斯拉，符号T。由于历史的原因，与电场强度E对应的描述磁场的基本物理量被称为磁感应强度B，而另一辅助量却被称为磁场强度H，名实不符，容易混淆。通常所谓磁场，均指的是B。 2、公式。B在数值上等于垂直于磁场方向长 1m，电流为1A的导线所受磁场力的大小。公式表示为：B＝F/IL(由F＝BIL推导而来) 3、方向。磁场方向即磁感应强度的方向，判定方法是放入检验小磁针所受磁场力的方向，也是小磁针稳定平衡时的方向。 4、在磁场中，同向的电流相互吸引，反向的电流相互排斥。 四、磁通量 1、定义。设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通，是标量，但有正负，正负仅代表穿向。也即磁通量是通过某一截面积的磁力线总数，用Φ表示，单位为韦伯，符号Wb。 2、公式。通过一线圈的磁通的表达式为：Φ＝B*S*cosθ（其中B为磁感应强度，S为该线圈的面积，S与B的垂面夹角θ。）1Wb＝1T·1㎡。公式中的B既可以是电流产生的磁场，也可以是变化电场产生的磁场，或两者之和。 3、意义。通过某一平面的磁通量的大小，可以用通过这个平面的磁力线的条数的多少来形象地说明。在同一磁场中，磁力线越密的地方，也就是穿过单位面积的磁力线条数越多的地方，磁感应强度B越大。因此，B越大，S越大，穿过这个面的磁感线条数就越多，磁通量就越大。 4、磁场的高斯定理。通过任意闭合曲面的磁通量为零，即它表明磁场是无源的，不存在发出或会聚磁力线的源头或尾闾，亦即不存在孤立的磁单极。 五、磁场方向 规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁场的方向。从北极出发到南极的方向，在磁体内部是由南极到北极，在外可表现为磁感线的切线方向或放入磁场的小磁针在静止时北极所指的方向!磁场的南北极与地理的南北极正好相反，且一端的两种极之间存在一个偏角，称为磁偏角！磁偏角不断地发生缓慢变化！掌握磁偏角的变化对于应用指南针指向具有重要意义！ 六、磁感线（磁力线） 在磁场中画一些曲线，使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同，这些曲线叫磁力线。磁力线是闭合曲线。规定小磁针的北极所指的方向为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁力线从S极到N极。 七、磁场与磁现象 磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，指南针是中国古代一大发明。磁场是广泛存在的，地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星，以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。为了认识和解释其中的许多物理现象和过程，必须考虑磁场这一重要因素。在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。地球的磁极与地理的两极相反。 八、安培力 1、通电导体受安培力方向。电流在磁场中某处所受的磁场力（安培力），与电流在磁场中放置的方向有关，当电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；当电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大。 2、左手定则。让磁感线垂直穿过左手手心，四指指向电流方向，并使拇指与四指垂直，拇指所指方向即通电导体所受磁场力（安培力）方向。若磁感线不与电流方向垂直，则将磁感应强度分解到垂直于电流和平行于电流方向，对垂直于电流的分量应用上述左手定则即可，若平行，则不受安培力。可见，安培力垂直与磁感应强度和电流共同确定的平面。 3、公式。F＝BIL*Sinθ 九、洛伦兹力 1、点电荷q以速度v在磁场中运动时受到力f 的作用。在磁场给定的条件下，f的大小与电荷运动的方向有关。当v 沿某个特殊方向或与之反向时，受力为零；当v与此特殊方向垂直时受力最大，为fm。fm与|q|及v成正比，比值与运动电荷无关，反映磁场本身的性质，定义为磁感应强度的大小，即B的方向定义为：由正电荷所受最大力fm的方向转向电荷运动方向v时，右手螺旋前进的方向 。 2、公式。定义了B之后，运动电荷在磁场 B 中所受的力可表为F＝qvBSinθ，此即洛伦兹力公式。 十、磁场类型 1、恒定磁场。磁场强度和方向保持不变的磁场称为恒定磁场或恒磁场，如铁磁片和通以直流电的电磁铁所产生的磁场。 2、交变磁场。磁场强度和方向在规律变化的磁场，如工频磁疗机和异极旋转磁疗器产生的磁场。 3、脉动磁场。磁场强度有规律变化而磁场方向不发生变化的磁场，如同极旋转磁疗器、通过脉动直流电磁铁产生的磁场。 4、脉冲磁场。用间歇振荡器产生间歇脉冲电流，将这种电流通入电磁铁的线圈即可产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是间歇式出现磁场，磁场的变化频率、波形和峰值可根据需要进行调节。 5、恒磁场又称为静磁场，而交变磁场，脉动磁场和脉冲磁场属于动磁场。磁场的空间各处的磁场强度相等或大致相等的称为均匀磁场，否则就称为非均匀磁场。离开磁极表面越远，磁场越弱，磁场强度呈梯度变化。 第二节 一、电磁场与电磁波 1、电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体和总称。随时间变化的电场产生磁场，随时间变化的磁场产生电场，两者互为因果，形成电磁场。电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，是物质存在的一种形式，是统一的整体，电场和磁场是它紧密联系、相互依存的两个侧面，变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以波动形式在空间传播。电磁场的性质、特征及其运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。 2、电磁场可由变速运动的带电粒子引起，也可由强弱变化的电流引起，不论原因如何，电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁波具有可交换的能量和动量，电磁波与实物的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等等，都证明电磁场是客观存在的物质，它的“特殊”只在于没有静质量。 3、在电磁学里，电磁场是一种由带电物体（电荷或电流）产生的一种物理场。处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。电磁场与带电物体之间的相互作用可以用麦克斯韦方程和洛伦兹力定律来描述。 二、电磁感应与静电感应 1、电磁感应现象。电磁感应现象就是因磁通量变化产生感应电动势的现象。即闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应，产生的电流称为感应电流。 