由宇
科幻電影《X戰(zhàn)警》系列中有一個強大的反派,他就是萬磁王。作為一名“變種人”,他可以利用磁力操縱金屬運動,企圖讓變種人主宰世界,但最終還是被X戰(zhàn)警們齊心協(xié)力制服了。然而,電影編劇顯然低估了萬磁王的本領(lǐng),倘若他充分發(fā)揮自己的超能力,就將變得所向無敵。

電影中,警察們把萬磁王包圍了,十幾支槍紛紛對準(zhǔn)他,隨時準(zhǔn)備發(fā)射子彈。然而,槍支統(tǒng)統(tǒng)從警察手中脫離,懸浮到半空中,反過來瞄準(zhǔn)了他們。原來,這些槍支被萬磁王控制了。
萬磁王之所以擁有這樣的能力,得益于一種特殊物質(zhì)——磁場。萬磁王能改變磁場,進而控制物質(zhì)運動。小到匕首、槍械、導(dǎo)彈,大到橋梁乃至整座體育場,他都可以控制,一次能搬動的物體質(zhì)量估計超過30000噸。


磁場看不見、摸不著,但我們很容易找到它的蛛絲馬跡:把鐵粉灑在磁鐵周圍,它們就會排成一條條弧線;掏出指南針,它總是指向地球的磁南、磁北極。磁場如同一片無形的海洋,受其影響的物質(zhì)就像船只,隨著海浪一起流動。
為了描述磁場,人們假想出了磁感線。
萬磁王的戰(zhàn)斗方式是朝敵人扔金屬,或操縱對方的武器。效果很壯觀,但也過于簡單,超級英雄們?nèi)阅軗踝∷墓?。不過,如果萬磁王活用一些簡單的物理知識,他完全可以將敵人電得外焦里嫩。
萬磁王跟電有什么關(guān)系?電與磁可以互相轉(zhuǎn)化。
實驗證明,電流的周圍會產(chǎn)生磁場,這被稱為“電流的磁效應(yīng)”;反過來,把原本沒有電的導(dǎo)體放在磁場中移動,或者導(dǎo)體不動、使磁場發(fā)生變化,此時導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生電流,這被稱為“電磁感應(yīng)”。
萬磁王只要利用電磁感應(yīng)放出閃電般的超強電流,超級英雄就算力大無窮,也難以經(jīng)受他的攻擊。

假如萬磁王碰上的是雷神索爾等不怕電的超級英雄,閃電可能就不管用了。這時,萬磁王可以把電和磁結(jié)合起來,制造更猛烈的物理攻擊——電磁炮。
電磁炮與普通的炮彈截然不同,它不依靠火藥爆炸推動,而是靠電磁力。
而萬磁王可以利用電場與磁場的共同作用,制造強大的電磁力,推動炮彈高速前進。有了這種武器,超級英雄們可能還沒接近萬磁王,就在幾十萬米之外被飛速襲來的電磁炮擊倒了。
如果沒有磁場,萬磁王是不是就只能束手就擒了?很有可能,可一旦磁場消失,遭殃的不只是萬磁王,還有全地球的生物。
地球擁有天然的磁場,它可以保護地球免遭太陽風(fēng)的沖擊。如果地球磁場消失了,太陽風(fēng)的帶電粒子會剝離地球的臭氧層,地球上的生物將遭到紫外線的猛烈攻擊。




