磁性是一种什么物质?
磁性:物质能吸引铁、钴和镍等金属的特性。
磁铁:有磁性的物体。
在先秦时期,我们的祖先就已经积累了很多这方面的知识,在勘探铁矿时经常会遇到磁铁矿,也就是磁铁矿(主要由四氧化三铁组成)。这些发现早已被记录下来。这些发现最早记载在《管子》的几篇文章中:“山上有磁石,下有金铜。”其他古籍也有类似记载,如《山海经》。磁铁的吸铁特性早就被发现了,《吕氏春秋》九卷主篇有:“慈吸铁,或吸之。”当时人们把“磁性”称为“善良”。他们认为磁铁吸引铁是慈母对孩子的吸引力。并认为:“石头是铁之母,但石头有善良和不善良两种。善良可以吸引他的孩子,不善良不行。”汉代以前,人们把磁石写成“观世音石”,意为爱石。
既然磁铁能吸引铁,那它们能吸引其他金属吗?我们的祖先做了很多尝试,发现磁铁不仅不能吸引金、银、铜等金属,也不能吸引砖瓦。西汉时期,人们认识到磁铁只能吸引铁,不能吸引其他物体。
当两块磁铁放在一起并相互靠近时,有时它们相互吸引,有时它们相互排斥。现在人们都知道磁铁有两极,一个叫N极,一个叫S极。同性相斥,异性相吸。当时人们并不知道这个道理,但还是能感知到这个现象。
西汉时,有一位炼丹师,名叫栾达。他利用磁铁的这一特性制作了类似两个棋子的东西。通过调整两个棋子极性的相互位置,有时两个棋子相互吸引,有时又相互排斥。栾大称之为“斗棋”。他把这部小说献给汉武帝,现场演示。汉武帝又惊又喜。他被评为“五福将军”。栾大力利用磁铁的性质,做出新奇的东西来欺骗汉武帝。
地球也是一块大磁铁,它的两极分别靠近地理南极和地理北极。因此,当地球表面的磁铁可以自由旋转时,由于磁铁同极性相斥,反极性相吸的性质,它们会表示南北。古人不懂这个道理,但对这种现象非常了解。
沈括第一个描述了磁偏角。他在《孟茜碧潭》中描述了他对磁学和磁偏角的探索。中国古代的祖先用磁性制造了指南针和指南针。指南针用于航海的典型例子是郑和下西洋。指南针通过阿拉伯人传入欧洲后,促进了欧洲航海技术的发展,为新航路的开辟提供了有利的帮助。
静电荷会产生静电场;静态磁偶极子会产生静态磁场。运动的电荷叫做电流,电流会产生电场和磁场。
所谓电磁场,是电场和磁场的统称。在固定(静电)电荷和电极化物质周围会建立一个电场,当身体靠近电视或电脑屏幕时,你会感觉到头发直立。是因为(静电)电场的存在;磁场来源于电荷的运动,电流越大,磁场越强。磁场强度的单位是a/m,我们一般所说的磁场实际上是指磁场密度,单位是t/特斯拉或g/高斯。
所谓“场”,一般是指空间中的一个区域,所有进入的物体都会感受到力。比如我们生活在地球的重力场中,我们也生活在地磁场中。雷击时,我们更是被强大的电场笼罩。
◎电场:我们在生活中经常会发现电场的存在,比如冬天脱毛衣的噼啪声,触摸门把手的触电感。这些都是摩擦产生的静电现象。在电的使用中,只要有电压,导线或电气设备周围就会产生电场。电场通常以千伏每米(KV/M)为单位。比如雷击时,地表DC电场强度约为30 kV/m ~ 150 kV/m,输电线路下60 Hz电场强度在3 kV/m ~ 5 kV/m以下
