第九单元磁A.doc

第單元 磁 　 Ａ.磁鐵的基本性質 　　　 一.磁極： 　　能夠自由轉動的磁針，當其靜止時，指向北方的磁極稱為”Ｎ極”或稱”指北極”(North-seeking Pole)，而不能只稱北極，以免與地理北極混淆；指向南方的磁極，稱為”Ｓ極”或是”指南極”(Sounth-seeking Pole)。 (圖片摘自光復科學圖鑑-電氣) 　 第九單元 磁 　 Ａ.磁鐵的基本性質 　　　 二.成對存在： 　　將一長磁鐵棒或圓餅形磁鐵，沿Ｓ極與Ｎ極之連線間，橫斷折成數段時，則在每一斷口處，都會有相異的磁極生成，因此每一段都變成一個具有Ｓ極和Ｎ極的新磁鐵，如下圖(一)。 　 　　但若折斷之形式係由Ｓ極和Ｎ極的連線縱切，其斷口處並不會有新的磁極 生成，只是將磁鐵一分為二，形成兩個新的磁鐵，如下圖(二)。 註： 　　理論上有單一磁極(magnetic monopole)的存在。英國物理學家(Paul Dirac)推測有單一磁極的存在，一些理論學家的研究計算認為，此單一磁極是在宇宙形成之初就已經存在了，它對基本粒子而言是巨大無比的，它的重量約為質子的１０ ^16倍，體積相當一個分裂的細胞，由於它與其他物質的作用力極弱，因此檢驗時必須使用由電磁感應原理製成的超電導圈檢測器，經六個月的實驗，仍無法確定它存在，而且人們利用目前最大的粒子加速器所能得到的能量與製造一個單一磁極所需的能量仍相去甚遠。若是某一天能製造出或是由宇宙中尋獲一個單一磁極，則可使一強力、弱力及電磁力的”大統一理論”更完美。 TOP 第九單元 磁 　 Ａ.磁鐵的基本性質 　　　 三.奧妙的磁性： 　　所有物質的磁性都是因為其中的電子排列所引起的。而任何物質都含有電子，所以所有的物質都具有磁性，但是因為結構上的不同，這些磁性具有相當大的差異。 　 １.反磁性： 　　例如氫分子會順著磁場排列，在強磁場中會感應一個外加強磁場反方向的磁場。磁場消失了，例如：銅、鉛、釹、水、食鹽、石英、硫、鑽石等，皆為此類，而氫就沒有磁性。人們已經把氫分子隨磁場有無而呈現有序或隨意作用運用在醫學上，成為一種類似Ｘ光的透視法，就是”核子斷層掃瞄”。(圖三) ２.順磁性： 　　另外又有一些由原子和分子構成的物質，因其本身就是由許多微小的磁體組成，若無外力作用，它們不會造成任意排列，而且只是因本身的作用力會互相牽制，而不呈磁性。當人們在其間加入一個磁場時，所得之方向與外加磁場相同，這個迷你磁體會自我調整排列，磁場強度便會增加，此種特性稱為順磁性。如：氯化銅、鋁、鈉、硫酸鎳等皆為此類。 　 ３.鐵磁性物質： 　　最奇特的是一些類鐵物的反應。在他們置於一個外加磁場中，則它們感應磁性，當外加磁場消失時，這些怠應得來之磁性並未完全消失，而仍有部份留存於這類物質中，也就是這些物質受到磁化而擁有殘磁性。這一類的元素我們稱之為”鐵磁性物質，如：鐵、鈷、鎳等。 TOP 第九單元 磁 　 　Ｂ.地磁　　 一.地球磁場形成的原因 　　地球本身具有很大的磁場，會影響在磁場範圍內所有具有磁性之物質，使其靜止時，皆受此磁力的作用而指向南極或指向北極。 １.地球磁場形成的原因在理論上和定性上已經透過地磁學的電機原理(dynamo theory)得到了解釋。在地球炙熱外核(outer core)液態的鐵、鎳及其氧化物不斷的流動，且以約每秒0.5毫米的速度向外部較低的邊緣部份流動，如同在一條電纜線內部一樣，在地心熔岩金屬層中，也會被原有的地球磁場感應出一股電流，這種感應電流又製造出一個新的磁場。根據這種”自激磁學說”(Self-exciting dynamo)所產生的循環，同樣進行在每座發電機中。也經由電腦模擬測試，予這種原理有力的論證。 　 　 ２.地球磁場形成的另一種理論，是美國喬治亞大學的化學教授查理．麥爾敦和地質學教授吉亞迪尼。他們推測：月球萬有引力對地球中心固態的部份有一種持續的牽引作用，因此被熔融液態金屬圍繞的地核會由於其位移而產生持續的磨擦，在赤道上造成一千萬千瓦的熱效應和一兆安培的電流。因此流動於其間的電流產生磁場，同時也是造成高溫地熱的放射性蛻變的原因。並以太陽系中其他行星所作的觀察來支持他們的理論；如水星沒有衛星就沒有顯著的磁場被發現。 (圖片摘自光復科學圖鑑-電氣) TOP 　 第九單元 磁 　 　Ｂ.地磁　　 二.地球磁場的保護作用： 　　地球磁場對於地球上生物最主要的貢獻是什麼呢？它是作為一種用以防備來自宇宙中高能量輻射粒子的自然屏障。這種帶電的粒子以高速向地球急馳而來，在它們還未抵達大氣層的時候就地球磁場的磁力線引轉開了，因此無法到達地球表面。在高緯度的北極地區----地球磁力線密集之處，常