從物理磁現象的歷史演變看其應用原理

黎佳宇

摘 要：電磁技術與社會發展作為高中物理的教材內容，是我最為感興趣的章節，電磁波它就像我們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，充滿神秘又隨處可見。只有從物理磁現象的歷史演變才能更加清楚的了解現代社會電磁波的應用原理。

關鍵詞：物理 磁現象 古代 應用原理 電磁技術

1、古代的磁應用

1.1 磁石的指向性及其應用

我國古代先民很早就知道磁石能吸鐵，而不能吸金、銀、銅等其它金屬，同時《淮南子》中也有記載：“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣。”早期的司南或者說指向的磁性工具是放在標有方位的銅盤上的，司南由磁石制成，比較笨重，與銅盤的摩擦力比較大，使用起來不方便，指向的效果也不好，為此，人們又開始探索性能更好、更穩定、攜帶更方便的指向工具。人們通過探索發現改進放置的方法得知，用人造磁體取代天然磁體會更好，其做法是：取一鐵片，通過高溫加熱至遍體通紅，然后沿南北方向迅速放入水中，冷卻過后的鐵片就具有了磁性。通過物理學習，我們知道這種方法是符合物理規律的，高溫加熱，不管其有無磁性，均可讓它去磁，使鐵片內部磁疇激活，處于無序狀態，然后在地磁場的作用下有序排列，最后用迅速冷卻的方法使有序的磁疇排列固定，鐵片就被地磁場磁化了，但是，這種方法獲得的磁性卻很弱。

1.2 靜電現象與電磁應用

西晉張華《博物志》中寫道：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結有光者，亦有詫聲。”意思是：梳頭時頭發‘隨梳是因為摩擦后梳子與頭發帶有異種電荷，而異種電荷相互吸引；‘解結是因為頭發因摩擦后帶有同種電荷，同種電荷相互排斥；‘有光則是由于摩擦使物體帶有大量靜電形成高壓而產生的放電現象。另外唐代段成式在《西陽雜俎續集卷八》中這樣寫道“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星。”這更清楚的描述了摩擦起電現象。另外，在我學習語文的《水經注》一文中，提到了秦始皇為了防備刺客行刺，曾用磁石建筑阿房宮的北閥門，以阻止身帶刀劍的刺客入內。此外，南北朝梁代的陶弘景在《名醫別錄》中提出了磁力測量的方法，他指出：優良磁石出產在南方，磁性很強，能吸引三、四根鐵針，使幾根針首尾相連掛在磁石上，磁性更強的磁石，能吸引十多根鐵針，甚至能吸住一、二斤刀器。

除此之外，我通過翻閱書籍得知有晉曹洪記載，可用棗核大的磁石吸出小兒誤食的小鐵針，磁化后的水還可以治療一些疾病，這在今天也是重要的保健用品。

1.3 古代人工磁化材料技術

北宋的曾公亮在《武經總要》中詳盡地記載了在地磁場中磁化鐵片的方法：“以薄鐵片剪裁長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置炭火中燒之，候通赤，以鐵鈴魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數分則止，以密器收藏。”，其施工步驟為將燒紅的鐵片作淬火處理，冷卻時順著地磁場的南北方向，使鐵片中磁疇排列有方向性，特別強調淬火時，只使其尾沒水分，以使整塊鐵片在水中形成一傾斜方向。通過現今我們的物理知識來看，其實質上是利用地磁傾角，使鐵片與地磁場方向更接近，從而更有效地得到地磁場的磁化。

2、 現代社會電磁波的應用

2.1 校園一卡通

校園一卡通對于我們學生來說，是最為熟悉與常見的，其實它的結構并不是十分復雜，通過物理知識來解釋它的原理，實質上是以射頻識別技術為核心的非接觸式IC卡。物理老師告訴我，卡內主體其實就是一個集成電路芯片和一個感應線圈，但是其配套的讀卡器結構就復雜多了。讀卡器隨時都在發著頻率和LC振蕩器固有頻率相同的脈沖，當卡靠近時，產生電磁激勵，LC振蕩器隨之產生共振，以此導通芯片工作，讀寫數據，而這一切只發生在短短的毫秒之間。另外，我剛開始的時候會有不同的一卡通是怎么區別開來的？以及為什么卡丟了你的錢不會少呢？這樣類似的問題。后來通過向老師請教，才知道這兩個問題有一個共同的答案，那就是IC卡里面只含有身份信息，與身份信息相對應的財務信息只在電腦終端上有，所以每個人的一卡通都是區別開來的，以此我們卡丟了以后去補辦，還是能恢復原有的錢。

2.2 電磁輻射的應用

廣播電視發送設備主要組成部分是發射機和發射天線，其物理基本原理是用將傳送的信號經調制器去控制，并通過對高頻振蕩器產生的高頻電流放大到一定電頻，送到天線上，從而以電磁波的形式輻射出去。另外，高壓電力系統則主要通過高壓輸變電工程影響環境，其具有電場、磁場和電暈三種電磁場特性。同時高壓電力系統的物理電磁污染，主要表現在由電暈放電和絕緣子放電引起的無線電干擾，以及熱效應、非熱效應兩種生物學效應。

2.3 電磁凈化

影響金屬質量的主要原因之一就是含有過多的雜質，如果能在金屬材料鑄造時盡可能的去除雜質，就可以提高它的綜合性能。不知道大家有沒有發現，母親的金戒指會在一段時間后拿去金屬店進行清洗，我以前也自己偷偷的嘗試用水洗凈，但總也洗不干凈，后來通過物理課程才知道，液態金屬在電磁力的作用下能夠進行有規律的運動，在這種運動的情況下就可以分離其中的雜質。到金屬店后，負責進行清洗的工作人員告訴我，其實他就是根據這一原理，通過把液態金屬盛裝在陶瓷管當中，然后將其放在磁場里，這時會在金屬中生出頻率和交變磁場一致的渦流，而渦流與感生磁場在相互作用下，會產生指向軸心的電磁力，加上由于含在其中的雜質的導電率相對于金屬液體來說要小很多，因此戒指里的雜質就可以在電磁壓力的作用下，順著電磁力方向的反方向運動，最終落在陶瓷管壁上而被去除。

3 、總結

綜合上述，通過對我國古代與現代電磁波的發現與運用進行簡述，我們能用現在所學的物理知識來解釋其現象，并能從中聯系生活實際，找到學習物理的興趣，從而提高我們對物理現象的認識，以及對其原理更深層次的理解。

參考文獻：

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