◎磁场:把磁铁放在纸板下面,在纸板上撒上铁粉,你会发现北极和南极之间有几圈相连的条纹。这就是磁场。在电力使用中,只要有电流通过,导体周围就会产生磁场,磁场的单位用特斯拉(T)或高斯(G)或毫高斯(mG)表示。
地球磁场
地球的磁性是地球内部的物理性质之一。地球是一块大磁铁,在其周围形成一个磁场,即显示磁力的空间,这就是地磁场。它非常类似于放置在地球中心的磁偶极子的磁场,这是地磁场最基本的特征。地球磁场的磁极在地理上与南北方向相反,与地球的南北极不重合。两者之间约有11度的夹角,称为磁偏角。此外,地球磁场的磁极位置不是固定的,它具有周期性变化...地磁场的强度很弱,这是地球磁场的另一个特点。在最强的两极,强度小于10-4(T),平均强度约为0.6x10-4(T),其随地点或时间的变化更小,所以常用(γ
电磁场理论的历史
人们长期接触电和磁的现象,知道磁棒有北极和南极。18世纪,发现电荷有两种:正电荷和负电荷。电荷和磁极互相排斥,异性相吸。力的方向在电荷或磁极的连线上,力的大小与它们之间距离的平方成反比。在这两点上类似于重力。18年底发现电荷可以流动,这就是电流。但是电和磁之间的联系一直没有被发现。
在19世纪早期,奥斯特发现电流可以偏转一个小磁针。然后安培发现力的方向和电流的方向,以及磁针到通过电流的导线的垂直方向都是互相垂直的。不久之后,法拉第发现,当磁棒插入线圈时,线圈中会产生电流。这些实验表明电和磁之间有密切的关系。电和磁之间的联系被发现后,人们意识到电磁力的本质在某些方面与引力相似,但在另一些方面则不同。为此法拉第引入了电力线的概念,认为电流在导线周围产生磁力线,电荷在各个方向产生电力线,并在此基础上产生了电磁场的概念。
现在人们认识到电磁场是物质的一种特殊形式。电荷在其周围产生一个电场,这个电场带着力作用于其他电荷。磁铁和电流在其周围产生一个磁场,这个磁场作用于其他磁铁和内部有电流的物体。电磁场也有能量和动量,是传递电磁力的介质,电磁力渗透整个空间。
19世纪下半叶,麦克斯韦总结了宏观电磁现象的规律,引入了位移电流的概念。这个概念的核心思想是:改变电场可以产生磁场;改变磁场也能产生电场。在此基础上,他提出了一组表达电磁现象基本规律的偏微分方程。这组方程称为麦克斯韦方程组,是经典电磁学的基本方程。麦克斯韦的电磁理论预言了电磁波的存在,其传播速度等于光速,这一点后来被赫兹的实验所证实。于是人们意识到麦克斯韦的电磁理论正确地反映了宏观电磁现象的规律,肯定了光也是电磁波。因为电磁场可以带力作用于带电粒子,所以一个运动的带电粒子同时受到电场和磁场的作用力。洛伦兹把电磁场对运动电荷的作用力归结为一个公式,人们称之为洛伦兹力。描述电磁场基本规律的麦克斯韦方程组和洛仑兹力构成了经典电动力学的基础。
电磁场与普通辐射的比较
辐射是能量传递的一种方式,根据能量的强弱,辐射可分为三种:
自由辐射:最强能量可破坏生物细胞分子,如α、β、γ射线。
非电离辐射(有热效应):能量较弱,不会破坏生物细胞分子,但会产生温度,如微波、光等。
非电离辐射(无热效应):能量最弱,不会破坏生物细胞分子,不会产生温度,如无线电波、电电磁场等。
电磁场会衰减吗?我们能试着分离它吗?
