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目录

6    这是魔术吗？

8    这是科学！

12  磁体的工作原理

18  磁体的种类

22  为我们的生活提供动力

24  磁体，无处不在

30  测验

 

这是魔术吗？

磁体能做神奇的事。它无需胶带就能让纸附着在冰箱上，无接触就能移动某些金属，甚至可使物体悬浮。但这些磁体戏法并非魔术，而是科学。

试一试，从冰箱上取下一块磁体，用它测试你家里各处的物品，看它对哪些材料有反应。你的磁体能吸起回形针吗？牙签呢？它会吸在洗衣机上吗？书呢？卧室的门把手呢？

魔术背后的科学

科学能帮助魔术师变魔术。要变一个很酷的魔术，魔术师只需一把剪刀和一大块磁体。把剪刀放在桌子上，磁体吸附在桌子背面，通过来回滑动磁体，魔术师就能“用意念”移动剪刀。

 

这是科学！

磁体用一种看不见的力来移动物体，这种力叫作磁力。磁力可以把物体朝磁体方向吸或拉，也可以排斥或推开物体。

但磁体只能将这种力作用于铁、钴、镍等金属。木头、玻璃、塑料、铜等材料不会被磁体吸引。

并非所有的材料都具有磁性。

磁性合金

一些金属混合物也具有磁性，但这些合金必须含有铁、钴或镍。钢可以是磁性合金。

你看不见磁力，但你能感觉到。把两块磁体并排放置，直到它们紧紧吸附在一起，再把这两块磁体拽开，看在不让两块磁体接触的情况下你能让二者彼此靠多近。你能感觉到那种拉力吗？

现在把一块磁体转过来，再做一次实验。把两块磁体往一块儿凑，别让它们碰到！你能感觉到那种推力吗？

磁体周围对其附近物体产生推力和拉力的区域叫磁场。磁体的磁性越强，它的磁场就越大。

这块磁体周围的铁屑显示其磁场的大小。

力场

磁体无法移动其磁场外的物体。

 

磁体的工作原理

磁体磁性最强的部分是磁极，所有磁体都有两极——北极和南极。即使你把一块磁体切成两半，它仍然有两个磁极，只是磁场会变小。

一个巨大的磁体

熔化的铁在地核中旋转，产生磁场。地球也有北极和南极，是一个巨大的磁体！

磁体异极相吸，同极相斥。把一块磁体的北极靠近另一块磁体的南极，两块磁体就会吸在一起。但是把一块磁体的南极靠近另一块磁体的南极，两块磁体就会相互排斥。

所有的物质都是由叫作原子的微粒组成的，原子内部是更小的微粒，其中一些携带电荷，这些（携带电荷的）微粒叫电子。电子绕原子的中心旋转，产生电流。电流使每个电子都具有磁性，但这还不能使原子具有磁性。

大多数原子中，朝正反方向旋转的电子数量相等，这就抵消了原子的磁性。但在有些原子中，电子的旋转方向一致，这就使原子具有磁性。当几个具有磁性的原子聚集在一起时，会形成磁畴。带有磁畴的物体可以制成磁体。

像行星环绕太阳运行一样，电子绕原子核或原子的中心旋转。

制作磁体

铁、钴和镍中几乎所有电子都朝着同一方向旋转，所以这些材料能成为很好的磁体。

拔河是一种力的较量，力量大的一方获胜。

通常一个物体中的磁畴会拉向不同的方向，这就抵消了物体的磁性。想象一下和朋友玩拔河，双方用相同的力朝不同方向拉绳子时，难分胜负。但当一方再加入几名队员时会发生什么呢？这一方会赢！

磁畴排列起来也会发生同样的情况，磁畴的磁力会增强。如果排列起来的磁畴足够多，并开始向同一个方向拉，这块材料就会变成磁体。

排列起来

制造商使用电磁体迫使铁、钴和镍中的磁畴排成列，从而制成一块永磁体。（电磁体内容见第21页。）

试试这样做：找一颗钉子、一些回形针和一块磁体，把磁体的一极贴在钉子的一头，再把磁体滑到钉子的末端，重复30次——滑动方向不变。然后让钉子触碰回形针。有吸力吗？你刚制作了一个磁体！

1.  磁畴没有排成列。

2.  把磁体滑到钉子的末端。

3.  磁畴现在排列整齐。

 

磁体的种类

磁体有两种：永磁体和临时磁体。永磁体能长时间保持磁荷，临时磁体则不能。你冰箱上的磁体是永磁体。

强度测试

磁场强度的测量单位是高斯。数学家卡尔·弗里德里希·高斯是第一个测量地磁强度的人。

然而，永磁体的磁性也并不具有永久性。高温或跌落都会损坏磁性，磁荷也会随着时间的流逝而“泄漏”。磁力从北极向南极环形流动，但它在磁性材料中流动效果最好。磁力流经空气回到磁体的北极时，强度会减弱。

