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物理在日常生活中的廣泛應(yīng)用
在講述磁性材料的磁性來源、電磁感應(yīng)、磁性器件時,我們已經(jīng)提到了有些磁性材料的實際應(yīng)用。實際上,磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個方面得到了廣泛應(yīng)用。
例如,如果沒有磁性材料,電氣化就成為不可能,因為發(fā)電要用到發(fā)電機、輸電要用到變壓器、電力機械要用到電動機、電話機、收音機和電視機中要用到揚聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結(jié)構(gòu)。這些都已經(jīng)在講述其它內(nèi)容時說到了。
生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用
信鴿愛好者都知道,如果把鴿子放飛到數(shù)百公里以外,它們還會自動歸巢。鴿子為什么有這么好的認(rèn)家本領(lǐng)呢?原來,鴿子對地球的磁場很敏感,它們可以利用地球磁場的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵,鴿子就會迷航。如果鴿子飛過無線電發(fā)射塔,強大的電磁波干擾也會使它們迷失方向。
在醫(yī)學(xué)上,利用核磁共振可以診斷人體異常組織,判斷疾病,這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù),其基本原理如下:原子核帶有正電,并進行自旋運動。通常情況下,原子核自旋軸的排列是無規(guī)律的,但將其置于外加磁場中時,核自旋空間取向從無序向有序過渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長,當(dāng)系統(tǒng)達到平衡時,磁化強度達到穩(wěn)定值。如果此時核自旋系統(tǒng)受到外界作用,如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后,自旋系統(tǒng)已激化的原子核,不能維持這種狀態(tài),將回復(fù)到磁場中原來的排列狀態(tài),同時釋放出微弱的能量,成為射電信號,把這許多信號檢出,并使之時進行空間分辨,就得到運動中原子核分布圖像。核磁共振的特點是流動液體不產(chǎn)生信號稱為流動效應(yīng)或流動空白效應(yīng)。
因此血管是灰白色管狀結(jié)構(gòu),而血液為無信號的黑色。這樣使血管很容易軟組織分開。正常脊髓周圍有腦脊液包圍,腦脊液為黑色的,并有白色的硬膜為脂肪所襯托,使脊髓顯示為白色的強信號結(jié)構(gòu)。核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦,及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化,而且可作心室分析,進行定性及半定量的診斷,可作多個切面圖,空間分辨率高,顯示心臟及病變?nèi),及其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系,優(yōu)于其他X線成像、二維超聲、核素及CT檢查。
磁不僅可以診斷,而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫(yī)的一味藥材,F(xiàn)在,人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細(xì)胞和白細(xì)胞。另外,磁場與人體經(jīng)絡(luò)的相互作用可以實現(xiàn)磁療,在治療多種疾病方面有獨到的作用,已經(jīng)有磁療枕、磁療腰帶等應(yīng)用。用磁鐵作成的除鐵器可以去除面粉等中可能存在的鐵末,磁化水可以防止鍋爐結(jié)垢,磁化種子可以在一定程度上使農(nóng)作物增產(chǎn)。天文、地質(zhì)、考古和采礦等領(lǐng)域的磁應(yīng)用:我們已經(jīng)知道,地球是一塊巨大的磁鐵,那么,它的磁性來自何處?它是自古就有的嗎?它和地質(zhì)狀況有什么聯(lián)系?宇宙中的磁場又是如何的?
至少在圖片上我們都見過燦爛的北極光。我國自古代就有了北極光的記載。北極光實際上是太陽風(fēng)中的粒子和地磁場相互作用的結(jié)果。太陽風(fēng)是由太陽發(fā)出的高能帶電粒子流。當(dāng)它們到達地球時,與地磁場發(fā)生相互作用,就好象帶電流的導(dǎo)線在磁場中受力一樣,使得這些粒子向南北極運動和聚集,并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞,結(jié)果使氣體分子受激發(fā),從而發(fā)光。
太陽黑子是太陽上磁場活動非常劇烈的區(qū)域。太陽黑子的爆發(fā)對我們的生活會產(chǎn)生影響,例如使得無線電通信暫時中斷等。因此,研究太陽黑子對我們有重要意義。
地磁的變化可以用來勘探礦床。由于所有物質(zhì)均具有或強或弱的磁性,如果它們聚集在一起,形成礦床,那么必然對附近區(qū)域的地磁場產(chǎn)生干擾,使得地磁場出現(xiàn)異常情況。根據(jù)這一點,可以在陸地、海洋或者空中測量大地的磁性,獲得地磁圖,對地磁圖上磁場異常的區(qū)域進行分析和進一步勘探,往往可以發(fā)現(xiàn)未知的礦藏或者特殊的地質(zhì)構(gòu)造。
不同地質(zhì)年代的巖石往往具有不同的磁性。因此,可以根據(jù)巖石的磁性輔助判斷地質(zhì)年代的變化以及地殼變動。
很多礦藏資源都是共生的,也就是說好幾種礦物質(zhì)混合的一起,它們具有不同的磁性。利用這個特點,人們開發(fā)了磁選機,利用不同成分礦物質(zhì)的不同磁性以及磁性強弱的差別,用磁鐵吸引這些物質(zhì),那么它們所受到的吸引力就有所區(qū)別,結(jié)果可以將混在一起的不同磁性的礦物質(zhì)分開,實現(xiàn)了磁性選礦。
軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用
磁性材料在軍事領(lǐng)域同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如,普通的水雷或者地雷只能在接觸目標(biāo)時爆炸,因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器,由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的,在它們接近(無須接觸目標(biāo))時,傳感器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸,提高了殺傷力。
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,制空權(quán)是奪得戰(zhàn)役勝利的關(guān)鍵之一。但飛機在飛行過程中很容易被敵方的雷達偵測到,從而具有較大的危險性。為了躲避敵方雷達的監(jiān)測,可以在飛機表面涂一層特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷達發(fā)射的電磁波,使得雷達電磁波很少發(fā)生反射,因此敵方雷達無法探測到雷達回波,不能發(fā)現(xiàn)飛機,這就使飛機達到了隱身的目的。這就是大名鼎鼎的隱形飛機。隱身技術(shù)是目前世界軍事科研領(lǐng)域的一大熱點。美國的F117隱形戰(zhàn)斗機便是一個成功運用隱身技術(shù)的例子。在美國的星球大戰(zhàn)計劃中,有一種新型武器電磁武器的開發(fā)研究。
傳統(tǒng)的火炮都是利用炸藥爆炸時的瞬間膨脹產(chǎn)生的推力將炮彈迅速加速,推出炮膛。而電磁炮則是把炮彈放在螺線管中,給螺線管通電,那么螺線管產(chǎn)生的磁場對炮彈將產(chǎn)生巨大的推動力,將炮彈射出。這就是所謂的電磁炮。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。
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