2、感应电流产生的条件是电路必须是闭合且通的，穿过闭合电路的磁通量发生变化。如果缺少一个条件，就不会有感应电流产生。 3、电磁感应现象不应与静电感应混淆。电磁感应将电动势与通过电路的磁通量联系起来，而静电感应则是使用另一带电荷的物体使物体产生电荷的方法。 三、电磁感应定律 1、电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。 2、意义。法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。人类社会从此迈进了电气化时代。 3、感应电动势的正负极可利用感应电流方向判定，电源内部的电流方向是由负极流向正极。 四、感应电动势 1、定义。穿过导电回路所环绕的面积内的磁通发生变化时，在该回路中产生的电动势；或当导线切割磁力线时，在导线两端产生的电动势。要使闭合电路中有电流，这个电路中必须有电源，因为电流是由电源的电动势引起的。在电磁感应现象里，既然闭合电路里有感应电流，那么这个电路中也必定有电动势，在电磁感应现象中产生的电动势叫做感应电动势。 2、感应电动势分为感生电动势和动生电动势。感生电动势的大小跟穿过闭合电路的磁通量改变的快慢有关系，即ε＝nΔΦ/Δt。感生电动势是因为穿过闭合线圈的磁场强度发生变化产生涡旋电场导致电流定向运动。其方向符合楞次定律。右手拇指指向磁场变化的反方向，四指握拳，四指方向即为感应电动势方向。动生电动势是因为导体自身在磁场中做切割磁感线运动而产生的感应电动势，其方向用右手定则判断，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向动生电动势的方向。动生电动势的方向与产生的感应电流的方向相同。右手定则确定的动生电动势的方向符合能量转化与守恒定律。产生动生电动势的那部分做切割磁力线运动的导体就相当于电源。 3、当穿过某一不闭合线圈的磁通量发生变化时，线圈中虽然没有感应电流，但感应电动势依旧存在。当一段导体在匀强磁场中做匀速切割磁感线运动时，不论电路是否闭合，感应电动势的大小只与磁感应强度B、导体长度L、切割速度v及v和B方向间夹角θ的正弦值成正比，即ε＝BLvsinθ(式中θ为B,L,v三者间通过互相转化两两垂直所得的角)。 五、感应电动势公式 1、普适公式。感应电动势ε＝nΔΦ/Δt（式中ε为产生的感应电动势，单位为V； n为合电路线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb；Δt为发生变化所用时间，单位为s） 2、切割磁感线运动公式。感应电动势ε＝BLVsinA（式中V为速度，单位m/s；L为导线有效长度，单位m；其中v和L不可以和磁感线平行，但可以不和磁感线垂直，其中sinA为v或L与磁感线的夹角） 3、交流发电机最大的感应电动势。感应电动势εm＝nBSω（式中Em为感应电动势峰值；ω为角速度，单位rad/s） 4、导体一端固定以ω旋转切割。感应电动势ε＝B(L^2)ω/2 5、自感电动势。感应电动势ε自＝-n*ΔΦ/Δt＝LΔI/Δt（式中L为自感系数，单位H，线圈L有铁芯时比无铁芯时要大；ΔI为变化电流，Δt为所用时间；ΔI/Δt为自感电流变化率，即变化的快慢） 六、交变电磁场与瞬变电磁场 时变电磁场还可以进一步分为周期变化的交变电磁场及非周期性变化的瞬变电磁场。对它们的研究在目的上和方法上有一些各自的特点。交变电磁场在单一频率的正弦式变化下，可采用复数表示以化简计算，在电力技术及连续波分析中应用甚多。瞬变电磁场又称脉冲电磁场，覆盖的频率很宽，介质或传输系统呈现出色散特性，往往需要采取频域、或时序展开等方法进行分析。 七、电磁波（电磁辐射） 麦克斯韦方程表明，不仅磁场的变化要产生电场，而且电场的变化也要产生磁场。时变场在这种相互作用下，产生电磁辐射，即为电磁波，也常称为电波。这种电磁波从场源处以光速向周围传播，在空间各处按照距场源的远近有相应的时间滞后现象。电磁波还有一个重要特点，它的场矢量中有与场源至观察点间的距离成反比的分量。这些分量在空间传播时的衰减远较恒定场为小。按照坡印廷定理，电磁波在传播中携有能量，可以作为信息的载体。这就为无线电通信、广播、电视、遥感等技术开拓了道路。 电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，而其每秒钟变动的次数便是频率。当电磁波频率低时，主要藉由有形的导电体才能传递；当频率渐提高时，电磁波就会外溢到导体之外，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。举例来说，太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到和煦阳光的光与热，这就好比是“电磁辐射藉由辐射现象传递能量”的原理一样。 电磁波是电磁场的一种运动形态。从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁辐射是传递能量的一种方式，辐射种类可分为三种：游离辐射、有热效应的非游离辐射和无热效应的非游离辐射。 在高频电磁振荡的情况下，部分能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做电磁波。在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比较缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。 电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波。波长越长的地面波，其衰减也越少。电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。中波或短波等空中波则是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播（电离层在离地面50～400km之间）。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。其速度等于光速（每秒3×10^8m）。 光波其实就是电磁波，无线电波也有和光波同样的特性，如当它通过不同介质时，也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等现象。在空间传播的电磁波，距离最近的电场（磁场）强度方向相同和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长λ。电磁波的频率γ即电磁振荡电流的频率，无线电广播中用的单位是千赫，速度是c，根据λγ＝c，求出λ＝c/γ。 八、电磁波谱 按照波长或频率的顺序把电磁波排列起来，就是电磁波谱。把每个波段的频率由低至高依次排列，它们就是工频电磁波、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。各种光线和射线，都是波长不同的电磁波。其中以无线电的波长最长，宇宙射线的波长最短。