磁的妙用

黃才發

揚聲器（喇叭）是怎么發出聲音的？指南針、 電磁起重機、磁懸浮列車如何工作的？核磁共振工作原理怎樣？飛機隱身功能怎么實現的？絢麗極光怎樣產生的？這些都跟磁有關。

能吸引鐵、鈷、鎳等金屬的性質叫磁性。具有磁性的物體叫磁體。磁體一般分為硬（永）磁體（磁性保持較長或永久時間）和軟磁體（較短時間內有磁性）兩大類。磁體、電流均能產生磁場。磁在生活中的作用很廣泛，磁性工具掛件、磁盤、磁帶、銀行卡、優盤、手包磁扣、冰箱門磁條、音箱、電視、指南針、磁性文具盒、磁性黑板、磁性胸牌、磁懸浮列車、電磁爐、發電機、揚聲器、微波爐等都有磁在起作用。磁鐵有許多種類，按特性分，可分為釤鈷磁鐵、釹鐵硼磁鐵、鐵氧體磁芯磁鐵、鋁鎳鈷磁鐵、鐵鉻鈷磁鐵等，不同類型磁鐵用途不同。

磁體磁性最強的部分叫磁極，每個磁體有兩個磁極。能夠自由轉動的磁體，靜止時指南的磁極叫南極（S極），指北的磁極叫北極（N極）。異名磁極相互吸引，同名磁極相互排斥。我們賴以生存的地球會產生地磁場，把地球想象成大的條形磁鐵的話，地磁南極在地理北極附近，地磁北極在地理南極附近。

作為中國古代四大發明之一的指南針，古代叫司南，用于祭祀、軍事、占卜、看風水時確定方位。其主要部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在地磁場作用下自由轉動，由于異名磁極相互吸引，使指南針指向南北方向，利用這一特性可以辨別方向，現今用于航海、航空、地質工作、旅行及軍事等方面。地磁場對地球有保護作用，可屏障太陽風挾帶的帶電粒子。絢麗多彩的極光現象是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風） 進入地球磁場在地球南北兩極附近地區的高空，使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生的燦爛美麗的光輝。海龜、鯨魚、候鳥等遷徙動物能走南闖北，每年旅行幾千公里，中途經過汪洋大海還能精確定位，也是借助地磁場等來辨別方向的。信鴿能從遙遠的地方飛回而不迷失方向，也是由于地磁場的幫助。地球上某些地區的巖石和礦物具有磁性，地磁場在埋藏礦物的區域會發生劇變，利用地磁異常可探測礦藏，尋找鐵、鎳、鉻、金及石油等地下資源。

揚聲器是種常用的電聲換能器件，在發聲的電子電氣設備中都能見到它。手機、電視機、音響、耳機等所有的發聲揚聲器，是把電信號轉換成聲信號的裝置，主要由固定的永久磁體、線圈和錐形紙盆構成。當聲音以音頻電流的形式通過揚聲器中的線圈時，磁體產生的磁場對線圈產生力的作用，線圈因電流強弱的變化產生不同頻率的振動，帶動紙盆發出不同頻率和強弱的聲音，通過空氣傳播出去，讓我們聽到聲音。醫學檢查中常用的核磁共振，利用人體本身的磁場和儀器自身攜帶的磁性物質相互作用，形成檢測顯影，幫助人們查看到病變原因。在其他醫療方式中，也有不少磁鐵的應用蹤跡，如針灸磁療、磁感檢測儀、磁療枕、磁療腰帶等。飛機在飛行過程中容易被敵方雷達偵測到，為了躲避監測，可在飛機表面涂層特殊的磁性材料（吸波材料）以吸收雷達發射的電磁波，這樣只有少量電磁波在飛機表面發生反射，敵方雷達無法探測到回波，不能發現飛機，從而達到隱身目的。

電流通過導線時，在導線周圍產生磁場，利用這性質制成了電磁鐵。電磁鐵是通電流來產生磁力的器件，屬非永久磁鐵，很容易地將其磁性啟動或消除。電磁鐵在實際中應用很多，如電磁繼電器、電磁起重機、磁懸浮列車、電子門鎖、智能通道匝、電磁流量計等，最直接的應用就是電磁起重機，主要部分是電磁鐵。接通電流，電磁鐵把鋼鐵物品牢牢吸住，吊運到指定地方，切斷電流，磁性消失，鋼鐵物品就放下來了，大型電磁起重機一次可以吊起幾噸鋼材。全自動洗衣機的進水、排水閥門，衛生間里感應式沖水器閥門，也都是由電磁鐵控制的。作為現代高科技軌道交通工具的磁懸浮列車是通過電磁力實現列車與軌道間無接觸的電磁懸浮、導向和驅動系統的，常見兩種形式：一種利用磁鐵同性相斥原理設計，利用車上超導體電磁鐵形成的磁場與軌道上線圈形成的磁場間產生的相斥力，使車體懸浮運行;另一種利用磁鐵異性相吸原理設計。電磁鐵系列產品已廣泛用于航空航天、機械、冶金、造船、煤炭、礦山、電動工具、交通、起重運輸、家電、門鎖、紡織、醫療器材、健身器材、辦公設備等領域。

下面我們來做有關磁的小實驗

[器材]

椅墊、硬紙板、50厘米長中空銅管、50厘米長中空塑料管、磁鐵、釹鐵硼強磁鐵、5分硬幣（鋁鎂合金材質）、5角硬幣（鋼芯鍍銅材質）、1元硬幣（鋼芯鍍銅材質）、塑料直尺、雙面膠、漆包線、銅線、手機支架、剪刀、保溫杯、銅鑰匙、塑料夾、5號干電池、7號干電池、指南針、水果罐

[磁性磁力磁場]

用磁鐵分別吸引5分硬幣、5角硬幣、1元硬幣、銅鑰匙、塑料夾，看能否吸引？感受兩磁鐵間的相互排斥力及吸引力。塑料直尺架在兩保溫杯上，直尺上放普通磁鐵，直尺下隔空吸引1元硬幣，看看能吸住幾個。

[轉動的線圈]

5號干電池負極粘上釹鐵硼磁鐵，銅線做成螺線形及方框形（底部近圓形），線圈一頭接電池正極，另一頭接觸磁鐵，發現線圈快速轉動起來。

[電生磁]

指南針靜止時在地磁場作用下指向南北方向，漆包線繞成130匝的環形線圈，指南針放入環形線圈正中央，漆包線兩端分別接通7號干電池正負極，發現指針轉動起來靜止在東西方向。

[比快慢]

把50厘米長銅管及塑料管并排固定在手機支架上，各5片釹鐵硼磁鐵從管口上方靜止釋放，發現磁鐵很快穿過塑料管落在下面椅墊紙板上，而銅管中磁鐵慢悠悠下來。