电磁场的强度会随着离源的距离而迅速降低。电场很容易被金属外壳和钢筋混凝土建筑隔离。电力设备,比如变压器,因为是金属外壳,外面几乎没有电场。磁场很难隔离,但方向相反、大小相同的电流产生的磁场可以相互抵消。所以三相电力线产生的磁场比单相电力线产生的磁场小很多。我们公司的输电线路都是三相线,相互抵消后产生的磁场很低。
家用电器产生的电磁场的大小。
家用电器使用低压,即110伏或220伏,所以电场强度很小。至于磁场的大小,和功耗,品牌,距离有很大的区别。
下表显示了NRPB国家辐射防护局公布的磁场数据:
距离
电器设备
3厘米
1米
电视
25~500(毫高斯)
0.1~1.5(毫高斯)
微波炉
750~2000(毫高斯)
2.5~6毫高斯
吹风机
60~2000(毫高斯)
0.1~3(毫高斯)
电冰箱
5~17(毫高斯)
& lt0.1(毫高斯)
电动胡须刀
150~15000(毫高斯)
0.1~3(毫高斯)
洗衣机
8~500(毫高斯)
0.1~1.5(毫高斯)
真空吸尘器
2000~8000(毫高斯)
1.3~20(毫高斯)
桌灯
400~4000(毫高斯)
0.2~2.5(毫高斯)
架空输电线下电磁场的大小
电场的大小与电压和距离有关,磁场的大小与电流和距离有关。因为电流的大小随负载而变化,不是一个恒定值,所以磁场的值也在一个范围内变化。
目前,国外先进国家的磁场限制标准
下表列出了各国普遍采用的工频磁场限值标准,其中IRPA的标准最为严格。
先进国家50/60 Hz磁场限值的推荐值
国家
极限值(毫高斯)
专业人员
普通人
国际辐射防护协会
(IRPA)
整天
5,000
1,000
小时
50,000
10,000
里本
连续曝光
50,000
2,000
短时间曝光
100,000
10,000
苏莲
8小时
18,000
-
1小时
75,000
-
英国国家辐射防护局
(NRPB)
20,000
20,000
美国政府工作人员和健康学者联合会
(ACGIH)
10,000
-
德国
50,000
50,000
奥洲
和IRPA一样
和IRPA一样
电磁场对人体有害吗?
近年来,科学家普遍认为,极低频电磁场(即一般电力线和电力设备产生的电磁场)既不会使分子键或化学键断裂,也不会因少量发热而对人体健康产生不利影响。
尽管一些流行病学研究怀疑少数癌症与电磁场存在“统计相关性”(注),但一些细心负责的科学家指出,这些研究的设计和解释仍存在许多问题。
自1979开始该领域的研究以来,国外已经发表了1000多篇论文和报告。由于病例百分比低,致癌因素多种多样,很难排除其他因素。获得的一些结果显示了一点相关性,而另一些则否认了相关性。
1989 10美国劳工部(DOL)请求辐射研究和政策协调委员会(CIRRPC)协助评估过去关于暴露于电磁场影响的报告,CIRRPC委托橡树岭附属大学(ORAU)组建了一个包括美国优秀科学家在内的11人团队。从1991年9月到1992年5月,对近1000年约1000篇论文进行了分析整理。评估结论是,没有令人信服的证据支持接触家用电器、电源线、显示屏的极低频磁场会造成健康危害。
权威机构如何评价电磁场与健康的关系?
☆国际非电离辐射防护协会(IRPA):虽然有流行病学研究认为暴露于50/60 Hz电磁场与癌症有关,但无法证实,也有认为没有相关性。
世界卫生组织(世卫组织):
暴露在极低频电磁场中不会产生生理效应。
国会技术评估办公室:
所有的研究仍然有争议。很多实验发现接触电磁场和不接触没有区别,我们无法确认危险的存在。
南加州电力公司(SCE):
南加州电力公司从1960到1988对在公司服务一年以上的36221名员工进行了职业流行病学调查,并于3月1993日公布了调查结果。结论是,员工平均暴露在磁场中的几率高于普通大众,但不存在白血病或脑瘤的可能。
☆瑞典国家电力安全局(NESB):
1994出版了电磁场信息小册子,说明磁场对人体是否有影响还没有确认,所以没有足够的参考标准来设定限值,所以短期内不会设定磁场强度的限值。
相对于电磁场可能对人体产生影响的说法,目前市面上流行一些强度高达55万毫高斯的60 Hz磁场治疗仪,用于治疗各种慢性疾病,并宣称已被医学临床证明。至于它的长期影响,没有人做过这个研究。