在原本沒有磁性的地方,磁場強度約等于0,如同風(fēng)平浪靜的海面。這時,通電導(dǎo)體像一艘船快速駛過,海面上會隨之蕩起波浪,磁性產(chǎn)生。這就是電流的磁效應(yīng)。
在磁場“海洋”中,海浪規(guī)則地前進著,但導(dǎo)體“小船”卻拒絕隨海浪一起移動,而是逆著海浪橫沖直撞。海浪的前進受阻,磁感線被船“切割”,在船身、船尾拍起一道道“浪花”。這些浪花就是電流,這就是電磁感應(yīng)。
帶電的物質(zhì)也具有一種場,即電場。
磁體:受到磁場力的作用。磁體具有磁極,磁極分成南極(S)和北極(N)。相同的磁極會互相排斥,不同的磁極會互相吸引,即“同性相斥,異性相吸” 。
帶電物質(zhì):受到電場力的作用。帶電物質(zhì)攜帶電荷,電荷分成正電荷(+)和負電荷(-)。相同的電荷會互相排斥,不同的電荷會互相吸引。
你有沒有發(fā)現(xiàn),電與磁其實非常相似?事實上,19世紀(jì)時,物理學(xué)家麥克斯韋就意識到,電場和磁場相當(dāng)于同一枚硬幣的兩面,這枚硬幣就是電磁場。在電磁場中,物質(zhì)會受到電磁力的作用。
你可以做兩個小實驗,驗證電磁感應(yīng)與電流的磁效應(yīng)。
一 磁生電
1.準(zhǔn)備一個玩具四驅(qū)車用的小馬達,在它的兩個導(dǎo)電片上連接電線和小燈泡。
2.用手指擰馬達上的齒輪,使它快速轉(zhuǎn)動,這時小燈泡就會開始閃爍。
二 電生磁
1.準(zhǔn)備電池、電線、小燈泡、一根鐵釘和一個指南針。將電線一圈圈纏繞在鐵釘上,連通電池與小燈泡。
2.把指南針放到鐵釘附近,這時你會發(fā)現(xiàn),隨著通電,指南針的指示方向會微微偏轉(zhuǎn),這說明產(chǎn)生了磁場;當(dāng)電線斷開,指南針就會恢復(fù)正常。

萬磁王還能使用大范圍攻擊——電磁脈沖,雖然不像閃電、電磁炮那樣具有殺傷力,卻可以讓全世界停電。
電磁脈沖以光速在空間中傳播,由于電磁感應(yīng),它會使含有磁性材料的電器內(nèi)感應(yīng)出高強度的電流,從而燒壞電路。如此一來,依靠電子設(shè)備進行戰(zhàn)斗的鋼鐵俠等超級英雄只能束手就擒,許多地區(qū)的電力系統(tǒng)也會被破壞,這里的城市將陷入癱瘓狀態(tài)。
在現(xiàn)實的軍事領(lǐng)域,人們已制造出了電磁脈沖炸彈,專門用來破壞敵方的電子設(shè)備。高空中的核彈爆炸也會產(chǎn)生大范圍的電磁脈沖。
電影中,萬磁王雖然強大,但也有弱點。他被金剛狼、鐳射眼等人打敗,被關(guān)入一座塑料監(jiān)獄中,這里的設(shè)施不含任何金屬材料,萬磁王無法控制,他的超能力就此失去了用武之地。
然而,當(dāng)萬磁王操控磁場的能力達到登峰造極之時,區(qū)區(qū)塑料監(jiān)獄可困不住他。這是因為電磁力不只對鐵、鈷等金屬材料起作用,它實際上存在于人們生活中的每個角落。站立時地面給腳底的支持力、與小伙伴玩耍時手與手的拉力、揮舞球棒打在球上的沖擊力……我們能感受到的各種力,除了引力之外,歸根結(jié)底都屬于電磁力。
是不是感到非常意外?將物質(zhì)放大,你就會知道其中的原因。

原子核帶正電,電子帶負電,它們被電磁力吸引到一起,形成原子;在一定的條件下,比如發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),原子之間又會因電磁力而聚到一起,形成分子,進而構(gòu)成豐富多彩的世間萬物。
在極近的距離內(nèi)比較,電磁力比引力強得多,比如只需一塊磁鐵,就可以克服引力,把沉重的鐵塊吸起。如果沒有電磁力,光依靠引力,原子、分子將難以形成;我們的宇宙或許會變成一團“粉末”,只有原子核、電子等微小的物質(zhì)在虛空中飄蕩。
引力、電磁力、強力、弱力是自然界的四大基本力。
弱力作用于比原子核更小的基本粒子;強力使原子核形成;電磁力使原子、分子等物質(zhì)形成;引力再使更大的物質(zhì)相互吸引,形成天體。在這四種力量的指揮下,宇宙萬物得以成為今天的模樣。
可以說,除了引力之外,我們?nèi)祟惸芨惺艿降母鞣N力都屬于電磁力,也正是電磁力使我們的身體得以形成。
如果萬磁王能隨心所欲地調(diào)整微觀領(lǐng)域的電磁力,無論是塑料、鋼鐵還是敵人的身軀,都可被轉(zhuǎn)化成不堪一擊的粉末;萬磁王也可以凝聚自然界中的物質(zhì),造出武器、堡壘等一切自己想要的東西。就這樣,萬磁王擁有了創(chuàng)造物質(zhì)和毀天滅地的能力,已經(jīng)沒有人能打敗他了。
原來萬磁王的超能力可以強大到這種地步!如果電影真的這么拍,代表正義的超級英雄們恐怕只能灰溜溜地逃走了。萬磁王是虛構(gòu)的角色,但在現(xiàn)實中, 實現(xiàn)萬磁王超能力的電磁技術(shù)早已被用在人類社會的各個方面。

