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天天快看点丨科学课堂之磁的妙用

来源：科普中国


(相关资料图)

扬声器（“喇叭”）是怎么发出声音的？指南针、 电磁起重机、磁悬浮列车如何工作的？核磁共振工作原理怎样？飞机隐身功能怎么实现的？绚丽极光怎样产生的？这些都跟磁有关。能吸引铁、钴、镍等金属的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体一般分为硬〈永〉磁体(磁性保持较长或永久时间）和软磁体（较短时间内有磁性）两大类。磁体、电流均能产生磁场。磁在生活中的作用很广泛，磁性工具挂件、磁盘、磁带、银行卡、u盘、手包磁扣、冰箱门磁条、音箱、电视、指南针、磁性文具盒、磁性黑板、磁性胸牌、磁悬浮列车、电磁炉、发电机、扬声器、微波炉等都有磁在起作用。磁铁有许多种类，按特性分，可分为钐钴磁铁、钕铁硼磁铁、铁氧体磁芯磁铁、铝镍钴磁铁、铁铬钴磁铁等，不同类型磁铁用途不同。

磁体磁性最强的部分叫磁极，每个磁体有两个磁极。能够自由转动的磁体，静止时指南的磁极叫南极（S极），指北的磁极叫北极（N极）。异名磁极相互吸引，同名磁极相互排斥。我们赖以生存的地球会产生地磁场，把地球想像成大的条形磁铁的话，地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近。作为中国古代四大发明之一的指南针，古代叫司南，用于祭祀、军事、占卜、看风水时确定方位。其主要部分是一根装在轴上的磁针，磁针在地磁场作用下自由转动，由于异名磁极相互吸引，使指南针指向南北方向，利用这一特性可以辨别方向，现今用于航海、航空、地质工作、旅行及军事等方面。地磁场对地球有保护作用，可屏障太阳风挟带的带电粒子。绚丽多彩的极光现象是来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流(太阳风) 进入地球磁场在地球南北两极附近地区的高空，使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生的灿烂美丽的光辉。海龟、鲸鱼、候鸟等迁徙动物能走南闯北，每年旅行几千公里，中途经过汪洋大海还能精确定位，也是借助地磁场等来辨别方向的。信鸽能从遥远的地方飞回而不迷失方向，也是由于地磁场的帮助。地球上某些地区的岩石和矿物具有磁性，地磁场在埋藏矿物的区域会发生剧变，利用地磁异常可探测矿藏，寻找铁、镍、铬、金及石油等地下资源。

扬声器是种常用的电声换能器件，在发声的电子电气设备中都能见到它。手机、电视机、音响、耳机等所有的发声扬声器，是把电信号转换成声信号的装置，主要由固定的永久磁体、线圈和锥形纸盆构成。当声音以音频电流的形式通过扬声器中的线圈时，磁体产生的磁场对线圈产生力的作用，线圈因电流强弱的变化产生不同频率的振动，带动纸盆发出不同频率和强弱的声音，通过空气传播出去，让我们听到声音。医学检查中常用的核磁共振，利用人体本身的磁场和仪器自身携带的磁性物质相互作用，形成检测显影，帮助人们查看到病变原因。在其它医疗方式中，也有不少磁铁的应用踪迹，如针灸磁疗、磁感检测仪、磁疗枕、磁疗腰带等。飞机在飞行过程中容易被敌方雷达侦测到，为了躲避监测，可在飞机表面涂层特殊的磁性材料(吸波材料)以吸收雷达发射的电磁波，这样只有少量电磁波在飞机表面发生反射，敌方雷达无法探测到回波，不能发现飞机，从而达到隐身目的。

电流通过导线时，在导线周围产生磁场，利用这性质制成了电磁铁。电磁铁是通电流来产生磁力的器件，属非永久磁铁，很容易地将其磁性启动或消除。电磁铁在实际中应用很多，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电子门锁、智能通道匝、电磁流量计等，最直接的应用就是电磁起重机，主要部分是电磁铁。接通电流，电磁铁把钢铁物品牢牢吸住，吊运到指定地方，切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了，大型电磁起重机一次可以吊起几吨钢材。全自动洗衣机的进水、排水阀门，卫生间里感应式冲水器阀门，也都是由电磁铁控制的。作为现代高科技轨道交通工具的磁悬浮列车是通过电磁力实现列车与轨道间无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的，常见两种形式：一种利用磁铁同性相斥原理设计，利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场间产生的相斥力，使车体悬浮运行；另一种利用磁铁异性相吸原理设计。电磁铁系列产品已广泛用于航空航天、机械、冶金、造船、煤炭、矿山、电动工具、交通、起重运输、家电、门锁、纺织、医疗器材、健身器材、办公设备等领域。

下面让我们来做有关磁的小实验吧。

器材：椅垫、硬纸板、50厘米长中空铜管、50厘米长中空塑料管、磁铁、钕铁硼强磁铁、5分硬币（铝镁合金材质）、5角硬币（钢芯镀铜材质）、1元硬币（钢芯镀铜材质）、塑料直尺、双面胶、漆包线、铜线、手机支架、剪刀、保温杯、铜钥匙、塑料夹、5号干电池、7号干电池、指南针、水果罐

1、磁性磁力磁场：用磁铁分别吸引5分硬币、5角硬币、1元硬币、铜钥匙、塑料夹，看能否吸引？感受两磁铁间的相互排斥力及吸引力。塑料直尺架在两保温杯上，直尺上放普通磁铁，直尺下隔空吸引1元硬币，看看能吸住几个。

2、电生磁：指南针静止时在地磁场作用下指向南北方向，漆包线绕成130匝的环形线圈，指南针放入环形线圈正中央，漆包线两端分别接通7号干电池正负极，发现指针转动起来静止在东西方向。

3、转动的线圈：5号干电池负极粘上钕铁硼磁铁，铜线做成螺线形及方框形（底部近圆形），线圈一头接电池正极，另一头接触磁铁，发现线圈快速转动起来。

4、比快慢：把50厘米长铜管及塑料管并排固定在手机支架上，各5片钕铁硼磁铁从管口上方静止释放，发现磁铁很快穿过塑料管落在下面椅垫纸板上，而铜管中磁铁慢悠悠下来。

关键词： 磁悬浮列车 电磁起重机 带电粒子

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