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仇情

  科学家在对同一地方的古岩石的大量分析中发现,有的岩石的剩磁与现在的地方相同,有的剩磁则与现在的地磁方向相反。不仅陆地上的岩石有这种“地磁异常”,各大洋的洋底岩石也存在大量磁异常。

  从岩层特别是海底岩层磁性的这些变化,科学家们推断出地球磁场方向曾经与现在相反,而且这种地磁反转在最近500万年里曾经发生过10次之多!科学家在对古岩层的磁性进行观测时还注意到,不仅不同地质时期岩石的磁化方向不同,分布在不同大陆上的同一地质时期的古岩石的剩磁方向也是不同的。难道同一时期地球有多少个南北磁极吗?经过多方面的研究,才认识到这种地磁异常是由于大陆在漫长的地质历史时期中有漂称运动。而且不同大陆的漂称方向不一样。因此,大陆现在的位置和方向已经不是岩石磁化时的位置和方向了。其他许多研究也支持大陆漂称学说。

  科学家还发现,地球磁场正在逐渐减弱。如果这种趋势保持下去,地球磁场也许会消失,而地磁的消失可能会对地球的生物态造成影响。这种减弱过程会不会逆转呢?

  现在我们来说几种常见的磁场,我们已经知道,在磁场中的每一点,磁感应强度B都有一定的方向。如果在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致,这样的曲线就叫做磁感线(MAGNETICINDUCTIONLINE)。利用磁感线可以形象地描述磁场。

  实验中常有铁屑来模拟磁感线的形状。在磁场中放一块玻璃板,玻璃板上均匀地撒一层细铁屑,细铁屑就在磁场里磁化成小磁针。轻敲玻璃板,铁屑就会有规则地排列起来,模拟出磁感线的形状,如图3-3-1所示。在两极附近,磁场较强,磁感线较密。

  把小磁针放到通电直导线附近,根据磁针的方向,可以研究它周围磁场的分布。直线电流的磁场方向可以作安培定则(AMPERERULE)方便地表示(图3—3-2):右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向主浊磁感线环绕的方向。这个规律也叫右手螺旋定则。环形电流的磁场也可以用小磁针来研究,并且也可以用另一种形式的安培定则表示(图3-3-3):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线上磁感线的方向。

  环形电流其实就是只有一匝的通电螺线管,通电螺线管则是许多匝环形电流串联而成的,因此,通电螺线管的磁场也就是这些环形电流磁场的叠加。所以,环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场。这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向。从外部看,通电螺线管的磁场相当于一个条形磁铁的磁场,所以用安培定则时,拇指所指的是它有北极的方向(图3-3-4)。

  与天然磁体的磁场相比,电流磁场的强弱容易控制,因而在实际中有很多重要的应用。电磁起重机,电话,电动机,发电机,以及在自动控制中普遍应用的电磁继电器等,都离不开电流的磁场。现在我们来说安培分子电流假说,磁铁和电流都能产生磁场。它们的磁场是否有什么关系?我们知道,通电螺线管外部的磁场与条形磁铁有磁场十分相似,法国学者安培(ANDRE-MARIEAMPERE,1775—1836)由此受到启发,提出了著名分子电流假说。他认为,在原子,分子等物质微粒的内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极(图3-3-5)。

  安培的假说能够解释一些磁现象。一条铁棒未被磁化的时候,内部分子电流的取向是复杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外不显磁性(图3-3-6)。当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极(图3-3-6)。磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性,这是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了。

  在安培的时代,人们不知道物质内部为什么会有分子电流。20世纪后,人们认识到,原子内部带电粒子在不停地运动,这种运动对应于安培所说的分子电流。

  接着说匀强磁场,我们在前面的实验中已经遇到过匀强磁场,它是强弱,方向处处相同的磁场。距离很近的两个平行的异名磁极之间的磁场(图3-3-7),除边缘部分外,可以认为是匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间距相同的平行直线。相隔适当距离的两个平行放置的线圈通电时,其中间区域的磁场也是匀强磁场(图3-3-8)。这种装置在电子仪器中常常用到。