雖然無法像萬磁王那樣直接移動物體和制造電流,但我們可以利用電動機與發(fā)電機完成這些任務(wù)。
電動玩具車、攪拌機、電動車等許多電器之所以能運作,靠的就是電動機,也就是俗稱的馬達。馬達內(nèi)部有一個轉(zhuǎn)子,上面纏繞著金屬線圈,通電后會產(chǎn)生磁性,它和馬達內(nèi)原有的磁鐵相互吸引或排斥,就會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
反過來,如果不給馬達通電,但用外力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),由于電磁感應(yīng),金屬線圈內(nèi)會產(chǎn)生電流,這時,馬達成為了一臺發(fā)電機。
我們使用的電力幾乎都是由發(fā)電機制造的。除了太陽能以外,化石燃料、水能、風(fēng)能或核能都要經(jīng)過發(fā)電機的轉(zhuǎn)化才能成為電能,然后通過電纜抵達我們身邊,使手機、臺燈、電腦等一切電器得以運行。
萬磁王可以用磁力舉起沉重的物體,我們也可以通過電磁鐵做到。電磁鐵由導(dǎo)線纏繞鐵芯組成,通電產(chǎn)生磁性,斷電后又失去磁性。
人類無法搬動的鋼材可以通過起重機吊起,它擁有一個可吸附金屬的大型吸盤,正是由電磁鐵構(gòu)成;磁懸浮列車車底和軌道的電磁鐵互相排斥,使列車懸浮,摩擦力大為減小,列車因此能高速行駛,便利了我們的出行。
不僅如此,電磁鐵還能被制成各種靈敏的機械裝置,如電鈴、音響、開關(guān)、剎車等等。
在學(xué)校里,上課前響起的電鈴正是通過靈活的通、斷電,使電磁鐵反復(fù)吸附、松開彈性片,進而讓彈性片連接的鐵錘快速敲擊在鐵鈴上,發(fā)出連續(xù)的“鈴鈴”聲。
就連在微觀領(lǐng)域操縱電磁力的道具,人類也擁有了,它就是粒子加速器,可以通過電磁場使粒子不斷加速。老式電視、X光機、核磁共振儀等都需要粒子加速器提供各種高能粒子束。
中國蘭州、瑞士的日內(nèi)瓦等地建造了科研專用的巨型粒子加速器,可以把粒子加速到接近光速,制造“車禍現(xiàn)場”:高速粒子之間發(fā)生碰撞,碎裂成更小的粒子。加速器中的檢測裝置會記錄下這些粒子的速度和運動軌跡,以供物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)、研究新粒子。
無論是萬磁王還是人類發(fā)達的科技,即便所向無敵,也有一個無法戰(zhàn)勝的“天敵”——能量守恒。
例如你今天上體育課時跑了1000米,放學(xué)后就會感到饑餓疲憊,飯都多吃了一碗,這是因為運動消耗了更多的能量,你需要多吃些食物補充回來。對于任何一個系統(tǒng),例如人體、電器或天體,能量不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,這就是能量守恒。
動物需要食物,汽車需要燃油,電器需要電能,萬磁王如果想搬動那么多、那么重的物體,必然要消耗大量能量??蛇@些能量又從哪兒來呢?光靠吃飯可提供不了萬磁王所需的大量能源?;蛟S萬磁王體內(nèi)藏著一個核反應(yīng)堆?無論如何,不管是萬磁王利用電與磁掌控世界,還是我們利用電與磁使生活更加便捷,都要遵守能量守恒定律,否則將寸步難移。