无线电波3000m～0.3mm、红外线 0.3mm～0.75μm、可见光0.7μm～0.4μm、紫外线 0.4μm～10mμm、X射线10 mμm～0.1 mμm、γ射线 0.1 mμm～0.001 mμm、宇宙射线小于0.001 mμm。 九、电磁辐射对人体的伤害 ㈠、电磁辐射 广义的电磁辐射通常是指电磁波频谱而言。狭义的电磁辐射是指电器设备所产生的辐射波，通常是指红外线以下部分。 ㈡、电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和积累效应等。 1、热效应。人体内70%以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。 2、非热效应。人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即将遭到破坏，人体正常循环机能就会遭受破坏。 3、累积效应。热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也会诱发想不到的病变，应引起警惕！ ㈢、电磁辐射的危害 各国科学家经过长期研究证明：长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、血压异常、皮肤产生斑痘、粗糙，甚至导致各类癌症等；男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症。 磁场会使人体产生严重的危害性病变和思维的延续变化。如果人类长期生活在强磁场范围内，会导致内分泌紊乱失调，大脑也会产生不正常的延续思维，会诱发人体的某些潜能和特殊的功能变化，也会诱发癌症。在大都市中，由电网和通讯网络产生的不同频段的电磁波辐射，已经给人类带来了诸多不利因素。 十、电子烟雾 一项新研究发现，电脑、打印机及其他办公设备产生的“电子烟雾”(即电磁场、电磁辐射)，可能使员工置身于污染物和细菌水平更高的工作环境中。 第三节 地球可视为一个磁偶极，地磁场是从地心至磁层顶的空间范围内的磁场。地磁的北磁极在地理的南极附近；地磁的南磁极在地理的北极附近。磁针的指极性是由于地球的北磁极（磁性为S极）吸引着磁针的N极，地球的南磁极（磁性为N极）吸引着磁针的S极。地磁的磁感线和地理的经线是不平行的，它们之间的夹角叫做磁偏角。中国古代的著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。通过地磁场两个磁极的假想直线（磁轴）与地球的自转轴大约成11.3°的倾斜。地球的磁场向太空伸出数万公里形成地球磁圈。地球磁圈对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用。地球磁圈在白昼区(向日面)受到带电粒子的力影响而被挤压，在地球黑夜区(背日面)则向外伸出。 地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分，它们在成因上完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，起源于地球内部，比较稳定，变化非常缓慢，属于静磁场部分。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要起源于地球外部，相对比较微弱。地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分。偶极子磁场是地磁场的基本成分，其强度约占地磁场总强度的90%，产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程，即自激发电机效应。非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域，平均强度约占地磁场的10%。地磁异常又分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型。平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化，其场源分布在电离层中。干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等，场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系。磁暴是全球同时发生的强烈磁扰，持续时间约为1～3天，幅度可达10纳特。其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内。除外源场外，变化磁场还有内源场。内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的。地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系，又和地壳上地幔的电性结构有关，所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义。 近地空间的地磁场，像一个均匀磁化球体的磁场，其强度在地面两极附近还不到1高斯，所以地磁场是非常弱的磁场。地磁场强度的单位过去通常采用伽马（γ），即1纳特斯拉。1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位，1高斯＝10^(-4)特斯拉（T），1伽马＝10^(-9)特斯拉＝1纳特斯拉（nT），简称纳特。地磁场虽然很弱，但却延伸到很远的空间，保护着地球上的生物和人类，使之免受宇宙辐射的侵害。 行军、航海利用地磁场对指南针的作用来定向。人们还可以根据地磁场在地面上分布的特征寻找矿藏。地磁场的变化能影响无线电波的传播。当地磁场受到太阳黑子活动而发生强烈扰动时，远距离通讯将受到严重影响，甚至中断。假如没有地磁场，从太阳发出的强大的带电粒子流（通常叫太阳风），就不会受到地磁场的作用发生偏转而直射地球。在这种高能粒子的轰击下，地球的大气成份可能不是现在的样子，生命将无法存在。所以地磁场这顶“保护伞”对我们来说至关重要。 地磁场强度大约是500～600毫高斯，也就是5～6*E-5特斯拉（E-5即0.00001） 第四节 一、概述 外加磁场对于生物的影响称为磁场生物效应。这是生物磁学中的重要研究内容之一。由于外加磁场的类型和生物层次的不同，磁场生物效应也有不同的表现。根据磁场的类型和强度，磁场生物效应可以分为强磁场效应、地磁场效应、微弱磁场效应和交变磁场效应。又根据磁场所作用的生物层次，磁场生物效应可以分为生物分子效应、细胞效应、组织器官效应和整体效应。这些效应对于不同生物又是多种多样的。生物磁场一般有两个来源：一种是由于生物体中的电子传递和离子转移等过程的生物电流产生的；另一种是由于生物体内的强磁性物质(如Fe3Q4)磁化后产生的。生物磁场的强度是很微弱的，例如人的心脏活动产生的心磁场约10-7～10-8奥。 关于磁场生物效应的机理，目前尚不十分清楚，仍在继续研究中。一般说来，磁场会使生物材料受到磁力(在不均匀磁场中)或磁转矩(在均匀磁场中)的作用，会使带电粒子受到洛沦兹力的作用，而这些力和力矩又会影响到生物体中电子(离子)的传递、自由基的运动、合顺磁离子的蛋白质和菌的活性、生物膜的渗透以及生物半导体和生物中水的性质。