電與磁出自物理學
電磁學。釋義:自然界物質能量的力學
轉換形態 也是帶電粒子的運動輻射波。
簡介
【釋義】自然界物質能量的力學轉換形態,也是帶電粒子的運動輻射波。
【同義詞】電磁
【反義詞】磁與電 磁電
【示例】1、在夏季,帶電雷雨雲層聚集了大量的正負電荷,當兩塊攜帶有正負電荷的雲層放電時,會伴有電荷碰撞時產生的瞬間雷電脈衝波。
2、金屬線圈中有電流通過,就會有磁場產生,交變電流通過
電動機繞組產生交變磁場。
概述
磁體能夠吸引鋼鐵一類的物質。磁體上磁性最強的部位叫做
磁極。能夠自由轉動的磁體,例如懸吊著的磁針,靜止時指南的那個磁極叫做南極,又叫S極(因為英文南方South開頭第一個字母是S,所以也稱S極);指北的那個磁極叫做北極,又叫N極(因為英文北方North的開頭字母是N,所以又稱N極)。異名磁極相互吸引,同名磁極相互排斥。
磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質稱為磁性。磁鐵兩端磁性強的區域稱為
磁極,一端為南極,一端為北極。磁化是指原本沒有磁性的物體,獲得磁性的過程。能夠被
磁化的物質,統稱為磁性材料。磁化後,磁性能長期保存的物質叫
硬磁體或
永磁體,如鋼等物質;不能長期保存磁性的物質叫
軟磁體,如鐵等物質。
鐵中有許多具有兩個異性磁極的原
磁體,在無外磁場作用時,這些原磁體排列紊亂,它們的磁性相互抵消,對外不顯示磁性。當把鐵靠近磁鐵時,這些原磁體在磁鐵的作用下,整齊地排列起來,使靠近磁鐵的一端具有與磁鐵極性相反的極性而相互吸引。這說明鐵中由於原磁體的存在能夠被磁鐵所磁化。而銅、鋁等金屬是沒有原磁體結構的,所以不能被
磁鐵所吸引。
什麼是磁性?簡單說來,磁性是物質放在不均勻的磁場中會受到
磁力的作用。在相同的不均勻磁場中,由單位質量的物質所受到的磁力方向和強度,來確定物質磁性的強弱。因為任何物質都具有磁性,所以任何物質在不均勻磁場中都會受到磁力的作用。
在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁感線,而是一種場,我們稱之為磁場。
磁性物質的相互吸引等就是通過磁場進行的。我們知道,物質之間存在
萬有引力,它是一種
引力場。磁場與之類似,是一種布滿
磁極周圍空間的場。磁場的強弱可以用假想的磁力線數量來表示,磁力線密的地方磁場強,磁力線疏的地方磁場弱。單位截面上穿過的磁力線數目稱為
磁通量密度。
物質的磁性不但是普遍存在的,而且是多種多樣的,並因此得到廣泛的研究和套用。近自我們的身體和周邊的物質,遠至各種星體和星際中的物質,微觀世界的原子、
原子核和
基本粒子,
巨觀世界的各種材料,都具有這樣或那樣的磁性。
世界上的物質究竟有多少種磁性呢?一般說來,物質的磁性可以分為弱磁性和強磁性,再根據磁性的不同特點,弱磁性又分為
抗磁性、
順磁性和
反鐵磁性,強磁性又分為
鐵磁性和
亞鐵磁性。這些都是巨觀物質的
原子中的電子產生的磁性,原子中的原子核也具有磁性,稱為
核磁性。但是核磁性只有電子磁性的約千分之一或更低,故一般講物質磁性和原子磁性都主要考慮原子中的電子磁性。
原子核的磁性很低是由於原子核的質量遠高於電子的質量,而且原子核磁性在一定條件下仍有著重要的套用,例如現在醫學上套用的
核磁共振成像(也常稱
磁共振CT,CT是計算機化
層析成像的英文名詞的縮寫),便是套用氫原子核的磁性。
磁性材料可分為
軟磁性材料如鐵和