磁体的存放

将磁体存放在木质或塑料容器中，使它们异极相吸叠放在一起，保持低温，这样能保持它们的磁性。

这个马蹄形磁体上的横条叫“看守者”，它连接磁体的两极，防止磁荷“泄漏”。

检查磁荷

再测试一下你的钉子磁体。（见第17页）它还能吸起回形针吗？大概不能了。但是你可以给它再次充磁，它是一块临时磁体。

临时磁体只有在一定情况下才表现得像磁体。回形针是临时磁体，在磁场中可以表现得像磁体一样。撤走磁场，它就会变回一堆普通的回形针。

回形针吸附在永磁体上就像小磁体一样。

储存在电池里的电把这颗钉子变成电磁体。

电磁体是一种特殊的临时磁体，是用电制成的。电流流经导线产生弱磁场。把导线缠在一块铁上，铁就会变成磁体，缠得紧一些，磁体的磁力就强一些。但是一断电，铁棍就会失去磁性。

发现

1825年，威廉·斯特金用一块马蹄形铁和一根导线发明了第一块电磁体，他的小电磁体能吸起4公斤重的东西。

 

为我们的生活提供动力

电磁体很有用。它们形状各异，大小不一，可以为所有电机提供动力。你可以在耳塞式耳机和电动牙刷里找到小型电磁体。在回收中心，大型电磁体帮助分拣和搬运一堆一堆的金属。电磁体让门铃工作，运行设备，甚至在计算机中存储数据。

电磁体也可以发电。你知道的，电子绕原子旋转时，会产生磁荷。但是当电子在原子之间跳跃时，会产生电荷。磁力把这些跳跃的电子推向同一方向，就会产生电。

快速充电

电的传输速度约为每秒30万公里！电以伏特为测量单位。

电磁头为水电大坝提供动力，水电大坝为城镇供电。

电流外的磁体在其磁场间产生推力和拉力，使发动机旋转。

 

磁体，无处不在

很久以前，人类发现了一块“魔”石。铁吸附在它上面，把它挂在一根线上，它指向北方。古代探险家用这块石头制作了第一个指南针。他们称这块石头为天然磁石或“指路石”。

如今，我们知道地球有磁场，能保护我们免受太阳有害光线的伤害。我们还知道很多动物利用磁力进行远途迁徙，让它们在迁徙途中不会迷路。

公元前600年  人类发现天然磁石

公元前221—前206年  中国探险家发明了第一个指南针

1200年  指南针传到欧洲

1600年  威廉·吉尔伯特用天然磁石对电和磁头进行实验，并提出地球是一个磁体的理论

1752年  本杰明·富兰克林的风筝实验展示闪电和电之间的联系

1799年  亚历山德罗·伏特发明第一块电池

1820年  汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现电和磁之间的联系

1825年  威廉·斯特金发明第一块电磁体

1831年  迈克尔·法拉第建造第一台发电机

1834—1895年  电磁研究催生了电报、无线电、电机、电话和发电厂

如今  研究人员尝试制造更强、更小、更轻的磁体

磁共振成像中磁体的磁性强度是冰箱磁体的1500倍。

如今，我们使用磁体的方式多种多样。磁体也应用于医学领域。

磁共振成像仪器可以让医生在不伤害病人的情况下“看到”人体内部。磁共振成像利用磁体让人体内的原子短暂移动，计算机测量这种移动，并生成人体内部的图像。医生使用磁共振成像片子来诊断病人。

由于摩擦力小，磁悬浮列车的时速超过600公里。

磁体可以改善旅行。磁悬浮列车“悬浮”在一组轨道上，一组磁体将火车推起来，另一组磁体推动它前进。因为磁悬浮列车不与轨道摩擦，所以速度非常快！

其他交通工具

电磁体驱动电动汽车，也可以为飞机和潜艇提供动力。

磁体对科技和通讯也很重要。磁体让计算机在小空间里存储大量信息，为扬声器提供动力，帮助收集可再生能源。

没有磁体，风能就不能转化为电能。

磁体到微芯片

埃丝特·马利·康威尔在磁体科学方面的研究催生了微芯片，微芯片使计算机工程师能够制造出更小的计算机。

人们一直在开发磁体的新用途，甚至是太空用途。美国航天机构，国家航空航天局，利用磁体探索其他行星。研究人员认为，磁体还可以帮助清理太空垃圾，甚至让宇宙飞船在小行星上着陆。关于磁体，我们已经了解了这么多，谁知道我们还会发现什么？

磁体被用于机器人航天器以了解更多关于火星的情况。