但其具体的过程和机制，既包括物理的作用，又涉及生物的结构和功能，是一个十分复杂而没有完全解决的问题。 构成生物体的生物材料都具有一定的磁性。例如，大多数生物材料具有抗磁性，少数含过渡族金属离子(如Fe、Co、Ni、Mn等离子)的生物材料在一定条件下只有顺磁性。最近在一些生物(如某些细菌、蜜蜂和鸽子)体中还发现了微量的亚铁磁性的Fe3O4颗粒。抗磁性和顺磁性属于强磁性，亚铁磁性属于弱磁性，两者强弱相差可达几百万倍以上。 二、不同磁场的生物效应 1、强磁场生物效应。在磁场生物效应中，一般指强度高于100奥的磁场为强磁场。实验发现，强度高于14000奥的均匀恒定磁场，会抑制某些细菌的生长。把果蝇饲养在均匀恒定磁场中，观察果蝇形态上的变化，发现磁场强度为100～1500奥时，形态并无显著的畸变，而当磁场强度增加到3000～4000奥时，畸变就迅速显著地增大。若把不同蛹龄或虫龄的果蝇放在强度约22000奥、梯度约9000奥/mm的不均匀恒定磁场中，1小时龄的果蝇蛹经过几分钟便死亡，蛹龄较长的果蝇蛹经过10分钟后约有50%不能变为成虫，变为成虫后也不能活到1小时以上。把移植有肿瘤的小白鼠饲养在强度约2400～4500奥、梯度约1000奥/cm的不均匀恒定磁场中，经过27天后，肿瘤完全消失，但不加磁场的对照搬到22天后便因肿瘤长大而死亡。磁场可以影响红血球的凝结速率，实验表明强度为50、400和5000奥的均匀恒定磁场分别使红血球凝结速率增加21%、25%和30%。 2、地磁场生物效应。地球表面的地磁场强度为0.3～0.5奥，它是地球上生物和人类生活环境的一种始终起作用的物理因素。生物和人类在长期的演化过程中，已经适应了这一物理环境。如果环境磁场剧烈变化，如地球上发生磁暴、地质时代的地磁场反向或进入宇宙空间的磁场，都可能影响生物和人的活动。还有一些生物利用了地磁场这一环境因素作为生物导航和定向的依据。已经发现一些水生细菌有沿着地磁场方向朝北游动的习性，称为向磁性。冬小麦在磁场(等效地磁场)中生长时，其根总是平行于地磁场或等效地磁场，也表现向磁性．还发现果蝇的ST基因有序程度的变化与地磁倾角的变化随季节呈现明显的相关性。经过长期试验表明；鸽子的导航与地磁场有密切的联系。最近已经在向磁性细菌和鸽子头部发现强磁性的Fe2O4微粒，可能与它们的向磁性或导航有关。 3、微弱磁场的生物效应。在生物磁学中，一般将远低于地磁场强度的磁场(如＜10-3奥)称为微弱磁场。例如行星际空间磁场约5×10-5奥，月球表面磁场小于10-5奥，地磁场在反向的过渡时期中估计可能降低到远低于正常值．进行微弱磁场的生物效应实验需要高灵敏度的磁强计和抵消地磁场的装置。将眼虫藻、绿藻和纤毛虫在低于10-3奥的恒定微弱磁场中培养3个星期，发现其生长繁殖加快，但在102奥的强磁场中培养，生长繁殖却受到抑制。把小白鼠饲养在10-3奥的微弱磁场中，一年以后，其寿命比对照组缩短6个月，并且不能再生育 4、交变磁场的生物效应。强度随时间变化的交变磁场与强度不随时间改变的恒定磁场对生物的效应是不完全相同的。后者(恒定磁场)为狭义的生物效应，前者(交变磁场)还具有电磁感应作用。人眼部受到变化的磁场作用时，在无光的情况下也会产生光的感觉，称为磁闪光现象。实验研究表明，磁闪光的强度和特性与交变磁场的频率有关。当频率为20～30赫兹时，磁闪光效应最为显著。实验还发现，强度为1500～1700奥、频率为12赫兹的交变磁场，可以抑制刚移植到小鼠身上的肿溜的长大。 三、磁场对不同生物层次的效应 1、磁场对生物分子的效应。实验观测到，生物胰蛋白酶在1500奥均匀恒定磁场中活性增大，因而在受紫外光辐射时，其光密度变小。在创伤愈合实验中，施加强度3000～4000奥、梯度200奥/cm的不均匀恒定磁场，使成纤维细胞增殖和纤维化都减小，因而推断是不均匀磁场干扰了生物大分子的产生。把S-37肿瘤细胞放在3700奥均匀磁场中处理1～3小时，会使这肿瘤细胞中的脱氧核糖核酸(DNA)合成减少，表明磁场对这种合成有抑制的作用。 2、磁场对细胞的效应。在对兔和小鼠的无血浆细胞作体外培养时，若施加强度14600奥，梯度5000奥/cm的不均匀恒定磁，会显著增加这些细胞的生长速度。但把细胞放在组织培养液中培养时，若施加4000奥的均匀恒定磁场，则会抑制它的生长。把体外培养的S-37肿瘤细胞放在4400～8000奥的均匀恒定磁场中在37℃处理18小时，观察到这些细胞发生退化变性现象，但如果放在1000～2000奥的均匀恒定磁场中作同样的处理，则未观察到任何可察觉的变化。这一实验表明这种退化现象需要磁场强度超过一定峰值时才会产生。还发现磁场强度对于s-37肿瘤细胞的呼吸有较大的影响，当磁场从80奥增加到7300奥时，细胞的呼吸由显著的兴奋状态转变到显著的抑制状态。 3、磁场对组织和器官的效应。把水芹放在强度约4000奥、梯度约5000奥/cm的不均匀恒定磁场中，并消除重力的影响，可观察到水芹根经过几十分钟便向着磁场强度减弱的方向生长，表现出“背磁性”。把小鼠饲养在4200奥的均匀恒定磁场中，4天以后发现小鼠的肾上腺皮层的网状带组织受到破坏和变窄，骨髓中的巨核细胞因数减少，脾脏中的巨核细胞数却增加。比较磁场、光和声音对哺乳动物脑器官的影响，实验表明，磁场的影响虽较弱，但却表现出潜伏期长的抑制效应和滞后效应。 4、磁场对生物整体的效应。许多实验结果表明，不论在均匀的还是不均匀的强磁场中，若干细菌的生长都会受到抑制。大麦的根和苗在1200奥的恒定磁场中，其生长速度都比不加磁场的对照组高。为观察磁场对生物遗传的影响，把果蛹蛹放在强度约22000奥、梯度约9000奥/cm的不均匀恒定磁场中处理30分钟，观测到后代的发育时间有显著增加，直到第30代也没有恢复正常。 四、磁场生物效应的应用 1、在环境保护中的应用。利用高梯度磁分离法，可以大量除去煤中污染性强的硫化物。在水中施加强磁性细粉（如Fe3O4粉，称为磁性种子），再通过磁分离器或高梯度磁分离器，可以高效率的消除水中的细菌、病毒、洗涤剂和有害残留物（如Hg等）等，防止环境的污染。 2、在生物工程中的应用。长期的观测和试验表明，鸽子的认家（导航）与地磁场有关，一些细菌在水中沿地磁场方向游动，表现出“向磁性”，这些现象为磁导航的仿生学研究提供了有意义的线索。对果蝇的试验表明，磁场能引起果蝇遗传上的变异，这有可能在遗传工程上获得应用。在生物工程上，可以利用磁作用和电磁作用原理，制成人工心脏输血的电磁泵；分离细胞、细菌、病毒和叶绿素中生物颗粒的磁电泳仪以及无转动部件的电磁离心机等。在人类的宇航活动和空间生物学研究中，还可能利用一些磁技术和磁效应。例如，可以利用强磁场防御高能宇宙线的照射，可以利用磁场产生的磁力造成失重状态下的人工重力。研究入和生物在强磁场(如电磁推进装置防高能宇宙射线设备)或极弱磁场(如星际空间、月球和某些行星磁场)中生活的影响也是需要和有意义的。 3、在医药上的应用。在病人的患处或其他部位(如经穴)施加适当强度的恒定磁场或交变磁场，可以治疗一些疾病，称为磁场疗法，或简称磁疗。临床实践表明，对于治疗急性挫扭伤、腰肌劳损、风湿性关节炎、高血压、神经性头痛等常见病和多发病都有较好的或一定的疗效。还可以利用磁场(或加脉冲电场配合)作外科手术时的麻醉，称为磁场(或磁电)麻醉，简称磁麻。已经把磁麻应用到拔牙、切除扁桃体和粉瘤等手术，收到较好的效果。