硬磁性材料 如鋼就是硬磁性材料。軟磁性材料指該材料磁化後磁性不可保持很久。反之,硬磁性材料指材料此話後磁性可以保持比較長的時間。
歷史
歷史上,電與磁是分別發現和研究的。很久以前
古希臘科學家
泰勒斯做了一系列關於靜電的觀察。從這些觀察中,他認為摩擦使琥珀變得磁性化。這與礦石像磁鐵礦的性質迥然不同;磁鐵礦天然地具有磁。而磁石最早是在中國發現的,我國古代科學家因此發明了司南和
羅盤。
後來,電與磁之間的聯繫被發現了,如
丹麥人
奧斯特( H.C.Oersted)發現的
電流磁效應和
法國人安培發現的電流與電流之間相互作用的規律。再後來,
法拉第提出了
電磁感應定律,這樣電與磁就連成一體了。
19世紀中葉,
麥克斯韋提出了統一的
電磁場理論,實現了物理學的第二次大綜合。
電磁定律與力學規律有一個截然不同的地方。根據
牛頓的構想,力學考慮的相互作用,特別是
萬有引力相互作用,是超距的相互作用,沒有力的傳遞問題(當然,用現代觀點看,引力也應該有傳遞問題),而
電磁相互作用是場的相互作用。從
粒子的
超距作用到電磁場的“場的相互作用”,這在觀念上有很大變化。場的效應被突出出來了。
電場與磁場不斷相互作用造成
電磁波的傳播,這一點由
赫茲在實驗室中證實了。電磁波不但包括
無線電波,實際上包括很寬的頻譜,其中很重要的一部分就是
光波。光學在過去是與
電磁學完全分開發展的,麥克斯韋
電磁理論建立以後,光學也變成了電磁學的一個分支了,電學、磁學和光學得到了統一。
這個統一在技術上有重要意義,發電機、
電動機幾乎都是建立在
電磁感應基礎上的。電磁波的套用導致現代的無線電技術。直到現在,電磁學在技術上還是起主導作用的一門學問,因此,在
基礎物理學中電磁學始終保持它的重要地位。
電磁學牽涉到在什麼
參考系統中來看問題,牽涉到運動導體的
電動力學問題。直觀地說,“電流即電荷的流動產生
磁效應”,但判斷電荷是否流動就牽涉到觀察者的問題——參考系問題。光學是
電磁學的一部分,所以這個問題也可表達成“
光的傳播與參考系統有什麼關係”。
邁克耳孫-莫雷實驗表明慣性系中
真空光速為不變數。這樣一來,也就肯定了在
慣性系統中電磁學遵循同一規律。這實際上導致了後來的
愛因斯坦狹義相對論。狹義相對論基本上是電磁學的進一步發展和推廣。邁克耳孫-莫雷實驗在19世紀還沒能解釋清楚,這是19世紀遺留的一個重要問題。
磁現象
1、
磁性:
磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質(吸鐵性)。
3、
磁極定義:磁體上磁性最強的部分叫磁極。(磁體兩端最強中間最弱。)
種類:水平面自由轉動的磁體,指南的磁極叫南極(S),指北的磁極叫北極(N)。
作用規律:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。
說明:最早的
指南針叫司南 。一個永磁體分成多部分後,每一部分仍存在兩個磁極。司南是把
天然磁石琢磨成勺子的形狀,放在一個水平光滑的“地盤”上製成的,靜止時它的長柄指向南方。
4、
磁化: ① 定義:使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程。
磁鐵之所以吸引鐵釘是因為鐵釘被磁化後,鐵釘與磁鐵的接觸部分間形成 異名
磁極,異名磁極相互吸引的結果。
②鋼和
軟鐵的磁化:軟鐵被磁化後,磁性容易消失,稱為軟磁材料。鋼被磁化後,磁性能長期保持,稱為
硬磁性材料。所以製造
永磁體使用鋼 ,製造