  磁通量,研究电磁现象时,常常要讨论穿过某一面积的磁场及它的变化,为此引入了一个新的物理量——磁通量。设在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个与磁场方向垂的平面,面积为S,我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量(图3-3-9)。简称磁通。用字母表示磁通量,则Q=BS。如果磁场B不与我们研究的平面垂直,例如图(3—3-10中的S,那么我们用这个面在垂直于磁场B的方向的投影面积S与B的乘积表示磁通量。在国际单位制中,磁通量的单位是玮伯(WEBER)简称玮,符号是WB,1WB=1T。M2

  现在我们来做实验,一,验证环形电流的磁场方向,在瓶子上垫几层纸,然后用漆包线绕一个10~15匝的线圈。把绕好的线圈从瓶子上取下来,然后用胶布竖直固定在木板上,把小磁针放在图3-3-11所示的位置。根据小磁针的指向可以判断磁场的方向。通电前先根据安培定则做出判断,然后看一看测量结果是否跟你的判断一致。将电池的正负极对调,重做这个实验。因为十几圈漆包线的电阻很小,电路中的电流会很大,可能损坏电池,所以通电时间不要太长。最好使用旧电池。

  过去,在中学物理实验室没有适当的方法测量磁场,现在,随着信息技术的发展,我们已经可以磁传感应强度变成电信号,通过计算机对磁场进行研究,图3-3-12就是一种磁传感器。制作探头的元件对磁场很敏感,输出的电信号从右端经过电缆和接口装置进入计算机。由于磁感应强度有方向性,使用磁传感器前要仔细阅读仪器的说明书,弄清它测出的是磁感应强度在哪个方向的分量。图3-3-12中的传感器测出的是磁感应强度沿其轴线的分量,向左为正。在同一位置,改变探头的取向,寻找磁感应强度取最大值的方向,这样还能用传感器大致确定磁场的方向。

  有的磁感传感器在使用前要调零,以除去环境磁场(主要是地磁场)的影响。关于这点,不同厂家,不同型号的要求不同,要按说明书的要求操作。利用磙传感器可以做很多与磁场相关的实验。例如,把探头深入螺线管内部,测量螺线管内不同位置的磁感应强度,计算机可以很快作出磁感应强度B与探头位置X的关系曲线(图3-3-14)。如果把磁传感器与电流传感器结合,还能画出磁感应强度与电流关系的曲线。所以说,我们要想一想,试一试,还能做什么实验?

  接着说,环形电流的安培定则(右手螺旋定则)反映了一个旋转方向和一个直线方向的关系,这种关系叫做右旋关系。在日常生活中随处可见。仔细观察一下,螺栓螺旋进螺母是不是符合这个“定则”?一个有螺纹的瓶盖,要把它打开,应该朝哪个方向旋转?自然界里多数海螺,田螺的壳是右旋的,许多缠绕植物的茎也是右旋的,但左转的也不少。自行车上左旋的螺母,大多数是右旋的,但也有左旋的,向有经验的人请教,找出自行车上左旋的螺母。这一两个螺母为什么要与别的不一样?

  自然界中看到的右旋与左旋,可能与物质微观结构的右旋与左旋有关,它在深层次反映了自然规律的某些性质。目前人类对它的认识还很肤浅。好了,今天就讲到这里,下课。”因为教室门外走廊里将响起下课铃声了。于是,唐熙就拿起教案,慢腾腾地走出教室。

  可是同学们听到下课了,一时间,都自由开心起来,一边收拾课本一边往教室门外走出去方便,于是,走廊里,洗手间,将到处都是男生跟女生的身影,是来也匆匆去也冲冲。

  这时,张慧跟唐晶在走廊里,看到李成从教室走出来,没有看到佟玲,于是张慧就紧张地问:“李成,佟玲呢?”“他在教室里。”李成一边说一边往洗手间跑去。

  可是张慧就带着唐晶往324班教室走进去,看到佟玲趴在课上,于是张慧就担心地问:“佟玲,你怎么啦?”“我。。。”佟玲突然听到,就抬起头来,看到张慧和唐晶走过来,于是佟玲就站起身来,说:“你俩担心我什么的?”“刚才没有看到你,以为你。。。。”“好了。。。我要上洗手间。”于是佟玲一边说一边拽住张慧的手,一直往教室门外走出去。可是唐晶却在背后,担心地说:“佟玲你快放手好了,免得有人吃醋。”话音还没有落,蒋茜从门外走进来,看到佟玲拽住张慧的手,就立马挖苦:“这是324班,别来妩媚了?丢人现眼?”“你。。。。”“有本事,你就说呀?”蒋茜还想追上去。

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