还有用强磁材料作成磁手镯、磁项链，磁椅和磁床等，以治疗高血压和消除疲劳。这些磁疗方法具有适应症较广，治疗安全，无创伤和痛苦，副作用极少，操作简单等优点。以磁石(Fe3O4)为重要成分的成药如磁石、耳聋左慈丸、紫雪(散)、磁珠丸已写入《中华人民共和国药典》(1963年)。利用磁场作用的原理，已经制成血流计，无触点心肌和神经刺激器，磁控导管，磁药针，（红，白）血球分禽器，还可以用核磁共振技术作癌的早期检查和诊断。 4、磁化水。流水经过与水流方向垂直的一定强度的磁场处理后称为磁场处理水，简称磁水，习惯上也称磁化水。经过长期和大量的试验和应用表明。磁水不但能显著降低水垢，而且具有多方面的生物效应。因而在农业、医药和食品工业等方面获得了许多受到重视的应用。 5、在农业上的应用。许多试验表明，利用磁场处理一些农作物的种子，施加磁性肥料(如钡铁氧体BaFe12O19颗粒和微量稀土盐类)，或利用经磁场处理的水(简称磁水或磁化水)浸种、育秧或灌溉，以及用磁水养鱼，可以提高种子发芽率，促使作物长势好，收到增产的效果，或使鱼病减少，促进鱼的发育生长。在磁场中饲养的小鸡和小白鼠，也比对照组的体重增加。利用磁学方法还可进行无损和快速的种子养分的测定和病虫害的检疫。 五、神奇的生物磁场 生物具有磁性是地球为生物留下的鲜明的环境烙印，但生物对磁性的拥有并不是完全被动的，它们通常是将磁性为我所用，有些生物则是将磁性当作自身的生存法宝。 1、植物，健康成长。植物的细胞具有极性，植物的生命磁场对自身的生长发育有着很重要的作用，研究人员将小麦、玉米的种子分别放置在水分和养料都一模一样的容器内，几天过后，凡是胚根朝向磁南极的种子，都比胚根朝向磁北极的种子早发芽，并且根和茎部比较健壮。此外，研究人员还发现植物的磁性趋向对树木的生长速度也会产生明显的影响，根据这个发现，科学家发明了定向植物机，以此来安排种子的种植方向，提高树木的成活率和生长速度。 2、细菌，避氧。20世纪70年代，一位美国科研人员在研究细菌的活动规律时，偶然观测到一种水生细菌总是朝着磁北极游动，人们把这种水生细菌叫做磁性细菌或向磁性细菌。原来，在这种长条形细菌体中，延长轴排列着大约20颗细小的黑粒，这些细黑粒是直径约50nm的强磁性四氧化三铁。在电子显微镜下，细菌体内的磁性小颗粒有规则的排成列，每一列长0.5μm，磁性细菌沿地磁场磁力线方向分别向南北移动，是由他们的厌氧特性导致的。 3、动物，导航定位。我们都知道信鸽有种惊人的远距离辨认方向的本领，那么信鸽究竟是靠什么来辨别方向的呢？近年来科学家在解剖信鸽时，在信鸽头部找到了许多具有强磁性的四氧化三铁颗粒，这些磁性物质排列成一定形状，一定长度，组成对地磁十分敏感的“磁罗盘”。细心的人还可以观察蜜蜂，苍蝇等昆虫，他们在起飞或降落的时候往往也朝向磁南极或磁北极，这也是这些昆虫飞行定位的依据。 第二章 第一节 一、磁铁的概念 磁铁是可以产生磁场的物体，为一磁偶极子，能够吸引铁磁性物质如铁、镍、钴等金属。磁极的判定是以细线悬挂一磁铁，指向北方的磁极称为指北极或N极，指向南方的磁极为指南极或S极。（如果将地球想成一大磁铁，则目前地球的地磁北极是S极，地磁南极则是N极。）磁铁异极则相吸，同极则排斥。指南极与指北极相吸，指南极与指南极相斥，指北极与指北极相斥。 铁、钴、镍等原子的内部结构比较特殊，其原子本身就具有磁矩。一般情况下，这些矿物分子的排列较混乱。而它们的磁区互相影响并显示不出磁性来，但是在外力（如磁场）导引下其分子的排列方向就会趋向一致，其磁性就会明显的显示出来，也就是我们平时俗称的磁铁。最早发现及使用磁铁的是中国人，“指南针”是中国四大发明之一。 磁铁只是一个通称，是泛指具有磁性的东西，实际的成分不一定包含铁。较纯的金属态的铁本身没有永久磁性，只有靠近永久磁铁才会感应产生磁性，一般的永久磁铁里面加了其他杂质元素（例如碳）来使磁性稳定下来，但是这样会使电子的自由性降低而不易导电，所以电流通过的时候灯泡亮不起来。铁是常见的带磁性元素，但是许多其他元素具有更强的磁性，像强力磁铁很多就是铷铁硼混合而成的。 二、磁铁的分类 磁铁又名吸铁石，是指在周围和自身内部存在磁场的物体或材质，分为天然和人造两大类。天然磁铁主要成分是四氧化三铁，其化学式为Fe3O4，常称“磁性氧化铁”，是具有磁性的黑色晶体，可以看成是氧化亚铁和氧化铁组成的化合物。因在四氧化三铁的晶体里存在着两种不同价态的离子，其中三分之一是Fe2+，三分之二是Fe3+，是一种复杂的化合物。它不溶于水，也不能与水反应。与酸反应，不溶于碱。主要用于制底漆和面漆，用于电子工业的磁性材料，也用于建筑工业的防锈剂。人造磁铁通常用金属合金制成，具有强磁性。 磁铁又可分作“永久磁铁（硬磁）”与“非永久磁铁（软磁）”。永久磁铁是加上强磁，使磁性物质的自旋与电子角动量成固定方向排列。永久磁铁可以是天然产物，又称天然磁石，也可以由人工制造（最强的磁铁是钕铁硼磁铁）。而非永久性磁铁，只有在某些条件下会有磁性，通常是以电磁铁的形式产生，也就是利用电流来强化其磁场，当电流去掉后，软磁会慢慢失去磁性。有些非永久性磁铁加热到一定的温度会突然失去磁性，这是由于组成磁铁的众多“元磁体”的排列从有序到无序所引起的；失去磁性的磁铁放入到磁场中，当磁化强度达到某一数值，它又被磁化，“元磁体”之排列又从无序到有序。 三、人造磁铁 人造磁铁一般蹄形磁铁、条形磁铁和环形磁铁，是大家生活中最常见的，其中蹄形磁铁比较受欢迎。单面磁铁是指一面有磁性，另一面磁性较弱的磁铁，方法是用特殊处理的镀锌铁皮将双面磁铁的一面包裹，这样被包裹的一面磁性将被屏蔽，磁力被折射到另一面，另一面磁性将增强。如有的场合只需要一面有磁性，另一面如有磁性会造成损坏或干扰；有的场合如包装盒上的磁铁则只需要一面有磁性，另一面可有可无，有磁性也没有用，这样使用单面磁会大大降低成本并节约磁性材料。单面磁铁的磁力折射如同卫星锅对信号的折射或手电筒灯锅对光线的折射，其折射效果主要由以下三方面决定： 1、材料。材料的选择以及厚薄，以及磁铁与材料的间距有着密切的关系。纯铁皮容易漏磁，经特殊处理后折射会增强，但100%屏蔽的材料还没研究出，但不同厂家做的材料效果也不同。 2、角度。根据折射原理，弧形材料效果最好，直角材料折射损耗较大。 3、空间。磁力线在空中如同手机信号，需要有空间才能折射出来。手电筒灯锅如完全包裹在灯炮上，使用效果肯定不好，因为有大量的光线折射被损耗。 四、磁铁的特性 1、反磁性（抗磁性）。是一些类别的物质，当处在外加磁场中，会对磁场产生微弱排斥力的一种磁性现象。 2、顺磁性。是指一种材料的磁性状态。有些材料可以受到外部磁场的影响，产生指同相向的磁化向量的特性。这样的物质具有正的磁化率。与顺磁性相反的现象被称为抗磁性。 3、铁磁性。是指一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象。各材料中以铁最广为人知，故名之。某些材料在外部磁场的作用下得到磁化后，即使外部磁场消失，依然能保持其磁化的状态而具有磁性，即所谓自发性的磁化现象。所有的永久磁铁均具有铁磁性或亚铁磁性。基本上铁磁性这个概念包括任何在没有外部磁场时显示磁性的物质。至今依然有人这样使用这个概念。但是通过对不同显示磁性物质及其磁性的更深刻认识，学者们对这个概念做了更精确的定义。