電磁鐵的鐵芯使用軟鐵。
5、
物體是否具有磁性的判斷方法:①根據
磁體的吸鐵性判斷。②根據
磁體的指向性判斷。③根據磁體相互作用規律判斷。④根據磁極的磁性最強判斷。
現代套用
練習:☆磁性材料在現代生活中已經得到廣泛套用,音像磁帶、計算機
軟碟上的磁性材料就具有硬磁性。( 填“軟”和“硬”)
☆ 磁懸浮列車底部裝有用
超導體線圈饒制的
電磁體,利用磁體之間的相互作用,使列車懸浮在軌道的上方以提高運行速度,這種相互作用是指:同名磁極的相互排斥作用,和異名磁極的相互吸引作用。
☆放在條形磁鐵南極附近的一根鐵棒被
磁化後,靠近
磁鐵南極的一端是
磁北極。
☆用磁鐵的N極在鋼針上沿同一方向摩擦幾次 。
鋼針被磁化那么鋼針的右端被磁化成 S極。
磁場
1、定義:磁體周圍存在著的物質,它是一種看不見、摸不著的特殊物質。
磁場看不見、摸不著我們可以根據它所產生的作用來認識它。這裡使用的是
轉換法。通過電流的效應認識電流也運用了這種方法。
2、基本性質:磁場對放入其中的磁體產生力的作用。
磁極間的相互作用是通過磁場而發生的。
3、方向規定:在磁場中的某一點,小
磁針北極靜止時所指的方向(小磁針北極所受
磁力的方向)就是該點磁場的方向。
①性質:為了形象的描述物體周圍的磁場分布,英國物理學家法拉第(Michreal Faraday)引入的模型。
②方向:
磁體周圍的磁感線都是從磁體的北極出來,回到磁體的南極。
④說明:A、磁感線是為了直觀、形象地描述磁場而引入的帶方向的曲線,不是客觀存在的。但磁場客觀存在。
C、磁感線是封閉的曲線。
D、磁感線立體的分布在磁體周圍,而不是平面的。
E、磁感線不相交。
F、磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。
5、
磁極受力:在磁場中的某點,北極所受
磁力的方向跟該點的磁場方向一致,南極所受磁力的方向跟該點的磁場方向相反。
①
奧斯特實驗:通電導線的周圍存在磁場,稱為
電流的磁效應。該現象在1820年被丹麥的物理學家
奧斯特發現。該現象說明:通電導線的周圍存在磁場,且磁場與電流的方向有關。
②
通電螺線管的磁場:通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場一樣。其兩端的極性跟電流方向有關,電流方向與
磁極間的關係可由
右手螺旋定則來判斷,用右手握螺旋管,讓四指彎向螺旋管中的電流方向,大拇指所指方向的那一端就是通電螺線管的北極。
地磁場
① 定義:在地球周圍的空間裡存在的
磁場,
磁針指南北是因為受到
地磁場的作用。
②
磁極:地磁場的北極在地理的南極附近,地磁場的南極在地理的北極附近。且地磁場磁極與地理兩極並沒有互相重合,存在
磁偏角。
③磁偏角:首先由我國宋代的沈括髮現。並在《
夢溪筆談》中提到。磁針的北極指示地理位置的北方和
地磁的南方,磁針的南極指示地理位置的南方和地磁的北方 。
④形狀:跟條形磁體的磁場很相似。
記憶口訣
異名相吸同名排(斥),常見磁體靠磁化。
2.磁場
磁體外部磁感線,北極(N)出發回南極(S)。
電流周圍有磁場,證明丹麥奧斯特。
四指沿著電流走,旋轉方向不能反。
大拇所指為N極,掌切所標為S.
4.電磁鐵
螺管磁性強弱定,電流匝數插鐵芯。
開關控制磁有無,電流控制磁強弱。
通電線圈磁場中,受力作用會轉動。
定子不動轉子轉,持續轉動換向器。
控制方便效率高,電能轉化機械能。
方向改變交流電,機械能化為電能。