一个物质的原胞中所有的磁性离子均指向它的磁性方向时才被称为是铁磁性的。若只有部分离子的磁场指向其磁性方向，则称为亚铁磁性。若其磁性离子所指的方向正好相互抵消（尽管所有的磁性离子只指向两个正好相反的方向）则被称为反铁磁性。 4、临界温度。物质的磁性现象存在一个临界温度，在此温度下才会发生。对于铁磁性和亚铁磁性物质，此温度被称为居里温度，对于反铁磁性物质，此温度被称为尼尔温度。 5、电磁性。电磁铁是可以以通电流的方式来产生磁力的装置，在电力普及的社会中是一项不可缺少的工具，属非永久磁铁，与永久磁铁同为磁铁的一种。 五、超导体电磁铁 超导磁铁是由超导材料制成的超导线圈构成的人工磁铁。超导材料，又称超导体。当某导体在一定温度下，可使电阻为零而称之。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。 六、钕磁铁 也称钕铁硼磁铁，其化学式为Nd2Fe14B，是一种人造的永久磁铁，是目前为止具有最强磁力的永久磁铁，被人们称为磁王，拥有极高的磁性能，其最大磁能积高过铁氧体10倍以上。其本身的机械加工性能亦相当之好。工作温度最高可达200℃。而且其质地坚硬，性能稳定，有很好的性价比，故其应用极其广泛。但因为其化学活性很强，所以必须对其表面凃层处理。(如镀Zn、Ni、电泳、钝化等)。 钕磁铁是住友特殊金属公司的佐川真人等人于1982年发明的，由其化学式可知其主要由钕、铁与硼等化学元素所构成。在许多领域有可能取代传统的纯铁磁铁，铝镍钴合金和钐钴磁铁譬如电动机，仪器和仪表，汽车工业，石油化工产业和磁性医疗保健产品。能生产各种形状的：譬如圆盘磁铁、圆环磁铁、长方形磁铁、弧磁铁和其它形状的磁铁。 具有强力磁性的钕磁铁被广泛被应用在电子产品上，例如硬盘、手机、耳机等等 七、磁铁的制造 有些物质可以被摩擦成磁铁，材料不是铁，就是钢，但并不是所有的钢都可以被制成磁铁，不锈钢就不能充当磁铁。现在我们来制造磁铁，磁铁与一根螺丝起子是你所需要的材料，拿磁铁来摩擦螺丝起子的金属部分，从一端到另一端，他们反复摩擦，就可以制造出一根具有磁性的螺丝起子。 八、磁化（取向）方向 大多数磁性材料可以沿同一方向充磁至饱和，这一方向叫做磁化方向（或取向方向）。没有取向方向的磁铁（也叫做各向同性磁铁）比取向磁铁（也叫各向异性磁铁）的磁性要弱很多。 九、辨别磁铁的北极 磁铁北极的定义是磁铁在随意旋转后它的北极指向地球的北极，简称N。同样，磁铁的南极也指向地球的南极，简称S。很显然只凭眼睛是无法分辨的。可以使用指南针贴近磁铁，指向地球北极的指针会指向磁铁的南极。 十、安全的处理和存放磁铁 存放时要始终十分小心，因为磁铁会自己吸附到一起，可能会夹伤手指。磁铁相互吸附时也有可能会因碰撞而损坏磁铁本身（碰掉边角或撞出裂纹）。应将磁铁远离易被磁化的物品，如软盘，信用卡，电脑显示器，手表，手机，医疗器械等。磁铁应远离心脏起搏器。较大尺寸的磁铁，每片之间应加塑料或硬纸垫片以保证可以轻易地将磁铁分开。磁铁应尽量存放在干燥，恒温的环境中。只有能吸附到磁铁上的材料才能起到隔断磁场的作用，而且材料越厚，隔磁的效果越好。 十一、磁铁的性能 主要有如下3个性能参数来确定磁铁的性能： 1、剩磁Br。永磁体经磁化至技术饱和，并去掉外源磁场后，所保留的Br，称为剩余磁感应强度。 2、矫顽力Hc。使磁化至技术饱和的永磁体的B降低到零，所需要加的反向磁感应强度称为磁感矫顽力，简称为矫顽力。 3、磁能积BH。代表了磁铁在气隙空间（磁铁两磁极空间）所建立的磁能量密度，即气隙单位体积的静磁能量。由于这项能量等于磁铁的Bm和Hm的乘积，因此称为磁能积。 4、附注。磁场，对磁极产生磁作用的空间称为磁场。表面磁场，永磁体表面某一指定位置的磁感应强度，称为表面磁场。 第二节 一、电磁铁的定义 内部带有铁芯的、利用通有电流的线圈使其像磁铁一样具有磁性的装置叫做电磁铁。通常制成条形或蹄形。铁芯要用容易磁化，又容易消失磁性的软铁或硅钢来制作。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后就随之消失。电磁铁在日常生活中有极其广泛的应用。电磁铁的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。 二、电磁铁的分类和应用 电磁铁在日常生活中有极其广泛的应用。电磁铁是电流磁效应（电生磁）的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车等。 电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种： 1、牵引电磁铁。主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。 2、起重电磁铁。用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。 3、制动电磁铁。主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。 4、自动电器的电磁系统。如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。 5、其他用途的电磁铁。如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。 三、电磁铁的原理 将螺线管通电后可产生如一磁铁棒的磁场。当直流电通过导体时会产生环形磁场，而通过作成螺线管的导体时则会产生类似棒状磁铁的磁场。当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。 为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向要相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。另外，电磁铁的铁芯要用软铁制做，而不能用钢制做。否则钢一旦被磁化后，将长期保持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。 一般而言，电磁铁所产生的磁场强度与直流电大小、线圈圈数及中心的导磁物质有关，在设计电磁铁时会注重线圈的分布和导铁物质的选择，并利用直流电的大小来控制磁场强度。然而线圈的材料具有电阻而限制了电磁铁所能产生的磁场大小，但随著超导体的发现与应用将有机会突破现有的限制。 四、影响电磁铁的磁力大小的因素 1、缠绕在铁芯上线圈的圈数。 2、线圈中电流的强度。 3、缠绕的线圈与铁芯的距离。 4、铁芯的大小形状。 线圈的圈数多，电流的强度强，线圈与铁芯的距离近，电磁铁的磁力就强，反之，线圈的圈数少，电流的强度弱，线圈与铁芯的距离远，电磁铁的磁力就弱。 铁芯的情况复杂一些，铁芯的长短粗细要与线圈多少、电流大小相匹配，在线圈多少、电流大小与铁芯基本相匹配的情况下，铁芯细一点粗一点没有多大影响。这时只靠加大铁芯提高电磁铁的磁力是不可能的。也就是说，不是铁芯越粗越好，也不是铁芯越细越好。另外，马蹄形铁芯比条形铁芯磁力强，因为它把南北极的磁力集中在一起了。 五、电磁铁的设计因素 1、行程越小力量越大，当问及力量的时候，一定要加上行程，因为二者直接相关。 2、一般情况下，功率越大力量越大，近似正比关系。当功率大到一定程度时，电磁铁接近磁饱和，力量增加很小。如果电阻、电流、电压有变化，但功率不变，线包大小不变，那力量基本不变。 3、同样的电阻，若增加绕线匝数(换线径更大的漆包线)则力量会增大，但如果原来漆包线就已绕满，则不能更改漆包线，否则线包将会过大，以致不能装入铁壳中。 4、同样的漆包线线径，增加绕线匝数，力量反而会稍减小(因为电阻已增大，它对力量的消弱超过了增加匝数对力量的增强)。改变漆包线线径(电阻随之改变)，但功率保持不变(P=U2/R，R、U都改变，使P不变)则力量不变。 5、工作时间的长短决定功率的大小，长时间通电时，功率不能太大，否则易发热烧坏。 六、电磁铁磁场方向的判断 电磁铁的磁场方向可以用安培定则来判断。安培定则是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫右手螺旋定则。 1、通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。 2、通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。 3、性质。直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。环形电流可看成许多小段直线电流组成，对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。直线电流的安培定则是基本的，环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用，这时电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向相反。 七、交流电磁铁与直流电磁铁的区别 1、交流电磁铁的启动吸力大，噪音大，易发热，寿命较短；直流电磁铁的电流恒定，吸力稳定，寿命较长，噪音也小。 2、交流电磁铁使用电压一般为交流220V，电气线路配置简单。交流电磁铁启动力较大，换向时间短。但换向冲击大，工作时温度升高(外壳应设有散热筋)，当阀芯卡住时，电磁铁因电流过大易烧坏，可靠性较差，所以切换频率不许超过30次/min，寿命较短。 3、直流电磁铁一般使用24V直流电压，因此需要专用直流电源。其优点是不会因铁芯卡住而烧坏(其圆筒形外壳上没有散热筋)，体积小，工作可靠，允许切换频率为120次/min，换向冲击小，使用寿命较长。但启动力比交流电磁铁小。 八、自制简易的电磁铁 需要漆包线、铁钉来作本体，电池或电源供应器提供电流。要刮除漆包线末端的漆，或用火烧。要以相同的方向缠绕漆包线。要在漆包线的末端打结绑紧。 第三章 第一节 一、在传统工业中的磁应用 实际上，磁性材料已经在传统工业的各个方面得到了广泛应用。例如，如果没有磁性材料，电气化就不可能成为现实，因为发电要用到发电机，输电要用到变压器，电力机械要用到电动机，电话机、收音机和电视机中要用到扬声器。众多仪器仪表都要用到磁钢线圈结构等。 二、生物界的磁应用 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。鸽子为什么有这么好的认家本领呢？原来，鸽子对地球的磁场很敏感，它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家。如果在鸽子的头部绑上一块磁铁，鸽子就会迷航。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。 三、在医学上的磁应用 利用核磁共振可以诊断人体异常组织，判断疾病，这就是我们比较熟悉的核磁共振成像技术，其基本原理如下：原子核带有正电，并进行自旋运动。通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但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。自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之随时进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。核磁共振的特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易与软组织分开。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，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。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化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查等。 磁不仅可以诊断，而且能够帮助治疗疾病。磁石是古老中医的一味药材。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。另外，磁场与人体经络的相互作用可以实现磁疗，在治疗多种疾病方面有独到的作用，已经有磁疗枕、磁疗腰带等应用。 四、在天文、地质、考古和采矿等领域的磁应用 在图片上我们都见过灿烂的北极光。北极光实际上是太阳风中的粒子和地磁场相互作用的结果。太阳风是由太阳发出的高能带电粒子流。当它们到达地球时，与地磁场发生相互作用，就好象带电流的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体相碰撞，结果使气体分子受激发，从而发光。太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的区域。太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影响，例如使得无线电通信暂时中断等。因此，研究太阳黑子对我们有重要意义。 地磁的变化可以用来勘探矿床。由于所有物质均具有或强或弱的磁性，如果它们聚集在一起，形成矿床，那么必然对附近区域的地磁场产生干扰，使得地磁场出现异常情况。根据这一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异常的区域进行分析和进一步勘探，往往可以发现未知的矿藏或者特殊的地质构造。不同地质年代的岩石往往具有不同的磁性。因此，可以根据岩石的磁性辅助判断地质年代的变化以及地壳变动。 很多矿藏资源都是共生的，也就是说好几种矿物质混合的一起，它们具有不同的磁性。利用这个特点，人们开发了磁选机，利用不同成分矿物质的不同磁性以及磁性强弱的差别，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，结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。 五、在军事领域的磁应用 磁性材料在军事领域同样得到了广泛应用。例如，普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器，由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。在现代战争中，制空权是夺得战役胜利的关键之一。但飞机在飞行过程中很容易被敌方的雷达侦测到，从而具有较大的危险性。为了躲避敌方雷达的监测，可以在飞机表面涂一层特殊的磁性材料——吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就使飞机达到了隐身的目的。这就是大名鼎鼎的“隐形飞机”。隐身技术是目前世界军事科研领域的一大热点。美国的F117隐形战斗机便是一个成功运用隐身技术的例子。在美国的“星球大战”计划中，有一种新型武器“电磁武器”的开发研究。传统的火炮都是利用弹药爆炸时的瞬间膨胀产生的推力将炮弹迅速加速，推出炮膛。而电磁炮则是把炮弹放在螺线管中，给螺线管通电，那么螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力，将炮弹射出。这就是所谓的电磁炮，类似的还有电磁导弹等。 六、在磁悬浮列车上应用 磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500km以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油、污染少、价格便宜等优点。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。 七、磁铁可去除铝壶水垢 在水壶顶上固定一块磁铁或废收音机的喇叭，然后烧水，用上一个时期，水垢便会自然消失，所剩的余垢也很容易擦去，以后壶内就不会积水垢了。 第二节 第三节 一、磁化器是产生磁化水的一种简易设备 磁化器这种看似简单的农业辅助装备，其间却蕴含着现代高科技的成果与科学家智慧的结晶，特别是在农业磁水灌溉的运用上，给人们展示出无穷的魅力。 二、常见磁化器的原理及使用 常见磁化器是由两块正负极磁铁相合而成，使用时只需把它相向装配在输水管道上即可，让水缓缓地流过相向的磁力线，形成了水对磁力线的垂直切割穿透，使输出的水达到了磁化的目的。这种方法，技术简单，成本低运用广，但唯一不足的是它的磁作用因双极相向而产生抵消，所产生的效果不如单极磁技术。使用时要注意的一点，最好把磁处理器安装套接在塑料管件上，这样效果会更好，不宜装配在铁管上，当然铜管、不锈钢管或者铝管倒也无妨。
常见磁化器 三、单磁极磁化器的原理及使用 单磁极技术构造的磁化器具有更高的效率与更广的运用空间。为了让大家对单磁技术有更深入的了解，首先让我们从原理上认识它，现把单磁之所以有更好处理效果的有关原理介绍如下： 单磁技术最早源于美国的宇航科技，在强大磁场的作用下，流体中的分子、离子和粒子将发生极化和取向运动。美国的物理学家利用磁场技术，改良传统双极设计为单极磁场效应，参与太空梭发射的实验：以正极磁场将氢分子瞬间转换成爆发力极强的正氢，以负极磁场将氢分子转换成更具安全性的逆氢，一并解决液态氢储存时安全后推进爆发力强的太空核燃料问题。由此获得专利，并深化研究，将科技商品化而广泛应用于工、商业流体的处理。过去几十年的磁场应用不成功或不稳定是因为过去的磁铁多为双极性设计，虽然磁场很大，但正、负极互相抵消，也没有区分正、负极的合理使用，导致磁场功能削弱。同时制作材料和工艺也使过去的磁铁聚焦能力和使用寿命不符条件，而单磁技术选用航天技术材料SRO6Fe2O3制作，其正常使用寿命超过60年。突破传统的正、负极并存限制，将正、负极分离且磁力线集中分别作用于流体，解决全球迫切的节能与环保问题，这是单磁技术的核心专利所在。单磁技术所制的磁处理器具有更强的穿透性与聚焦性，这是单磁技术的独特地方，如果把单磁划过电视屏幕，电视影像马上就会受到干扰而花屏，而双磁则不具这强大的穿透性，下图就是单磁与双磁的磁力线之区别。 那么单磁是如何实现的呢？在正常的情况下，单磁性是很难实现的，不管什么样的磁性材料都存在着相应的两极，而要实现单极磁作用，必须有其独特的设计与构造。这种构造的原理是基于独特的磁铁阵列，以实现能量的聚集，比简单的双极设计更具穿透力，所以形成了类似于单极磁的效果，理论与实践相符的磁单极子至今还未得以科学的合理的证明，但这种假单极磁性是可以通过科学的磁阵列来实现的，这种单磁水处理器就是根据该原理开发设计而成，具有比传统的磁处理有更高的效率，在农业及生物处理上，可以达到超乎常规的处理功效。如下图示，该阵列向外扩散的磁力大大减少，让磁能向一个方向聚集，以达到单极的效果。试看常规磁铁如下图： 这种磁铁的磁力线是闭合相消的，不管把它如何纵切或横分，它总是南北对应存在，能量平衡抵消，难以达到好的聚能效果，采用常规双磁设计成的磁处理器自然其磁能的穿透力就差。而采用如下相间排列的阵列，就可以达到类似单磁极的作用，使磁能聚焦而发挥强磁的效果。根据生产的具体实用，可以进行条型排列，也可以进行环形排列（如下图）， 条型排列 条型排列的磁能效应与分布 环型排列 环型排列的磁能分布与聚焦效果 如果用于磁化水一般采用环型排列，这种排列可以让90%以上的磁能向环中心穿透聚焦，起到更好的水磁化效果，通常可以达到几千上万高斯的超强磁能，所以这种技术也常用于强磁产品的开发与运用。采用该磁阵列技术开发的磁水器，具有比常规方法更强的处理能量与处理效果，达到普通磁难以企及的效果，特别是农业生产上，比常规磁处理的增产潜力更大，甚至是数倍地得以提高。目前，该技术已开始在磁灌溉上得以运用，特别是农业发达的美国与以色列，已成为一种重要的物理农业技术在生产上得以普及，而我国的应用尚属起步阶段，但相信不久的将来，它也必将成为我国农业生产上重要的辅助技术措施。现把有关使用效果与超常规的生物效应介绍如下，为生产科研上的广泛运用提供参考与借鉴。 四、家用自制强磁化水器 1、原理。循环强磁化水器是将软管缠绕在一块环形磁铁上，缠绕在环形磁铁上的软管长度应在1.5m以上，为了提高磁场强度再增加一块环形磁铁使其吸附在缠绕软管的环形磁铁上（提高磁化强度），使得两磁铁缝隙间的磁感应强度达到2～6特斯拉。让水从软管的一端流进，在两块环形磁铁间循环流动反复切割磁力线（增长磁化流程）而被强磁化，最后被强磁化的水由软管的另一端流出。 2、组成原件：环形磁铁、循环软管、环形磁铁、水容器、接水容器。 3、组装。将软管缠绕在一块环形磁铁上，在其下方再吸附环形磁铁，软管上端接盛水容器，水在重力作用下从容器经循环软管从上端流进，在环形磁铁间循环流动，反复切割磁力线而被强磁化，最后被强磁化的水由软管的下端流出，流入接水容器备用。 4、作用。水在强磁场中经过较长的流程反复切割磁力线后，使水得到更强的磁化，即水溶液内部的分子结构受到更大程度的破坏，水分子的生物活性更强，这样的强磁化水将更容易溶解结石和水垢。饮用经过处理的水，对尿路结石有非常好的溶解效果，结石可以在不知不觉中被一层一层溶解而消失。根据实际使用经验，直径1cm左右的尿路结石，每天饮用1L的强磁化水，一个月左右的时间就可以将结石溶解掉。对其它类结石的效果要差一些，需要的时间要长些，具体根据结石的性质和大小而定，在饮用强磁化水的过程中自己掌握。 5、附图。 第四节 第五节 第六节 |
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